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1、施工控制網的建立施工控制網的建立 內容提要內容提要1.1.工程控制網的分類和作用工程控制網的分類和作用2.2.控制網精度確定的一般方法控制網精度確定的一般方法3.3.施工控制網的設計施工控制網的設計4.4.典型工程施工控制網的布設典型工程施工控制網的布設主要內容：工程建筑物的放樣程序及其要求，施工控制網的特點及其布設方法，施工控制網精度確定的方法，施工控制網機助優化設計，橋梁施工三角網的建立及其必要精度的確定，水利樞紐施工控制網的布設及其精度的確定，工業企業廠區與廠房控制網的布設特點與建網方法。1.工程控制網的分類和作用工程控制網的分類和作用 測量控制網由位于地面的一系列控制點構成，控制點的空2、間位置是通過已知點的坐標以及控制點之間的邊長、方向或高差等觀測量確定的?？刂凭W布設的原則1.分級布設、逐級控制2.應有足夠的精度3.應有足夠的密度4.應有統一的規格1.工程控制網的分類和作用工程控制網的分類和作用1.1 測量控制網的分類測量控制網的分類 全球控制網全球控制網 國家控制網國家控制網 工程控制網工程控制網1.2 工程控制網的分類、作用和建網步驟工程控制網的分類、作用和建網步驟一、一、分類分類 按用途分：測圖控制網 施工（測量）控制網 變形監測網 安裝（測量）控制網；按網點性質分：按網點性質分：一維網（或稱水準網、高程網）一維網（或稱水準網、高程網）二維網（或稱平面網）二維網（或稱平3、面網）三維網三維網 按網形分：按網形分：三角網三角網 導線網導線網 混合網混合網 方格網方格網 按施測方法劃分：按施測方法劃分：測角網測角網 測邊網測邊網 邊角網邊角網 GPS GPS網網 按坐標系和基準劃分：按坐標系和基準劃分：附合網（約束網）獨立網 經典自由網 自由網按其他標準劃分：首級網 加密網 特殊網 專用網（如隧道控制網、建筑方格網、橋梁控制網等）工程控制網的作用：工程控制網的作用：為工程建設提供工程范圍內統一的參考框架，為各項測量工作提供位置基準，滿足工程建設不同階段測繪在質量、進度和費用等方面的要求，工程控制網也具有控制全局、提供基準和控制測量誤差積累的作用。（1）確定控制網的等4、級（2）確定布網形式（3）確定測量儀器和操作規程（4）在圖上選點構網，到實地踏勘（5）埋設標石、標志（6）外業觀測（7）內業數據處理（8）提交成果工程控制網建網步驟：工程控制網建網步驟：1.3 測圖控制網 作用：控制測量誤差的累積，保證圖上內容的精度均勻 相鄰圖幅正確拼接大比例尺測圖所需的高程控制網，通常采用水準測量的方法建立。水準測量的等級分為二、三、四等，各等級的精度指標基本上與國家規范要求一致。用電磁波測距三角高程可代替三、四等水準測量。注意（1）視線長度（2）掌握有利觀測時間進行豎角觀測；必須往返觀測豎直角，而且往返觀測的時間間隔應盡量短暫（3）各控制點的高程觀測應組成閉合環以增加平差5、條件（4）豎角觀測、儀器置平以及儀器和覘標高量測等作業都應嚴格按規范進行。1.4 施工控制網 三角、邊角網 導線網 建筑方格網 GPS網 GPS網與地面網相結合的混合網 特點：特點：1)控制的范圍較小，控制點的密度較 大，精度要求較高 2)使用頻繁 3)受施工干擾大 4)控制網的坐標系與施工坐標系一致 5)投影面與工程的平均高程面一致 6)有時分兩級布網，次級網可能比首級 網的精度高施工高程控制網：通常也是分兩級布設，即布滿整個施工場地的基本高程控制網與根據各施工階段放樣需要而布設的加密網。