全站儀在道路橋梁施工中的應用

1、全站儀在道路橋梁施工中的應用 魏元元中交一公局第五工程有限公司京包項目 中文摘要 ：工程建設中通過現(xiàn)場的測量放樣來將設計中的理想線位進行準確定位，無疑是一項最為至關(guān)重要的工作。路線測量貫穿于路線工程從規(guī)劃、勘測設計、施工到營運管理的各階段，是與工程建設緊密結(jié)合的專業(yè)測量技術(shù)。根據(jù)設計的圖紙及有關(guān)數(shù)據(jù)放樣公路的邊樁、邊路面及其他的有關(guān)點位，保證交通路線工程建設的順利進行。放樣的基本工作主要是地面點的直接定位元素角度、距離、高差的放樣。 關(guān)鍵詞 ： 全站儀 施工放樣 曲線原理 橋臺 近年來隨著全站儀技術(shù)的進步與價格不斷的下調(diào)，它在工程施工建設方面得到了廣泛的應用，在各類建設中，發(fā)揮了重要的作用。全

2、站儀是一種能在一個測站上完成所有測量工作的高精度測量的儀器，除了能自動測距、測角外，還能進行平距、高程、坐標的計算，進行放樣。傳統(tǒng)的施工方法，往往采用常規(guī)經(jīng)緯儀測設的方法，不僅效率低下，而且產(chǎn)生的誤差較大。全站儀的應用已是相當普遍,無論是數(shù)字化測圖, 還是施工放樣, 全站儀都是非常簡捷、高效的應用工具。但是, 由于受到經(jīng)緯儀時代傳統(tǒng)測量的影響, 加之對全站儀的功能不甚了解, 因而在很多情況下, 全站儀只是當作高價的經(jīng)緯儀而使用, 并不能對其靈活運用。采用全站儀施工放樣，如果采用正確的方法會起到事半功倍的效果。綜上說述，對全站儀特點、功能及一些簡便放樣的方法的了解掌握是非常必要的。1 .全站儀放

3、樣的特點及主要放樣功能1.1全站儀的主要特點全站儀可與電子計算機配合使用，以實現(xiàn)工作的高效性。其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在:作業(yè)面相對高差限制大大縮小，一般高差在150m 以內(nèi)（要正確設置大氣常數(shù)），其水準測量能滿足四等水準精度，這一高差基能滿足各種大中型工程的要求；其粗略放樣半徑可達2000m以上（根據(jù)儀器的不同，其視距將有所不同）；無需鋼尺量距；測距速度快（測距2000m 只需2s，在其測距范圍內(nèi)也只需2s）；設內(nèi)業(yè)計算簡單；尤其在采用坐標放樣時，更顯其優(yōu)越性，其角差和放樣邊長都會顯示在儀器屏幕上，操作尤為方便。傳統(tǒng)的測量工作一般需要幾種測量儀器配合來承擔，至少需要兩種測量儀器才能完成一點的測量工作

4、，而且需要移動站點（轉(zhuǎn)點），費時費力；而全站儀在一個站點就可以完成控點范圍內(nèi)的所有測量工作。1.2 全站儀的主要放樣功能 全站儀放樣已知方向的長度由于全站儀一般都具有斜距換算平距功能。因此,使用全站儀放樣長度的方法很簡單。具體步驟可如下:首先安置全站儀于A 點,照準放樣方向B ,將溫度、濕度、氣壓及各種參數(shù)輸入全站儀中。在目標方向線AB 上(全站儀用跟蹤測量方式) 移動反光鏡,當全站儀平距顯示為待放樣距離S 時,固定反光鏡,整平后,松開制動螺旋,在三角架上平移反光鏡到目標方向、并使顯示器為待放樣值S 為止,固定反光鏡。將反光鏡中心投影到地面上定一點,此點即為持定點。其距離為近似的放樣值S 。若

