十 11, 2012 - file 滑坡监测   comment No Comments

桥隧密集地段铁路施工控制测量

工程概况

1、主要工程量

中铁二局四处内昆指挥部承建的内昆线工点 从DK143+900 ~DK180+300,跨越线路总长约为36.407km,途经横江、小儿坪、铜鼓溪三个车站,其中穿插有机筑处、新运处、路桥公司、二处、科技开发公司 五家单位的工点。我处实际施工长度为21.6km,其中单线大桥12座,三线大桥2座,中桥6座,合计4132.46m;隧道7座(其中青龙背隧道0.5 座,燕子坡隧道0.5座)合计7539m,桥隧占总长的54%。

2、 管段内测量工作的特点

  • 点多线长,工作量大;
  • 桥隧较密集,精度要求高;
  • 单位衔接处较多,我处与其它单位共有22个接口;
  • 植被茂密,通视条件差;
  • 地势较陡,线路途经多个滑坡地段;
  • 线路平面较复杂,此段共有43个曲线,多数曲线间夹直线较短,最短为62.37m,最小曲线半径为450m;
  • 施工时间为20~22个月,工期要求紧;
  • 开工必优,一次成优,全段创国优”质量目标要求测量不能出错。

以上特点要求测量工作一要“快”二要“准”,以确保全面开工和工程质量的要求。要作到“快又准”就要强化测量工作管理,从人、机、物、法等诸方面确保测量工作正常、有序地开展。

测量制度管理

为规范化、系统化各级测量人员的操作行为,我们出台了《铁二局四处内昆线测量工作管理办法》,办法中要求保持测量人员的相对稳定,维持测量工作的持续性,制定了各种奖惩制度,明确了各级测量人员的职责范围,强调了复核制度和交底制度。

1、分工及复核制度

我处全线测量工作,主要实行指挥部、工程队二级分工负责制和复核制。在各级分工范围内的测量工作主要依靠自检复核。在各级分工衔接上需要互检复核,实行用户验收制。

指挥部精测组配备两名技术干部,三名测工,在总工和工程部部长的领导下开展工作。其主要任务是负责全段线路贯通测量、桥隧控制测量、工程各主要施工阶段的放样复核测量、竣工测量、管理和指导工程队测量组的工作等。

工程队测量组按工点多少配以一名或多名技术干部分工点负责日常施工测量,并相应配备多名测工,由技术主管负责督促和检查本队测量复核工作的实施。其主要任务是建筑物施工过程中的中线、标高、结构尺寸的施工放样和检测工作。

2、图纸资料审核会签制度

我们注重对设计图和施工图的复核,建筑物各细部尺寸大小、标高均逐一推导复核,实行指挥部和队两级复核会签制度,未经复核的图纸和测量资料不得用于施工。

3、 资料交底签认制度

指挥部对工程队、队对作业层的各种测量资料均以书面形式进行交底,交接双方需签字共认,所有资料和签认单均要留底存档。

4、 测量日志记录制度

要求各级测量单位均应做好测量工作日志的记录,必须记录下每天测量的工程部位、里程、测量的过程和结果、测量的仪器、测量的人员、人员的分工等详细内容。

5、测量评比检查制度

指挥部精测组每半年对各工程队测量组内外业资料进行检查评比工作,平常不定时对工程队测量内业资料进行抽查,及时纠正其各种违规操作。通过真正落实测量分工复核等各项制度,确保了四处在内昆线的工程未出任何问题。

仪器装备及仪器检校

1、 仪器装备

四处指挥部精测组配备尼康DTM-430E全站仪一套,测角中误差2″,标称精度2+2ppm,工程队配备J2经纬仪和S3型水准仪。

2、 仪器检定

所有仪器均按照ISO9000质量体系之要求,定期到局标准计量所检测中心进行年检。全站仪每年到基线场进行一次测距常数检定。全站仪测角部、经纬仪、水平仪在施工过程中每月由指挥部和工程队测量组进行一次必要的常规检验和校正,避免由于仪器出现故障而引起测量事故。

3、仪器月检项目

(1)经纬仪一般状态必须检定的项目

  • 经纬仪光学对中器对中误差的检验与校正;
  • 照准部水准管轴应垂直于竖轴的检验与校正(既水准管的校正);
  • 经纬仪十字丝的检验与校正;
  • 经纬仪视准轴不垂直于横轴的误差C的检定与校正;
  • 经纬仪横轴不垂直于竖轴的误差i角的检定与校正;

