巖土工程師輔導(dǎo)資料：公路工程測(cè)量工作的方法(1)

　　所有工程建設(shè)項(xiàng)目都必須以社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益為依據(jù)，按照自然條件和預(yù)期目的，進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，測(cè)量工作是工程建設(shè)中的一項(xiàng)最基礎(chǔ)的工作，在道路、橋梁、隧道工程建設(shè)中起著重要的作用，為選取一條最經(jīng)濟(jì)、最合理的路線，首先要進(jìn)行路線勘測(cè)，繪制帶狀地形圖，進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量，進(jìn)行紙上定線和路線設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)好的路線平面位置、縱坡及路基邊坡在地面上標(biāo)定出來(lái)，以指導(dǎo)施工，當(dāng)路線跨越河流時(shí)，擬設(shè)置橋梁跨越之前，應(yīng)測(cè)繪河流及兩岸地形圖，測(cè)定橋軸線的長(zhǎng)度及橋位處的河床斷面，橋位處的河流比降，為橋梁方案選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)，當(dāng)路線縱坡受地形限制，采用避讓山嶺繞線平面線形不能滿(mǎn)足規(guī)范要求，而選用隧道方案時(shí)，測(cè)定隧道進(jìn)出口大比例尺地形圖，為隧道洞口布置選擇提供必要的數(shù)據(jù)。

　　1.公路工程測(cè)量不同階段的工作

　　1.1 初步設(shè)計(jì)階段的測(cè)量工作 初步設(shè)計(jì)根據(jù)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和初測(cè)資料編制，主要擬定修建原則，選定設(shè)計(jì)方案計(jì)算主要工程數(shù)量，提出施工方案意見(jiàn)，編制設(shè)計(jì)概算，提供方案說(shuō)明及圖表資料，初測(cè)階段為初設(shè)提供平面、高程控制、地形圖、特殊地段的控制樁及縱、橫斷面資料。初步設(shè)計(jì)比選方案一般在1：10000地形圖上做多個(gè)比選方案，紙上布線后，對(duì)各方案進(jìn)行1：2000地形圖測(cè)量，在1：2000地形圖上進(jìn)行紙上定線，布置橋涵、通道、隧道等，實(shí)地調(diào)查計(jì)算工程數(shù)量，編制概算文件，特殊復(fù)雜困難地段，為加深勘探調(diào)查及分析比例，實(shí)地放樁，進(jìn)行平、縱、橫測(cè)量。①平面高程控制測(cè)量②地形圖測(cè)量③必要的平縱橫測(cè)量。

　　1.2 施工圖設(shè)計(jì)階段的測(cè)量工作 施工圖設(shè)計(jì)根據(jù)批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)文件，在1：2000圖上進(jìn)行方案比選，確定路線方案，進(jìn)行施工圖詳測(cè)。①中線放樣②縱斷面測(cè)量③橫斷面測(cè)量④主要工點(diǎn)地形圖測(cè)量⑤主要控制地物高等控制測(cè)量。

　　2.控制測(cè)量的目的、坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇、建立方法、獨(dú)立高等控制網(wǎng)的建設(shè)方法

　　2.1 控制測(cè)量的目的 控制測(cè)量一般是指在工程建設(shè)地區(qū)的地面布設(shè)一系列的控制網(wǎng)點(diǎn)。并精確地確定這些點(diǎn)的位置，以便為后期地形測(cè)圖和各種工程建設(shè)測(cè)量放樣打好基礎(chǔ)?？刂茰y(cè)量是一切后續(xù)測(cè)量工作的基礎(chǔ)，沒(méi)有控制測(cè)量，往后的測(cè)圖和放樣等工作是不可想象的?？刂凭W(wǎng)把測(cè)區(qū)各部分的測(cè)量工件聯(lián)系起來(lái)，即起骨架作用，又起限制誤差傳遞和累積作用，控制網(wǎng)在勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的作用是：①各設(shè)計(jì)階段需要適當(dāng)比例尺地形圖作依據(jù)，而地形圖測(cè)繪又必須依靠控制網(wǎng)點(diǎn)來(lái)確定地形圖中各部分地貌地物之間的相對(duì)位置和保證地形圖的精度。②各設(shè)計(jì)階段必須以控制網(wǎng)為基礎(chǔ)將路線、橋梁、隧道等設(shè)計(jì)的位置精確地放樣在地面上，搜集相應(yīng)的路基、構(gòu)造物用于設(shè)計(jì)階段的各種資料。