5、要求放樣長度精度較高時,在上述放樣后,用歸化法進行改正。在點精確安置反光鏡,用全站儀測量該距離,其值為,差值為()。在AB 方向線上, 按S 的符號,向前(后) 量取S ,定點P ,則P 點為最終點位, AP=S 。全站儀放樣已知角度在一些建筑工程建設過程中,經(jīng)常需根據(jù)已知方向放樣出一直角或任意角度,其具體步驟可如下:如圖2-1 所示安置全站儀于A 點,將溫度、濕度、氣壓及各種參數(shù)輸入全站儀中。在B 點(已知方向點) 安置反光鏡。照準反光鏡B ,并使儀器顯示角值為0°0000。順時針轉(zhuǎn)動照準部(也使全站儀用跟蹤測量方式) 瞄準另一反光鏡(可用單桿棱鏡) ,移動這面反光鏡,直到全站儀顯

6、示器顯示角值為放樣的角值() ,固定反光鏡,將反光鏡中心投影到地面上定一點P ,則A P 方向即為要放樣的方向若要求放樣的角值精度較高時,在上述放樣后,可認為第次放樣的位置為P(如圖2-1 所示) 。用全站儀精確測量BA P=,并測量距離SA P= S ,若放樣的角值為, 則計算 = - , q =/ × S (=206 265)圖 2-1 角度放樣原理Fig.2-1 angle setting-out principle經(jīng)過計算求出q 值,則在P點上作A P垂線,在垂線上量q 值,則BAP 即為要放樣的角值。全站儀放樣高程點全站儀放樣高程點一般較復雜一點,如放樣建筑工程場地的

7、77;0 水準點。假設建筑工程場地附近有一已知高程點A ,其高程為HA ,放樣的高程點高程為HP ,則放樣步驟如下:如圖2-2 所示安置全站儀于A 點,量儀器高,將溫度、濕度、氣壓及各種參數(shù)輸入全站儀中。在放樣的地方安置反光鏡,測出反光鏡的鏡上中心高程,并計算h = -。從反光鏡的鏡上中心向上(下) 量取h 定出一點P,則此點即為要放樣的高程點。若要求放樣的高程精度較高時,在上述放樣后,可對P點進行改正,如圖4 所示用全站儀精確測P點的高程為HP, 計算: -=。從P向上(下) 量取H ,定出的點P ,即為要精確放樣的高程點P。 1.2.4全站儀坐標放樣在已知坐標點上，架儀器，整平對中。開機初

8、始設定，選擇坐標放樣程序，輸入測站點坐標（架儀器點坐標），輸入另一已知坐標點（后視點）的坐標或角度。對準(后視點）確認，可以放樣了，輸入要放樣點的坐標，轉(zhuǎn)儀器角度歸零，在視線上架棱鏡，測量，調(diào)整棱鏡在視線上的距離。距離差為零就搞定這個點，然后放樣下個點。. 2全站儀在施工放樣中的應用 2.1全站儀在道路工程的施工放樣公路、鐵路工程放樣工作主要包括：線路中線放樣、路基施工放樣、路面施工測量等內(nèi)容。全站儀在線路工程中起到越重要的作用。線路中線放樣中運用全站儀放樣的主要是平面曲線。一般的平面曲線是按“直線+緩和曲線+圓曲線+緩和曲線+直線”的順序連接組成完整的線形。平面曲線最基本的線形元素是圓曲線和

9、緩和曲線，其它曲線都是由它們兩個派生出來的。利用全站儀任意設站放樣道路曲線原理全站儀任意設站測設曲線主要是曲線測設資料的計算問題。該方法的計算原理及思路為:把由直線段、圓曲線段、緩和曲線段組合而成的曲線歸算到統(tǒng)一的導線測量坐標系統(tǒng)中，便于計算放樣元素。為線路的轉(zhuǎn)向角，d為線路中心線至邊線的距離 。以ZH為坐標原點建立切線支距坐標系。在導線測量坐標系中，ZH到JD的方位角，可由該兩點的導線測量坐標反算得到。當設計給定曲線交點JD的坐標(X,Y)，ZH與交點JD連線的方位角及 ZH 點的里程和曲線單元的左右偏情況(用cc表示，cc=1表示左偏，cc=+1表示右偏 )，那么只要輸入曲線上任意一點的里