(2)经纬仪若经常抖动或经摔打后,补充检定的项目

  • 经纬仪照准部旋转轴系的检验;
  • 经纬仪光学测微器行差的检定;
  • 经纬仪照准部旋转时仪器底座位移产生的系统误差的检验。

(3)、水准仪检定项目

  • 水准仪圆水准器安置正确性的检验与校正。
  • 水准仪视准轴与水准管轴相互关系( i角和φ角)的检验与校正。
  • 水准仪光学测微器效用的正确性和分划值的测定。

线路复测与地面控制测量

1、贯通测量与地面控制测量的原因

目 前铁路设计院定测的桩橛的埋设形式和深度不能满足长期保存之要求,桩点位移和丢失的情况较多,为保证今后施工的中线、水平正确,故有必要在动工之 前进行线路贯通复测。特大桥、大桥、曲线桥、长度大于500米的隧道须设置控制网,以保证桥轴线精度、墩台施工精度和隧道贯通精度。我们将桥隧控制网与线 路贯通一同施作,既提高了桥隧段线路成果等级,以避免了以后为桥隧控制重新设站观测,做到一步到位。

2、交接桩

施工单位进场后应积极主动同设计单位联系进行现场桩橛交接工作,交接时应将桩橛作好标识,并绘制草图,方便今后寻找。注意区分有用桩和铁路改线的废弃桩,防止用错桩。接桩时,注意熟悉线路走向、地形地貌、地质水文情况,以及桥隧等建筑物所处位置,便于将来选点布线。

3、选点布网

(1)选点原则

  • 用于测定曲线偏角的设计院切线点间距离应尽量远,桩点稳固且将来易保存,尽可能选取位置靠近桥隧的点。管段接口处在与相邻单位共用一条切线上的两个线路控制桩。
  • 导线点应远离线路中线平坦、稳固处,防止施工影响致使桩点破坏。导线点应视野开阔,通视良好,视线超越和旁离障碍物1m以上,应注意旁折光的影响。
  • 桥隧相连的建筑密集区为保证线路成果可靠性,应布设成双导线,一条在线路上,另一条离开线路上选点,每个导线环最多不超过8条边。
  • 路基段导线形式一般为单导线即可,并将线路切线点、水准点连起来。其导线边长不小于100m, 同时受点位使用方便性和三角高程测量限制也不宜大于800m。
  • 桥梁处应将导线布设成多个三角形或大地四边形,导线点分布在桥梁左右两侧。应考虑到导线点放样墩台的交会条件,桥梁控制网导线点个数不能太少,最好能保证每个墩台至少能有三个导线点来交会放样。
  • 隧 道控制网应结合隧道长度、平面形状、线路通过地区的地形和环境等条件来考虑。隧道洞口布设成三角锁,然后用双导线沿线路中线将每个洞口相 连,一条主要由线路中线点组成,另一条在中线点旁布设。越岭较困难隧道也可偏离中线布设导线。洞口地面点应考虑洞口施工场地的布置情况,尽量避免将来导线 点被破坏或视线被遮挡的情况。隧道控制网中每个导线环边数不超过6条,边长不小于200m ,洞口用于进洞定向边不小于300m。

(2)室内选点、现场踏勘

根据交接时所了解现场状况,结合选点原则预先在设计图上作选点布线。现场实地对照察看,及时纠正纸上选点缺陷,确定导线点具体位置。

(3)埋设桩点

桩橛埋设应按照测量规范要求办理,一般形式为混凝土包钢筋,深度不少于50cm。桩点周围的观测环境应清理,场地应平整。

(4)绘制导线网平面示意图

4、精度设计

(1)线路复测精度

现 行测规中线路贯通复测要求精度较低,与我们目前的测量仪器、手段、方法不相适应,易导致在施工过程中或竣工后调线,故线路复测采用铁路五等导线, 同时施作五等三角高程测量。曲线偏角均采用实测值,水准点闭合差≤30√L(mm)时,水准点用设计标高,超限时应调整或设断高,并报设计院批准。

(2)隧道、桥梁控制测量精度等级按测规有关规定办理,具体如下:

隧道洞内外平面控制测量等级及相应精度

测量部位 测量等级 测角精度(″) 适用长度(km) 边长相对中误差

二 1.0 6~20 1/20000

洞 三 1.8 4~6 1/20000

外 四 2.5 2~4 1/20000

五 4.0 <2 1/20000

二 1.0 直线7~20

曲线3.5~20

1/10000

洞 三 1.8 直线3.5~7

曲线2.5~3.5

1/10000

内 四 2.5 直线2.5~3.5

曲线1.5~2.5

1/10000

五 4.0 直线<2.5

曲线<1.5

1/10000

在实际工作中为保证隧道有较好的贯通精度,长度小于2km的,均按四等导线精度要求施作。

隧道高程控制测量等级及相应精度

测量部位 测量等级 每千米水准测量高差

偶然中误差MΔ(mm)

