施工控制網(wǎng)的建立

1、施工控制網(wǎng)施工控制網(wǎng)的建立的建立內容提要內容提要1.1.工程控制網(wǎng)的分類和作用工程控制網(wǎng)的分類和作用2.2.控制網(wǎng)精度確定的一般方法控制網(wǎng)精度確定的一般方法3.3.施工控制網(wǎng)的設計施工控制網(wǎng)的設計4.4.典型工程施工控制網(wǎng)的布設典型工程施工控制網(wǎng)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(wǎng)的特點及其布設方法，施工控制網(wǎng)精度確定的方法，施工控制網(wǎng)機助優(yōu)化設計，橋梁施工三角網(wǎng)的建立及其必要精度的確定，水利樞紐施工控制網(wǎng)的布設及其精度的確定，工業(yè)企業(yè)廠區(qū)與廠房控制網(wǎng)的布設特點與建網(wǎng)方法。1.工程控制網(wǎng)的分類和作用工程控制網(wǎng)的分類和作用 測量控制網(wǎng)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(wǎng)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(tǒng)一的規(guī)格1.工程控制網(wǎng)的分類和作用工程控制網(wǎng)的分類和作用1.1 測量控制網(wǎng)的分類測量控制網(wǎng)的分類 全球控制網(wǎng)全球控制網(wǎng) 國家控制網(wǎng)國家控制網(wǎng) 工程控制網(wǎng)工程控制網(wǎng)1.2 工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟一、一、 分類分類 按用途分： 測圖控制網(wǎng) 施工（測量）控制網(wǎng) 變形監(jiān)測網(wǎng) 安裝（測量）控制網(wǎng)； 按網(wǎng)點性質分：按網(wǎng)點性質分： 一維網(wǎng)（或稱水準網(wǎng)、高程網(wǎng)）一維網(wǎng)（或稱水準網(wǎng)、高程網(wǎng)） 二維網(wǎng)（或稱平面網(wǎng)）二維

3、網(wǎng)（或稱平面網(wǎng)） 三維網(wǎng)三維網(wǎng) 按網(wǎng)形分：按網(wǎng)形分： 三角網(wǎng)三角網(wǎng) 導線網(wǎng)導線網(wǎng) 混合網(wǎng)混合網(wǎng) 方格網(wǎng)方格網(wǎng) 按施測方法劃分：按施測方法劃分： 測角網(wǎng)測角網(wǎng) 測邊網(wǎng)測邊網(wǎng) 邊角網(wǎng)邊角網(wǎng) GPS GPS網(wǎng)網(wǎng) 按坐標系和基準劃分：按坐標系和基準劃分： 附合網(wǎng)（約束網(wǎng)） 獨立網(wǎng) 經(jīng)典自由網(wǎng) 自由網(wǎng)按其他標準劃分： 首級網(wǎng) 加密網(wǎng) 特殊網(wǎng) 專用網(wǎng)（如隧道控制網(wǎng)、建筑方格網(wǎng)、橋梁控制網(wǎng)等） 工程控制網(wǎng)的作用：工程控制網(wǎng)的作用： 為工程建設提供工程范圍內統(tǒng)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(wǎng)也具有控制全局、提供基準和控制測量誤差積累的

4、作用。 （1）確定控制網(wǎng)的等級 （2）確定布網(wǎng)形式 （3）確定測量儀器和操作規(guī)程 （4）在圖上選點構網(wǎng)，到實地踏勘 （5）埋設標石、標志 （6）外業(yè)觀測 （7）內業(yè)數(shù)據(jù)處理 （8）提交成果工程控制網(wǎng)建網(wǎng)步驟：工程控制網(wǎng)建網(wǎng)步驟：1.3 測圖控制網(wǎng) 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(wǎng)，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(guī)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

5、短暫（3）各控制點的高程觀測應組成閉合環(huán)以增加平差條件（4）豎角觀測、儀器置平以及儀器和覘標高量測等作業(yè)都應嚴格按規(guī)范進行。1.4 施工控制網(wǎng) 三角、邊角網(wǎng) 導線網(wǎng) 建筑方格網(wǎng) GPS網(wǎng) GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)相結合的混合網(wǎng) 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(wǎng)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(wǎng)，次級網(wǎng)可能比首級 網(wǎng)的精度高 施工高程控制網(wǎng)：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(wǎng)與根據(jù)各施工階段放樣需要而布設的加密網(wǎng)。1.5 1.5 變形監(jiān)測網(wǎng)變形監(jiān)測網(wǎng)