1.5 1.5 變形監測網變形監測網 要點：要點：變形監測網由參考點和目標點組成；變形監測網的坐標系和基6、準的選取原則；對變形監測網應作同時顧及精度、可靠 性、靈敏度 以及費用進行監測網的優化 設計；對變形監測網都要進行重復觀測。1.6 安裝測量控制網安裝測量控制網特點：特點：通常是一種微型邊角網，邊長從 幾米至一百多米整個網由形狀相同、大小相等的基本圖形組成精度要求很高，其測量精度有時要達到計量 級2.2.控制網精度確定的一般方法控制網精度確定的一般方法v工程建筑物的放樣是工程測量的重要組成部分。它的目的是把圖紙上已設計好的各種工程建筑物、構筑物，按照設計的要求測設到相應的地面上，并設置各種標志，作為施工的依據，以銜接和指揮各工序的施工，保證建筑工程符合設計要求。v原有的測圖控制網在布點和施測精7、度方面主要考慮滿足測繪大比例尺地形圖的需要，不可能考慮到將來建筑物的分布及施工放樣對點位的布設要求，因為，工業企業建筑物在施工之前都要在原有測圖控制網的基礎上建立施工控制網。v工程建筑物放樣的程序，應遵守“由整體到局部”的原則。v工程建筑物主軸線放樣的精度要求，主要根據建筑物的性質、與已有建筑物的關系以及建筑區的地形和地質情況來決定。v在施工階段，測量工作的任務是直接為施工服務，測量工作的精度主要體現在相鄰點位的相對位置上。v建筑物放樣時的精度要求，是根據建筑物竣工時對于設計尺寸的容許偏差來確定的。建筑物竣工時的實際誤差是由施工誤差和測量放樣誤差所引起的。v在確定了建筑物放樣的精度要求以后，就8、可以用它作為起算數據來推算施工控制網的必要精度。設M為放樣后所得點位的總誤差，m1為控制點誤差所引起的誤差，m2為放樣過程中所產生的點位誤差，則 設 則有l若令 時，可認為 ，則有 即 。因此，在實際工作中通常把 作為確定控制網的點位精度。3.3.施工控制網的設計施工控制網的設計一、施工平面控制網的網形l工程施工平面控制網是專門為工程施工放樣服務的，根據工程的特點，平面控制網一般有：（1）導線網 （2）邊角網 （3）GPS網 （4）建筑方格網二、控制網建立的過程施工控制網的設計一般經過的過程：（1）確定控制網的等級（2）確定布網形式（3）確定測量儀器和操作規程（4）在圖上選點構網，到實地踏勘（9、5）埋設標石、標志（6）外業觀測（7）內業數據處理（8）提交成果三、控制網優化設計的質量標準 控制網的質量是控制網設計的核心和宗旨。用什么標準來衡量控制網的質量好壞，不僅取決于工程的質量和要求，而且取決于標準制定的合理與否。這個標準就是控制網優化設計的質量標準，又稱為質量指標或質量準則。根據對控制網的要求不同，一般有4個方面的質量指標：l 精度，描述誤差分布離散程度l 可靠性，發現和抵抗模型誤差的能力l 靈敏度，監測網發現某一變形的能力l 經濟，建網費用四、控制網優化設計的分類l控制網優化設計一般分為四類：l（1）零類設計（基準問題）l（2）一類設計（圖形問題）l（3）二類設計（權比問題）l（10、4）三類設計（加密問題）又稱基準設計，固定參數是A，P待定參數是x，QX。意指在給定固形（A）和觀測精度(P)的情況下，為待定參數x選定最優的參考基準使QX最小。我國已建成國家大地參考基準，這是各類測繪工作應共同享用的。對精密工程，有時建立自己的參考基準，這可用測量方法測出擬意參考系中的起始數據從而構成完整的參考基準。為判斷網的未知量內精度QX，可以采用秩虧自由網平差然后在不同基準之間進行相似變換，以選擇一個最優的參考基準。零類設計 1.1.零類設計零類設計(為控制網尋求一個最優的基準或坐標系為控制網尋求一個最優的基準或坐標系基準問題基準問題)1 1）工測網與國家或地方控制網有關，因而不存在此11、）工測網與國家或地方控制網有關，因而不存在此問題。