10、程，就可以求出曲線單元任意一點的設計坐標。有了統(tǒng)一的坐標，即可求出儀器架設在導線點或其他任意支點上測設曲線的放樣元素。2.1.2全站儀坐標法放樣在道路曲線放樣測量中的應用 根據(jù)所放樣點的里程，計算出各放樣點的坐標。 在已知控制點上架設全站儀，后視一控制點，檢核另一控制點，待檢核無誤后方可開始放樣。具體放樣方法：使儀器站與后視控制點的坐標方位角為全站儀水平角起算值，將全站儀拔到儀器站與待放點的坐標方位角值，根據(jù)待放點與儀器站的距離指揮棱鏡在此方向最終達到待放點的位置。全站儀在路基施工中放樣路基邊樁放樣在路基施工中是一項繁瑣而重要的工作。放樣效率及放樣精度的高低直接影響到路基施工進度的快慢、費用的

11、多少和質(zhì)量的好壞。對于深挖路塹、高填路堤的邊樁放樣, 傳統(tǒng)的邊樁放樣方法, 一般均以中樁為基準向兩側(cè)丈量, 經(jīng)過反復測量逐漸逼近而完成。放樣進度慢、精度低。運用全站儀具有的坐標測量功能進行路基邊樁放樣, 在現(xiàn)場先初步估計邊樁的位置,并實測估計點的三維坐標。根據(jù)實測點的三維坐標反推出測點所在的橫斷面的樁號, 并計算出其到路線中線的距離。然后, 根據(jù)設計資料計算出邊樁到路線中線的實際距離, 通過比較確定邊樁的準確位置。此方法放樣快、精度高,實用性強。 初定邊樁位置,并確定其所在橫斷面的樁號在現(xiàn)場根據(jù)實地情況和設計資料,初步擬定放邊樁的位置, 并利用全站儀實測該估計點G的三維坐標(),由此確定該實測

12、點G所對應路線中樁點P 點的樁號。 路基邊樁位置的確定路基邊樁的位置除了與路基寬度、邊坡率以及碎落臺寬度等有關(guān)外, 還與邊樁所處地面高程直接有關(guān)。 圖3-3 路基示意圖如圖3-3中，AB CD EF GH 的坡度分別為1：，、。 路基邊樁與中樁的實際距離的計算在實測出擬放邊樁的估計位置G的三維坐標()后,可計算出邊樁的估計位置G與對應中樁P處的高差。=，邊樁的估計位置G點對應斷面路基邊緣的設計標高,可根據(jù)G點所對應的路線中樁P點的樁號,由設計資料查得。路基邊樁與中樁的實際距離按相應的公式求出。 邊樁位置的最終確定路基邊樁與中樁的距離計算,計算出的,若與之差能滿足工程精度的要求, 則不需做任何調(diào)

13、整, 即邊樁的估計位置G點就是待放邊樁的準確位置。反之, 應對邊樁的估計位置G點進行適當調(diào)整, 重新按前述方法進行計算比較, 直至滿足工程精度要求。 2.2全站儀在橋梁工程施工的應用隨著國家建設投資的發(fā)展，建筑工程的投入進一步加大，各類橋梁在建筑工程的應用日益廣泛，但是，相應暴露出來的問題也越來越多，橋梁工程施工要按照規(guī)劃和設計所列出的工程結(jié)構(gòu)、數(shù)量、質(zhì)量等要求進行，其中，施工放線是確保建筑工程順利進行的基礎，在橋梁測量工程中是必不可少的一個環(huán)節(jié)。目前橋梁承建地點的地質(zhì)條件、地域差別、地段特征均呈現(xiàn)出多樣化復雜化的趨勢，這就給前期的測量工作帶來很多意想不到的困難，而要解決這些難題，除了測量人員