两开挖洞口间

高程线路长度(km)

洞外 四 ≤5.0 5~13

五 ≤7.5 <5

洞内 四 ≤5.0 5~11

五 ≤7.5 <5

桥梁控制测量等级及相应精度

测量等级 测角中误差(″) 桥轴线相对中误差 最弱边相对中误差

三 1.8 1/75000 1/60000

四 2.5 1/50000 1/40000

五 4.0 1/30000 1/25000

其等级由桥轴线精度而定,桥轴线精度是由桥梁结构形式,桥跨等确定。

外业观测

1、作业要求

  • 外业观测是测量成果的基础,其数据必须真实有效。外业观测必须按操作规程严格执行,做好测前、测中、测后三检查。
  • 应在成像清晰、气象条件稳定等有利观测时段进行外业工作,雨、雪、大风和气温超过40℃时不宜作业。
  • 方向观测测回间要重新整置仪器,全站仪应开启三轴补偿功能。
  • 受地形、地貌等因素限制,隧道地面控制测量中方向观测应特别注意旁折光的影响;隧道三角高程测量时,应注意大气垂直折光影响,洞口段和边长超过800m的对向观测间隔时间不应超过1小时。
  • 导线环角度闭合差、测角中误差、测距相对中误差、三角高程对向观测较差和导线环闭合差均应满足对应等级的限差要求。外业观测超限应及时补测或重测。

2、水平角方向观测技术要求

导线网等级 测角中误差(″) 仪器型号 测回数   方向观测限差(″)

二 1.0 DJ1 6~9 仪器

型号

光学测微器

两次重合

读数之差

两半

测回

归零差

各测回

同方向

2c互差

各测回

同方向值

互差

DJ2 9~12

三 1.8 DJ1 4 DJ1 1 6 9 6

DJ2 6 DJ2 3 8 13 10

四 2.5 DJ1 2

DJ2 4

五 4.0 DJ2 2

3、光电测距技术要求

测距精度 测距仪

精度等级

测回数   测距限差(mm)

往 返 仪器

精度

等级

测距

中误差

同一回

各次读数互差

测回间

读较差

往返测平距较差

1/200000 Ⅰ 4 4

1/150000 Ⅰ、Ⅱ 4 4

1/100000 Ⅰ 2 2 Ⅰ <5 5 7 2√2×mD/√N

Ⅱ 3 3 Ⅱ 5~10 10 15

1/50000 Ⅰ、Ⅱ 1 1 Ⅲ 11~20 20 30

Ⅲ 2 2 注:mD为标称精度,N为单向测回数。

4、光电测距三角高程测量技术要求。

测量

等级

测距仪

精度级

竖直角测数

(中丝法)

指标差

较差(″)

竖直角

较差(″)

对向观测

较差(mm)

环闭合差

(mm)

四 Ⅰ、Ⅱ 3 7 7 30√D 20√L

五 Ⅱ、Ⅲ 2 10 10 50√D 30√L

内业计算

1、观测数据预处理

所测距离须经温度、气压改正和仪器加、乘常数改正。隧道控制网中要将距离投影到隧道平均高程面上。高桥墩、大跨度和特大桥应将距离归算到墩顶平均高程面上。除去需归算的桥隧地段,其余距离不投影归算。

2、坐标系

  • 铁路工程中设计院不交任何坐标,只给线路桩点及其关系,需自定义坐标系。
  • 选取一个设计院原夹直线上里程点作原点,其x轴指向为线路前进方向,x值可为此点里程值,y值为0,同时要保证整个管段的线路位置不偏离x轴过大。通常是以长隧道的线路中线或大桥桥轴线来定义X轴方向。
  • 一个测区管段最好只用一个统一坐标系。在今后导线点遭到破坏、丢失时,便于相互引测,避免坐标转换之麻烦。

3、平差计算

  • 除长度大于1km的隧道、特大桥的控制须用严密平差,其余既可用简易平差,也可用严密平差。
  • 由于线路复测与隧道控制测量精度等级不一致,各个桥隧控制网测量精度和投影面也可能不同,故需严密平差的每个隧道控制网均应独立平差,不得与其它导线网混在一起同时计算。