問題。如城鎮日常測量的工程控制網、測圖控制網、地籍如城鎮日常測量的工程控制網、測圖控制網、地籍測量控制網等。測量控制網等。2 2）對網點有特殊要求的專用網（工程實際背景已確）對網點有特殊要求的專用網（工程實際背景已確定了參考系的選擇）定了參考系的選擇）如大壩施工控制網，可選擇壩軸線的兩端點為網的如大壩施工控制網，可選擇壩軸線的兩端點為網的參考基準；若考慮其它任務，可根據需要選擇其它的參考基準；若考慮其它任務，可根據需要選擇其它的參考基準。參考基準。3 3）對網點沒有特殊要求，各點等同重要的控制網。）對網點沒有特殊要求，各點等同重要的控制網。又稱12、圖形設計，固定參數是P，QX 待定參數是A。意指給定觀測精度和平差后的點位精度標準，以確定最佳的圖形結構。由于工程測量中場地條件限制，比如地形、交通、水系和建筑物等外界條件限制，控制點位置的選擇余地往往很小。所以，實際上一類優化設計主要體現在選擇最佳的觀測類型。一類設計 又稱觀測權設計，固定參數是A，QX，待定參數是P。意即在滿足給定圖形A和平差后點位精度QX要求下，通過全網觀測量的合理分配，使平差達到頂期的效果，并使觀測量最小或不超過一定范圍。由于觀測類型的增多，所以二類設計還存在確定各類觀測量在網中的最佳位置和密度等的最佳組合。在特種精密工程測量中，權的優化設計是最常見的。二類設計以以Q 13、QX X為精度設計準則，由已知數據可獲為精度設計準則，由已知數據可獲得誤差方程的系數矩陣（設計矩陣）得誤差方程的系數矩陣（設計矩陣）A A為：為：3.3.二類設計（觀測工作量的最佳匹配，或最適當的權分配權問題）二類設計（觀測工作量的最佳匹配，或最適當的權分配權問題）當網點確定后，解決網點之間采用什么樣的觀測和怎樣觀測，即已知控制當網點確定后，解決網點之間采用什么樣的觀測和怎樣觀測，即已知控制網的設計矩陣，如何確定觀測值的權陣。以下用示例說明之。網的設計矩陣，如何確定觀測值的權陣。以下用示例說明之。如圖，用距離交會法確定如圖，用距離交會法確定4 4點。交會邊點。交會邊S S1 113.5km,S14、13.5km,S2 29.15km,S9.15km,S3 3=6.94km=6.94km；方位角方位角T T1 127,T27,T2 2126126,T,T3 3225225。要求。要求4 4點的點位誤差橢圓為半徑等于點的點位誤差橢圓為半徑等于1cm1cm的圓，也就是其協因數陣的圓，也就是其協因數陣Q QX X為（為（2 24242）式。）式。按設計要求有：按設計要求有：又稱原網改進設計，取固定參數是QX ，待定參數是部分的A或P。它是在舊網的基礎上，通過設計新點位，增加新觀測以及觀測值權的改變以達到全網點位精度QX的要求。三類設計六、控制網優化設計方法網的優化設計方法有兩種：解析法：通過數學15、方程用最優化方法求解。模擬法：根據經驗和準則，通過計算比較、修改，得到最優方案。解析法優化設計模擬法優化設計設計1.模擬法優化設計過程：模擬法優化設計過程：設計網形、實地踏勘；設計網形、實地踏勘；定初始方案，模擬觀測值，網平差；定初始方案，模擬觀測值，網平差；觀測修改；觀測修改；再作模擬計算，重復進行，直到滿意。再作模擬計算，重復進行，直到滿意。人機交互方式進行。人機交互方式進行。2.基于可靠性的模擬優化設計法 要點和步驟：1）網的初始方案應對所有可能觀測的邊和 方向 進行全測，是一個“肥網”或“密網”。2）觀測值之間的精度相差不要太大，邊角 間的精度應基本匹配。