14、過硬的專業(yè)素質(zhì)外，還需要使用高精度的儀器，只有保證了設備的精度，才可以保證測量結(jié)果的準確，為放樣工作以及后期的施工創(chuàng)造最為有利的條件。橋梁工程中的施工放線（也稱施工放樣）是指，根據(jù)橋梁設計圖紙上標明的尺寸，用一定的測量儀器和方法找出橋梁各部分特征點與控制點位置之間的幾何關(guān)系，算出距離、角度、高程等數(shù)據(jù)，然后利用控制點在實際施工地點確定所建橋梁的特征點，從而作為施工依據(jù)的測量工作過程。所有的建筑工程都離不開施工放線工作，路橋工程也不例外。無論是在橋梁工程的勘測設計階段，還是在施工建造階段或運營管理階段，相應的測量工作都必不可少。因在橋梁測量工程中，由施工放線工作疏忽引發(fā)的某一細微差錯，都有可能埋

15、下極其嚴重的安全隱患，甚至導致坍塌事故的發(fā)生。任何的測量錯誤如果不能及時發(fā)現(xiàn)并糾正，將會延續(xù)至其后的開挖、打樁、立模、鋼筋捆扎、混凝土澆筑等一系列施工作業(yè)過程中，不但會對施工進度和施工質(zhì)量造成不利的影響，而且直接影響橋梁交付使用后的運行安全及使用壽命。因此，在橋梁測量工程中從事施工放線工作的測量人員，不但要具有高度的責任心，還要配備精確、便攜、易于操作的測量儀器。全站儀在橋梁工程施工放線的應用棱鏡標尺2 人，設備配置為全站儀一臺，棱鏡標尺2套。原點坐標的確定。全站儀測量平面圖時優(yōu)點就是可以讀取相對坐標，這樣在確定某一條線時，就可以連接相關(guān)坐標點。一般情況堤防、河道測量的原點選擇在上游，原點選擇

16、后，楔入2cm×2cm中間有鐵釘?shù)哪緲?，原點選擇完畢。設立平面坐標系。在埋設好的木樁上方架設全站儀，用羅盤確定方向，使全站儀的視角方向與羅盤指定的方向一致，啟動全站儀的定向功能，輸入水平方位角0°00，測存，記錄定向值，平面坐標系設立完成，可以測量了。測量與記錄。我們由這個控制點進行碎部測量，可以先由外向內(nèi)測量，順序是從背河堤腳、背河堤肩、臨河堤肩、臨河戧臺臨河堤腳、河口，然后再由內(nèi)向外進行。記錄采取儀器和人工同時記錄，以免發(fā)生漏記，人工記錄可采取表格形式，需要連線的同類坐標記錄在同一列或同一行中，為內(nèi)業(yè)繪圖提供方便。測站搬移。一個控制點的碎部測量完成后需要搬站，這時就需要

17、在上一個控制點能通視的情況下，又能便于這個控制點進行碎部測量的堤防位置設立控制點，并測量出坐標，然后進行搬站，全站儀設立后，定向要采取坐標定向的方式，用上一個控制點作為后視進行定向，定向完成后可以用已知控制點進行校核，如果坐標吻合，說明定向正確，然后開始碎部測量。 3全站儀在道路中應用實例分析 3.1 道路工程中曲線放樣以下分別是某條專用線中一條曲線的放樣實例，在放樣中使用的全站儀是徠卡TCR802 全站儀。已知曲線轉(zhuǎn)角=34°30'00，半徑R=150m，緩和曲線長l0=50m，線路前進偏向為右偏，交點JD的里程樁號為K0+100，的坐標(3868757.654,50325