6、要點：要點： 變形監(jiān)測網(wǎng)由參考點和目標點組成； 變形監(jiān)測網(wǎng)的坐標系和基準的選取原則； 對變形監(jiān)測網(wǎng)應作同時顧及精度、可靠 性、靈敏度 以及費用進行監(jiān)測網(wǎng)的優(yōu)化 設計； 對變形監(jiān)測網(wǎng)都要進行重復觀測。1.6 安裝測量控制網(wǎng)安裝測量控制網(wǎng)特點：特點： 通常是一種微型邊角網(wǎng)，邊長從 幾米至一百多米 整個網(wǎng)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(wǎng)精度確定的一般方法控制網(wǎng)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(jù)，以銜

7、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(wǎng)在布點和施測精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(yè)企業(yè)建筑物在施工之前都要在原有測圖控制網(wǎng)的基礎上建立施工控制網(wǎng)。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(jù)建筑物的性質、與已有建筑物的關系以及建筑區(qū)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(xiàn)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(jù)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

8、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，就可以用它作為起算數(shù)據(jù)來推算施工控制網(wǎng)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(chǎn)生的點位誤差，則 設 則有2212Mmm21mmk222211112Mmmkkl 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(wǎng)的點位精度。25%MmM2Mm210.052k10k 12211310mmm3.3.施工控制網(wǎng)的設計施工控制網(wǎng)的設計一、施工平面控制網(wǎng)的網(wǎng)形l工程施工平面控制網(wǎng)是專門為工程施工放樣服務的，根據(jù)工程的特點，平面控制網(wǎng)一般有： （1）導線網(wǎng)

9、 （2）邊角網(wǎng) （3）GPS網(wǎng) （4）建筑方格網(wǎng)二、控制網(wǎng)建立的過程施工控制網(wǎng)的設計一般經(jīng)過的過程：（1）確定控制網(wǎng)的等級（2）確定布網(wǎng)形式（3）確定測量儀器和操作規(guī)程（4）在圖上選點構網(wǎng)，到實地踏勘（5）埋設標石、標志（6）外業(yè)觀測（7）內業(yè)數(shù)據(jù)處理（8）提交成果三、控制網(wǎng)優(yōu)化設計的質量標準 控制網(wǎng)的質量是控制網(wǎng)設計的核心和宗旨。用什么標準來衡量控制網(wǎng)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(wǎng)優(yōu)化設計的質量標準，又稱為質量指標或質量準則。 根據(jù)對控制網(wǎng)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(fā)現(xiàn)和抵抗模型誤

10、差的能力l 靈敏度，監(jiān)測網(wǎng)發(fā)現(xiàn)某一變形的能力l 經(jīng)濟，建網(wǎng)費用四、控制網(wǎng)優(yōu)化設計的分類l控制網(wǎng)優(yōu)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（4）三類設計（加密問題） 又稱基準設計，固定參數(shù)是A，P待定參數(shù)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(shù)x選定最優(yōu)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(shù)據(jù)從而構成完整的參考基準。為判斷網(wǎng)的未知量內精度QX ，可以采用秩虧自由網(wǎng)平差然后在不同基準之間進行

11、相似變換，以選擇一個最優(yōu)的參考基準。零類設計 1.1.零類設計零類設計( (為控制網(wǎng)尋求一個最優(yōu)的基準或坐標系為控制網(wǎng)尋求一個最優(yōu)的基準或坐標系基準問題基準問題) )1 1）工測網(wǎng)與國家或地方控制網(wǎng)有關，因而不存在此）工測網(wǎng)與國家或地方控制網(wǎng)有關，因而不存在此問題。問題。如城鎮(zhèn)日常測量的工程控制網(wǎng)、測圖控制網(wǎng)、地籍如城鎮(zhèn)日常測量的工程控制網(wǎng)、測圖控制網(wǎng)、地籍測量控制網(wǎng)等。測量控制網(wǎng)等。2 2）對網(wǎng)點有特殊要求的專用網(wǎng)（工程實際背景已確）對網(wǎng)點有特殊要求的專用網(wǎng)（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(wǎng)，可選擇壩軸線的兩端點為網(wǎng)的如大壩施工控制網(wǎng)，可選擇壩軸線的兩端點