3）觀測精度應選取儀器所能達到16、的最高精 度，使優化時有降低的余地。4）模擬初始觀測方案，進行平差計算，對精度、可靠性乃至靈敏度計算結 果進行分析：觀測精度是否合理，是否需作調整，基于觀測值內部可 靠性指標按從“肥”到“瘦”，從“密”到 “疏”的策略進行網的優化設計。GPS網也可看作是全邊角網，故模擬法優化設計方法同樣可以用于GPS網?！艾F代測量控制網數據處理通用軟件包”CODAPS生成正態標準隨機數；人工生成一個觀測方案文件：網名FA2，自動生成平差所需的觀測值文件：網名IN2平差計算：根據精度和可靠性指標得到優化設計方案。4.4.典型工程施工控制網的布設典型工程施工控制網的布設l施工控制網分為高程和平面控制網。l高程控制17、網為用各種等級的水準測量測定施工場地上的一系列水準點和其他高程控制點的高程，其密度要求安放一站水準儀即能測設所需要放樣點的高程。l平面控制網的布置形式隨工程建筑物的種類不同而不同。一、橋梁施工控制網的布設（一）首級控制網測量 為了確保大橋首級平面和高程控制網的正確與可靠，及時、有效地為施工放樣及后期變形監測打好基礎。1.大型特大型橋梁首級平面控制網在最初建立和后續復測中，均采用GPS靜態測量技術進行測定；在一些中小型橋梁可以采用GPS靜態定位測量技術進行測定，也可以采用以GPS靜態測量為主，全站儀測量為輔的方法。2.在測量時要有效聯測國家控制網，可以用測區內的國家三角點作為全網的起算點。對于大18、型或特大型橋梁測量時，應該考慮到投影帶可能帶來的誤差和平面坐標系的轉換，建立統一的坐標系統。3.控制網點位精度一般為5-1mm,高程精度GPS大地高8mm，水準測量精度為三四等水準精度。對于特大跨海域橋梁無法實施水準測量的可利用高程精度GPS大地高和當地重力測量的資料，擬合確定似大地水準面模型，從而利用大地高和高程異常求的正常高，也就是水準高程。l同步環（simultaneous observation loop）是指在用全球定位系統（GPS）進行測量中,由3臺或3臺以上接收機，同時對同一組衛星進行觀測（同步觀測)）所獲得的基線向量所構成的閉合多邊形。異步環（non-simultaneous 19、observation loop）是在用全球定位系統(GPS)進行測量中，由數條GPS獨立邊構成的閉合多邊形。在GPS網中，必須保證有足夠數量的異步環，才能確保觀測成果的可靠性和有效地發現觀測值中存在的粗差。（二）加密控制網測量 根據施工的進程，在建造好的橋墩上，布設加密點，其間距約1Km。利用首級控制網的成果作為已知點，采用GPS測量手段用10臺雙頻接收機同時測量，按照GPS測量三等精度要求，完成全線的控制網加密?；蛘吒呔热緝x也可以實施加密控制測量。二、隧道施工控制網的布設 隧道施工控制網分為地面網和洞內網。（一）隧道地面控制網（一）隧道地面控制網 長隧道一般可近似作為直線型處理。洞外采20、用GPS平面控制網，在進、出口線路中線上布設進、出口點，進、出口再布設3個定向點，進、出口與相應定向點之間應通視。洞外采用GPS平面控制網（二）隧道洞內控制網 鑒于隧道洞內狹長，地下工程導線布設形式受到限制，在洞外GPS平面控制網的基礎上，布設洞內導線。多布設為多種多樣的支導線。洞內導線的設計可分由復測支導線、菱形導線、四邊形導線、大地四邊形構成的全導線網、交叉雙導線網和跳點導線多種形式。洞內導線的設計四種洞內導線的設計的精度比較 洞內導線的設計三、水利樞紐施工控制網的布設l布設施工控制網時要參照設計總平面圖統一考慮。大壩軸線是主軸線，軸線要設法包括在控制網中，點位的選擇要考慮土質良好，點位能21、長期保存，便于施工放樣的地方。