18、0.052)，JD到ZH點方位角=258°30'31。根據(jù)以上已知信息計算得到曲線綜合要素為: 切線長T = 71.768m，曲線長L =140.321m，外矢距E =7.791m，切曲差q = 3.216m。在此次放樣中，以10m 為樁距，計算所得的各放樣點中樁的里程、橫坐標以及縱坐標如表所示表4-1綜合曲線放樣計算成果表點號及樁位樁號 坐標X 坐標Y ZH 中樁 K 0+28.23 35743.356 30179.72201 中樁 K 0+30.00 35743.708 30181.45502 中樁 K 0+40.00 35745.665 30191.26203 中樁 K

19、 0+50.00 5747.468 30201.09804 中樁 K 0+60.00 35748.984 30210.98205 中樁 K 0+70.00 35750.081 30220.92HY 中樁 K 0+78.23 5750.573 30229.13607 中樁 K 0+80.00 35750.622 30230.90408 中樁 K 0+90.00 35750.51 30240.901QZ 中樁 K 0+98.39 35749.902 30249.2710 中樁 K 0+100.00 35749.732 30250.86911 中樁 K 0+110.00 35748.292 3026

20、0.763YH 中樁 K 0+118.55 35746.539 30269.13313 中樁 K 0+120.00 35746.196 30270.53914 中樁 K 0+130.00 5743.485 30280.16315 中樁 K 0+140.00 35740.283 30289.63616 中樁 K 0+150.00 35736.723 30298.9817 中樁 K 0+160.00 35732.932 30308.233HZ 中樁 K 0+168.55 5729.602 30316.111經(jīng)過計算得到上述放樣數(shù)據(jù)后，即可到實地進行放樣工作。具體操作步驟如下:在JD上架設全站儀，開

21、機( 此儀器的對中裝置為激光對點器) ，反復對中、整平后，按菜單鍵，選取“常用程序”，再選取“放樣”。繼續(xù)在操作界面上選取“設置作業(yè)”，則按照提輸入，新建一個作業(yè)。選取“設置測站”，輸入測站點( JD) 的點號名、坐標( 3868757. 654，503250.052)，點擊“確定”保存。選取“定向”，會出現(xiàn)“人工定向”和“坐標定向”兩個選項，這里選擇“坐標定向”，輸入后視定向點坐標(3868731.464,503212.226)，然后在后視點立鏡，進行檢核。選取“開始放樣”，鍵入ZH 點的點號及坐標( 3868743.356，503179.722)后，照準棱鏡測距，此時全站儀的顯示器上會顯示

22、當前位置與放樣點的距離和角度偏差，并提示立鏡者應該前進或后退多少距離，向左或向右偏移多大角度。通過對講機向立鏡者傳達全站儀提示的信息，指導其調(diào)整鏡位，從而放樣出符合精度要求的點位，然后在放樣出的點上做上標記。至此，已成功放樣出第一個點ZH 點，重復操作步驟( 5) 和( 6) ，進行其他點的放樣，直到放樣出所有的點為止。3.2用全站儀測量放樣橋梁墩、臺的方法橋梁墩、臺中心點位置的放樣與校核 圖4-5 橋墩、臺示意圖以往橋梁墩、臺的放樣是在岸上設置基線做三角網(wǎng)，并利用這三角網(wǎng)用三臺經(jīng)緯儀進行交會測量放樣出橋梁墩、臺，其計算和放樣相當繁雜，而且誤差較大。本例用全站儀用簡單的快速準確敢樣出橋梁墩、臺。 放樣橋梁墩、臺中心線的計算式：如圖4-5所示，設A、B為橋梁軸線上的兩個控制樁，AB的長度用全站儀測得為66.98m。AC=7.52m、CE=15.00m、EF=20.00m、FD=15.00m、DB=9.46m，GAE=、GBE=、HAE=、HBE=,C、D為橋臺中心位置，E、F為橋墩中心位置。先根據(jù)控制樁里程和設計墩、臺的中心里程計算出AC、AE、AF、AD的距離，將全站儀安置在A點經(jīng)對中、整平后照準B點然后用棱鏡沿AB視線測出AC、AE、AF、AD各段距離，并釘下木樁作為橋梁墩、臺的