12、為網(wǎng)的參考基準；若考慮其它任務，可根據(jù)需要選擇其它的參考基準；若考慮其它任務，可根據(jù)需要選擇其它的參考基準。參考基準。3 3）對網(wǎng)點沒有特殊要求，各點等同重要的控制網(wǎng)。）對網(wǎng)點沒有特殊要求，各點等同重要的控制網(wǎng)。 又稱圖形設計，固定參數(shù)是P， QX 待定參數(shù)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(yōu)化設計主要體現(xiàn)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(shù)是A， QX ，待定參數(shù)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

13、網(wǎng)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(wǎng)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(yōu)化設計是最常見的。二類設計)422(1001 IQX以以Q QX X為精度設計準則，由已知數(shù)據(jù)可獲為精度設計準則，由已知數(shù)據(jù)可獲得誤差方程的系數(shù)矩陣（設計矩陣）得誤差方程的系數(shù)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?shù)臋喾峙錂鄦栴}）二類設計（觀測工作量的最佳匹配，或最適當?shù)臋喾峙錂鄦栴}）當網(wǎng)點確定后，解決網(wǎng)點之間采用什么樣的觀測和怎樣觀測，即已知控制當網(wǎng)點確定后，解決網(wǎng)

14、點之間采用什么樣的觀測和怎樣觀測，即已知控制網(wǎng)的設計矩陣，如何確定觀測值的權陣。以下用示例說明之。網(wǎng)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,S13.5km,S2 29.15km,S9.15km,S3 3=6.94km=6.94km；方位角方位角T T1 12727,T,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(xié)因數(shù)陣的圓，也就是其協(xié)因數(shù)陣Q QX X為（為（2 24242）式。）式。)4

15、32(707. 0707. 0588. 0809. 0891. 0454. 0sincossincossincos332211TTTTTTA按設計要求有：按設計要求有：)442(1XTQPAAN)452(001000321pppP邊長權陣515. 0,974. 0,511. 0321ppp 又稱原網(wǎng)改進設計，取固定參數(shù)是QX ，待定參數(shù)是部分的A或P。它是在舊網(wǎng)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(wǎng)點位精度QX的要求。三類設計六、控制網(wǎng)優(yōu)化設計方法網(wǎng)的優(yōu)化設計方法有兩種：解析法： 通過數(shù)學方程用最優(yōu)化方法求解。模擬法： 根據(jù)經(jīng)驗和準則，通過計算比較、修改，得到最優(yōu)方案

16、。n 一維問題無約束問題維問題靜態(tài)問題最優(yōu)化問題線性規(guī)劃約束問題非線性規(guī)劃動態(tài)問題解析法優(yōu)化設計模擬法優(yōu)化設計設計1.模擬法優(yōu)化設計過程：模擬法優(yōu)化設計過程：設計網(wǎng)形、實地踏勘；設計網(wǎng)形、實地踏勘；定初始方案，模擬觀測值，網(wǎng)平差；定初始方案，模擬觀測值，網(wǎng)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(yōu)化設計法 要點和步驟：1）網(wǎng)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(wǎng)”或“密網(wǎng)”。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

17、達到的最高精 度，使優(yōu)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(wǎng)的優(yōu)化設計。 GPS網(wǎng)也可看作是全邊角網(wǎng)，故模擬法優(yōu)化設計方法同樣可以用于GPS網(wǎng)?！艾F(xiàn)代測量控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理通用軟件包” CODAPS生成正態(tài)標準隨機數(shù)；人工生成一個觀測方案文件：網(wǎng)名FA2，自動生成平差所需的觀測值文件：網(wǎng)名IN2平差計算：根據(jù)精度和可靠性指標得到優(yōu)化設計方案。4.4.典型工程施工控制網(wǎng)的布設典型工程施工控制網(wǎng)的布設l施工控制網(wǎng)分為高程和平面控制網(wǎng)