l布網時，盡量顧及圖形強度。一次不能布設的可以分級布置控制。首級控制網的網形要穩定，可以稀疏些，但控制范圍要大些，然后在內插點，為施工放樣服務。（一）平面施工控制網 平面控制網建立的要求：控制網必須覆蓋建筑物施工范圍，能滿足建筑物的施工要求；控制點盡量避開施工的影響，且通視良好；便于在首級控制網的基礎上加密低等級控制點，方便施工放樣；控制網點在被毀壞后，能方便恢復；保證控制點的精度能滿足要求。在控制網的實測過程中嚴格按章規程進行測量工作，可以避開氣流不穩定的時間段進行觀測，使成像清晰目標穩定，采用儀器可以采用GPS靜態定位技或高精度全站儀，也可以老式光學經緯儀（T22、3）配合激光測距儀，觀測12個測回。（二）高程施工測量 作為橋粱施工高程控制的水準點 每岸至少應埋設三個永久性水準標石。同岸三個水準點中至少有兩個應埋設在施工范目以外，以免受到損壞和臨時性建筑物所埋沒，另一個則埋設在施工區內，便將高程直接傳遞刊需要的地方。另外為將高程傳遞到橋臺，應在橋臺附近埋設施工水準點。要求水準點點位穩定，受施工干擾小，便于引測。觀測儀器可采用精密水準儀，比如徠卡NA2+GMP3，采用國家三等水準測量的方法實測。某大型水利樞紐工程的施工控制網，為地面邊角網，全網共有27個點，其中已知點數10個，未知點數17個，采用高精度全站儀觀測，多余觀測值總數達131，平均多余觀測值數為23、0.70，最大邊長為760m，最短邊僅有11.32m。四、工業廠區施工控制網的布設 對于工業建設來說。由于建設場地上工程建筑物比較多，施工的精度也不同。在大型工業廠區建筑工程通常采用廠區控制網的形式有：建筑方格網、導線網和GPS網。建筑方格網最大的優點是：用直角坐標系放樣細布點，簡單靈活，方便，不易出錯。現代施工測量方法靈活，不再拘泥于建筑方格網法，導線網、邊角網、GPS網更顯靈活使用，特別是用全站儀導線網放樣是現代測繪的常用儀器和方法。（一）施工控制網的建立（一）施工控制網的建立 1、坐標系統（施工坐標系）、坐標系統（施工坐標系）是根據廠區總平面圖所確定的獨立坐標系統，其坐標是根據廠區總平面24、圖所確定的獨立坐標系統，其坐標軸的方向與建筑物軸的方向與建筑物 主軸線的方向平行或垂直，坐標原點位于主軸線的方向平行或垂直，坐標原點位于總平面圖的西南角，與設計坐標系統一致?？偲矫鎴D的西南角，與設計坐標系統一致。施工坐標系統與測量坐標系統之間的關系見下圖所示：施工坐標系統與測量坐標系統之間的關系見下圖所示：分兩級布設：廠區控制網和廠房矩形控制網。分兩級布設：廠區控制網和廠房矩形控制網。布設形式：建筑方格網（布設形式：建筑方格網（“一一”字形、字形、“+”字形、字形、“口口”字形、字形、“田田”字形）、導線網、三角網。字形）、導線網、三角網。（1）建筑方格網的布置和主軸線的選擇）建筑方格網的布置25、和主軸線的選擇 （2）施工坐標與測量坐標的換算）施工坐標與測量坐標的換算 （3）建筑方格網主軸線的測設）建筑方格網主軸線的測設（二）平面施工控制網（4）方格網的測設）方格網的測設（三）平面高程控制 建筑場地較大時，一般將高程控制網分兩級布設，可分為：首級網和加密網。采用三、四等水準測量建立首級高程控制。方格網點可兼做水準點也可另布設水準點，密度要求安置一次儀器即可測設所需要的高程點。1、基本水準點。一般建筑場地埋設2-3個，按三、四等水準測量要求，將其布設成閉合水準路線，其位置應設在不受施工影響之處。2、施工水準點?？拷ㄖ?，可用來直接測設建筑物的高程。通常設在建筑方格網樁點上。其相應水準點可分為基本水準點和施工水準點。