　　2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇 坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇是我們經(jīng)常碰到，也是一些作業(yè)人員難以理解的問(wèn)題。

　　2.2.1 大地水準(zhǔn)面、參考橢球、坐標(biāo)系國(guó)家大地測(cè)量和工程控制測(cè)量工作都是在地面上進(jìn)行的，而地球的自然表面又是一個(gè)有山、谷、江、湖、海洋等起伏的復(fù)雜曲面。它是一個(gè)不規(guī)則的、不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)的曲面，因此，不能在這個(gè)曲面上來(lái)解算測(cè)量學(xué)中所產(chǎn)生的幾何問(wèn)題，為便于計(jì)算控制網(wǎng)點(diǎn)的位置和測(cè)繪地形，應(yīng)選擇一個(gè)形狀和大小都很接近于地球而其數(shù)學(xué)運(yùn)算又很方便的體形，來(lái)代替地球的形體，以便把觀測(cè)結(jié)果歸化到此體形的表面上進(jìn)行計(jì)算。

　　由力學(xué)知識(shí)可知，地球上任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都同時(shí)受到兩個(gè)力的作用：一個(gè)是地球質(zhì)心對(duì)該質(zhì)點(diǎn)的引力F，另一個(gè)是地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力P，這兩個(gè)力的合力，就是作用于該質(zhì)點(diǎn)的重力G，重力G 的方向就是眾所周知的鉛垂線的方向，即G=P+F.曲面上每一點(diǎn)均與鉛垂線方向垂直的曲面叫做水準(zhǔn)面，水準(zhǔn)面有無(wú)窮多個(gè)，我們可以選擇一個(gè)與平靜的海水面相重合的水準(zhǔn)面(平均水準(zhǔn)面)來(lái)代替地球的表面，通常把這個(gè)與平均海水面相重合的水準(zhǔn)面叫大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是按近于地球的自然表面，但它仍是一個(gè)不規(guī)則的曲面，因而有必要選擇一個(gè)形狀和大小都與大地體接近，面且能用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)式表示的體形來(lái)代替大地體。

　　參考橢球面是一國(guó)家(或者一區(qū)域)大地測(cè)量計(jì)算的參考面，該橢球面上各點(diǎn)與大地水準(zhǔn)面上各相應(yīng)點(diǎn)之間的高差的平方和為最小，參考橢球中心與地球質(zhì)心重合，旋轉(zhuǎn)軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，赤道面重合，兩者體積相等，總質(zhì)量與地球總質(zhì)量相等，自轉(zhuǎn)角速度相等。