18、。l高程控制網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的布設（一）首級控制網(wǎng)測量 為了確保大橋首級平面和高程控制網(wǎng)的正確與可靠，及時、有效地為施工放樣及后期變形監(jiān)測打好基礎。 1.大型特大型橋梁首級平面控制網(wǎng)在最初建立和后續(xù)復測中，均采用GPS靜態(tài)測量技術進行測定；在一些中小型橋梁可以采用GPS靜態(tài)定位測量技術進行測定，也可以采用以GPS靜態(tài)測量為主，全站儀測量為輔的方法。 2.在測量時要有效聯(lián)測國家控制網(wǎng)，可以用測區(qū)內的國家三角點作為全網(wǎng)

19、的起算點。對于大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(tǒng)一的坐標系統(tǒng)。 3.控制網(wǎng)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?shù)刂亓y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(huán)（simultaneous observation loop）是指在用全球定位系統(tǒng)（GPS）進行測量中,由3臺或3臺以上接收機，同時對同一組衛(wèi)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(huán)（non-sim

20、ultaneous observation loop）是在用全球定位系統(tǒng)(GPS)進行測量中，由數(shù)條GPS獨立邊構成的閉合多邊形。在GPS網(wǎng)中，必須保證有足夠數(shù)量的異步環(huán)，才能確保觀測成果的可靠性和有效地發(fā)現(xiàn)觀測值中存在的粗差。 （二）加密控制網(wǎng)測量 根據(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的布設 隧道施工控制網(wǎng)分為地面網(wǎng)和洞內網(wǎng)。（一）隧道地面控制網(wǎng)（一）隧道地面控制網(wǎng) 長隧道一般可近似

21、作為直線型處理。 洞外采用GPS平面控制網(wǎng)，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(wǎng)（二）隧道洞內控制網(wǎng) 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(wǎng)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(wǎng)、交叉雙導線網(wǎng)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(wǎng)的布設l 布設施工控制網(wǎng)時要參照設計總平面圖統(tǒng)一考慮。大壩軸線是主軸線，軸線要設法包括在控制網(wǎng)中，

22、點位的選擇要考慮土質良好，點位能長期保存，便于施工放樣的地方。 l 布網(wǎng)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(wǎng)的網(wǎng)形要穩(wěn)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(wǎng) 平面控制網(wǎng)建立的要求：控制網(wǎng)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(wǎng)的基礎上加密低等級控制點，方便施工放樣；控制網(wǎng)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(wǎng)的實測過程中嚴格按章規(guī)程進行測量工作，可以避開氣流不穩(wěn)定的時間段進行觀測，使成像清晰目標穩(wěn)定，采用儀器可以采用GPS靜態(tài)定位技或

23、高精度全站儀，也可以老式光學經(jīng)緯儀（T3）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(qū)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(wěn)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(wǎng)，為地面邊角網(wǎng)，全網(wǎng)共有27個點，其中已知點數(shù)10個，未知點數(shù)17個，采用高精度全站儀觀測，多余

24、觀測值總數(shù)達131，平均多余觀測值數(shù)為0.70，最大邊長為760m，最短邊僅有11.32m。四、工業(yè)廠區(qū)施工控制網(wǎng)的布設 對于工業(yè)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(yè)廠區(qū)建筑工程通常采用廠區(qū)控制網(wǎng)的形式有：建筑方格網(wǎng)、導線網(wǎng)和GPS網(wǎng)。 建筑方格網(wǎng)最大的優(yōu)點是：用直角坐標系放樣細布點，簡單靈活，方便，不易出錯。 現(xiàn)代施工測量方法靈活，不再拘泥于建筑方格網(wǎng)法，導線網(wǎng)、邊角網(wǎng)、GPS網(wǎng)更顯靈活使用，特別是用全站儀導線網(wǎng)放樣是現(xiàn)代測繪的常用儀器和方法。（一）施工控制網(wǎng)的建立（一）施工控制網(wǎng)的建立 1、坐標系統(tǒng)（施工坐標系）、坐標系統(tǒng)（施工坐標系） 是根據(jù)廠區(qū)總平面圖所確定的獨立坐標系統(tǒng)，其坐標是根據(jù)廠區(qū)總平面圖所確定的獨立坐標系統(tǒng)，其坐標軸的方向與建筑物軸的方向