4、推算曲线转向角

  • 由同一条切线上两个切线点的坐标反算出切线方位角,一个曲线上两条切线的方位角之差就得出复测后的曲线偏角。
  • 如果两个曲线间公用切线上只有一个点,需自设这两个曲线偏角。若有靠近或位于桥隧的那个曲线偏角,其取值尽量接近设计,但两曲线偏角之和应等于实测的总偏角。
  • 若有两个相邻曲线的偏角实测值与设计值均差异较大,但其总偏角实测与设计差值较小,可将这两个曲线偏角向接近设计值方向调整,此时,公用切线只能选取一个切线点。
  • 站场内曲线偏角尽可能沿用原设计值。

计算曲线要素

根据实测偏角α,设计曲线半径R和缓和曲线长l0,重新推算曲线要素切线长T ,曲线长L,外矢距E。

由切线点坐标、切线方位角,推算各曲线交点坐标。

计算出沿线路顺序,各相邻的切线点之间、切线点与交点、交点与交点间的实际距离,

5、里程推算

选取里程起算点

  • 测区管段两端与相邻搭接单位公用中线点的里程作为起算。
  • 每两个设计断链桩之间选取一个用于确定线路的切线桩点的设计里程作起算。此点以靠近桥或隧为宜。

从这些里程起点分别往各相临点连续推算。当推到设计断链桩处,通过比较计算在此处设置精测里程的断链桩。

若里程推算过程中,发现某些线路中线桩推算里程与设计里程差别较大,在确定桩点未移动、复测未出错的情况下,可考虑自设断链桩,并报设计院批复。断链桩应设置在路基直线段整百米里程上。

6、并行线曲线推算及内业断链计算

  • 设计院只对多线铁路的区间和站场的正线进行交桩,其余线的测设需根据它与正线的关系自行放样。当正线平面线路资料发生变化时,需重新推导并行线。
  • 并行线处于直线段时,其里程与正线是对应的。

并行线处于曲线段时,需推算内外侧曲线头尾错动量来确定并行线的曲线资料。现介绍一种简易计算方法:

设: 内侧曲线要素为α、R内、l内、T内、L内 ;外侧曲线要素为α、R外、l外、T外、L外 ;曲线两头夹直线的线间距分别是a1、a2 ; △1、△2为曲线始、终点错动量;X,Y为曲线交点沿切线方向上的错动量; S为内侧曲线交点向外侧曲线两切线投影后垂足间的距离

A.前后线间距不等

S=√(a12+a22―2×a1×a2×cosα)

根据正弦定理,S/sinα= a1/sinβ =>β=arcsin(a1/S×sinα)X/sin(90―β) =S/sin(180―α)=>X=sin(90―β) ×S/sinα=cosβ×S/sinα=S/sinα×√(1―(a1/S ×sinα)2)

同理,推出Y=S/sinα×√(1―(a2/S×sinα)2)=>△1=T内―T外+X △2=T内―T外+Y

B.线间距相等 (a1=a2=a)

X=Y=a×tg(α/2)

△1=△2=T内―T外+X

≈(l内―l外) /2

说 明:从上面系列公式中可分析出X、Y均为正,铁路线路中并行曲线T内≥T外,故△1、△2均为正值以上公式可阐述为:曲线始、终点错动量等于内侧 曲线切线长减外侧曲线切线长,然后加上交点错动量;线间距相等时,曲线始、终点错动量约等于内侧缓和曲线长减外侧缓和曲线长的差值的一半。并行线内业断链 值等于其曲线终点里程减起点里程,再减其曲线长,然后加上100。

成果资料

1、线路复测和桥隧控制测量成果应包括以下内容:

  • 资料说明
  • 控制点平面示意图(含外业观测值)
  • 桩点坐标、高程表
  • 线路平面示意图
  • 里程断链桩表
  • 曲线偏角复测结果与设计对照表
  • 隧道控制测量贯通精度估算和洞内控制测量设计,以及隧道进洞关系放样资料。
  • 桥轴线精度估算和控制网设计

桥梁施工及竣工测量

1、桥梁平面布置计算

  • 复核设计图上跨度、墩台里程、桥梁中心里程等,其相互关系应正确;
  • 复核各墩台偏距E值;
  • 依据复测后的曲线资料,重新计算桥梁工作线偏角;
  • 梁缝复核计算;
  • 交点距复核计算;
  • 将桥梁工作线纳入测量坐标系中,计算出桥梁工作线方位角和工作线的交点坐标;
  • 计算出各墩台横向方位角,考虑横向、纵向预偏心,计算出墩中心点坐标。桥墩曲线布置示意图如下:
  • 三线桥位于曲线上的桥墩中的II线工作线交点不在桥墩中心线上。(内昆线三线桥设计图大部分有此项标注错误)示意图见下:

说明:3线和1线工作线交点距帽梁边的距离A、B相等,曲线内侧线间距S1>外侧线间距S2,从II线工作线交点往曲线内则移(S1-S2)/2,得到桥墩中心点,然后对称施工桥孔桩、桥墩及托盘。

2、 根据桥梁控制点坐标和墩台中心坐标计算出极座标或交会放样资料

3、 在破土之前,由指挥部精测组放样各墩中心点和桥台胸墙线。各队在复核放样点无误后,及时施放各墩台横向方向的护桩,并用砼固定,每测不得少于3个。桥台胸 墙线横向护桩必须保护好,竣工后需用它来检查胸墙垂直度。由于铁路桥跨大部分不长,为避免护桩混淆使用,可考虑不设纵向护桩。

4、每次墩台定位,必须用3个方向交会,示误三角形边长不得超过3cm ,取其重心作为放样点。当示误三角形边长超过3cm时,应检查是否是计算资料错误、置镜放样操作错误或导线点发生位移。

5、桥梁竣工后,应检查梁跨、墩台跨、预偏心设置、支承垫石标高和平整度,锚栓孔的位置、深度、倾斜度和孔径、墩台梁缝尺寸、同孔梁上左右支座中心间距、胸墙垂直度、桥台顶高度、道碴槽纵坡等,其各项值应满足施工规范要求。

隧道洞内测量

1、因洞内外温度、湿度、光线亮度等有较大差异,从洞外向洞内引测导线宜在阴天进行。

2、 洞内控制测量导线应布设成多边形闭合导线环。边长、测角精度、测距精度、高程测量精度等应按洞内控制测量设计要求办理。

3、导线点应布设在施工干扰小、稳固可靠之处。点间视线应离开洞内设施至少0.2m,离开无关照明灯具1m以上

4、 洞内测量时应充分通风,避开尘雾,仪器和反光镜面无水雾,觇标应有足够照明亮度。

5、当开挖延伸至设计导线边长两倍时,应进行一次导线引伸测量,以检查和纠正开挖、衬砌施工中线,每次放样至少3个中线点。

6、每次导线引伸前应确定上次导线点是否发生位移。

7、当洞内开挖较长时,应从洞外控制点沿着原洞内导线点重新复测。

8、隧道开挖贯通后,其平面实际贯通误差可用中线或导线两种方法测定。中线、高程贯通误差应及时调整,指导后期施工。

总结与体会

在经历内昆线两年时间的工作后,要搞好测量工作,做到“快又准”,我的体会是:加强制度建设是保障,改善测量方法是关键,提高人员素质是根本。

1、通过制定、完善、贯彻执行各项测量规章制度,指导和规范各级测量人员,尽最大可能保障避免各种测量事故的发生。

2、线路贯通复测采用导线联测法,摒弃以往铁路中线穿线法。此方法一能提高线路成果精度;二能保存大量控制桩点,可重复施工测量,克服了山区铁路不易放设护桩、护桩易破坏而影响施工的特点。

3、正确处理管段接口,统一测量资料。在水富至燕子坡段短短36 公里就有六家处级单位(共28个接口)穿插施工,但由我处进行全面线路控制,提供统一线路资料,保证了各处所有工程均未出现大的测量事故,改变了以前铁路工程在施工中或竣工后存在调线的状况。

4、复测过程中,用三角高程测量代替传统的几何水准测量。既减低了高程测量工作强度,又能满足精度需要。

5、广泛使用极座标测设法,使放样工作灵活,提高了放样速度;同时因放样出的点位相互间不存在误差传递和积累,保证了施工中线的精度。但一定要采用正倒镜投方向线,放样距离至少独立测两次的正确操作。

6、桥墩放样应直接投放墩中心点。因为桥梁工程中容易混淆线路中线与桥梁工作线的关系,横向、纵向预偏心的方向和大小,多线曲线桥正线工作线交点与墩中心线的关系。

7、 积极引用新技术、新设备,改善测量人员的工作强度,提高工作效率。 我处在内昆线率先使用的由局精测队和武汉测绘科大联合开发的TCAS(铁路工程施工测量自动化处理系统)从外业数据采集、数据质量检核、预处理到内业资料 计算、成果报表输出等方面实现一体化和自动化。此系统显著提高了我们控制测量外业工作速度和工作质量,将内业计算量降到最低限度。

8、测 量工作是施工技术管理工作中一项重要内容,它的工作质量、工作效率直接关系到施工生产、企业效益、企业声誉,是一切工作顺利开展的前提条件 之一。它责任重大,技术专业性强,作业环境恶劣。应加强测量人员职业道德教育和技能培训,积极进行测量工作经验交流和总结,使我单位测量工作水平稳步上 升,迈上一个新台阶。

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