　　2.2.2 高斯平面直角坐標(biāo)系 公路線路尤其是高速公路一般跨越多個(gè)地區(qū)，綿延數(shù)百里，為了坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)以及與國(guó)家其它工程銜接，目前普遍采用國(guó)家坐標(biāo)系換帶計(jì)算方法。即高斯正形投影平面直接坐標(biāo)系。①高斯正形投影的實(shí)質(zhì) 設(shè)想將一個(gè)截面為橢圓的橫柱(簡(jiǎn)稱(chēng)圓柱)面套在地球橢球面上，使橫圓柱面與橢球面的一個(gè)子午橢圓相切，橫圓柱的軸與地球橢球的軸互相垂直，這樣將靠近子午橢圓的那部分地球表面的圖形投影到圓柱面上，再將圓柱面展開(kāi)就得到平面上的圖形。這種投影，實(shí)際上就是將地球橢球面上與柱面相切的子午線兩旁的一條帶狀區(qū)域按正形規(guī)律投影到平面上，投影后，只有相切的這條子午線上的長(zhǎng)度比等于1，而離開(kāi)這條子線愈遠(yuǎn)，長(zhǎng)度變形愈大，相切的子午線稱(chēng)為中央子午線，這一帶區(qū)兩旁邊緣上的子午線叫分界子午線，地球上的D點(diǎn)投影到平面上成為d點(diǎn)，d點(diǎn)的坐標(biāo)可用x和y表示。②坐標(biāo)分帶 為了不使這種變形過(guò)大，每一個(gè)帶的寬度不能太大，一般每帶分界子午線間的經(jīng)度分為6°(或3°)為便于設(shè)計(jì)施工放樣，使坐標(biāo)反算長(zhǎng)度與實(shí)地長(zhǎng)度差不超過(guò)規(guī)范要求而不影響施工質(zhì)量時(shí)，采用平移子午線的方式進(jìn)行坐標(biāo)換帶計(jì)算，這一點(diǎn)在公路工程測(cè)量中是經(jīng)常遇到的，通常稱(chēng)坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇。

　　2.3 控制網(wǎng)建立方法 平面：采用先四等控制，后一級(jí)導(dǎo)線公路為線狀物，四等控制普遍采用GPS測(cè)量，它的特點(diǎn)是：①定位精度高②觀測(cè)時(shí)間短③測(cè)站間無(wú)需通視④可提供三維坐標(biāo)⑤操作簡(jiǎn)便⑥全天候作業(yè)。

　　GPS采用測(cè)距后方交會(huì)的原理，接收機(jī)接收衛(wèi)星測(cè)距信號(hào)，只需同時(shí)獲得3顆以上GPS衛(wèi)星信號(hào)，就可利用后方交會(huì)的原理解算的絕對(duì)坐標(biāo)，當(dāng)有兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)相同3顆以上衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，其基線解算可達(dá)10-6精度，然后通過(guò)點(diǎn)或邊連接，聯(lián)測(cè)到已知高等控點(diǎn)上，經(jīng)平差計(jì)算得到各未知點(diǎn)的坐標(biāo)。四等點(diǎn)一般以5km左右一對(duì)為宜，5km一對(duì)是為便于一級(jí)導(dǎo)線加密時(shí)附合到已知邊上，為便于設(shè)計(jì)及施工放樣，一般采用常規(guī)儀器(全站儀或測(cè)距儀配經(jīng)緯儀)進(jìn)行。高程：采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行四等高程施測(cè)，也可采用嚴(yán)格按規(guī)范施行的三角高程代替四等水準(zhǔn)方法，附合到三等以上高程控制點(diǎn)。

　　2.4 獨(dú)立高等控制　公路工程中首級(jí)控制網(wǎng)常采用GPS進(jìn)行四等控制，為方便施工再利用常規(guī)方法進(jìn)行一級(jí)導(dǎo)線的加密，首級(jí)控制網(wǎng)往往采用與國(guó)家點(diǎn)聯(lián)測(cè)分帶換算得到實(shí)地任意坐標(biāo)系統(tǒng)，以控制整體系統(tǒng)的連接及與已有線路進(jìn)行銜接繼而在線路主要控制物如特大橋、長(zhǎng)隧道等(為便于施工需進(jìn)行控制網(wǎng)的布設(shè)，這類(lèi)控制網(wǎng)內(nèi)部精度要求較線路首級(jí)控制高，這時(shí)多采用獨(dú)立網(wǎng)的形式，這種獨(dú)立網(wǎng)不同于其它獨(dú)立工程如大壩、樞紐、廠房等一般獨(dú)立控制網(wǎng)，作為線路整體的一部分，需要與路線進(jìn)行坐標(biāo)銜接，坐標(biāo)系統(tǒng)一致，以便施工過(guò)程中保持線路的連續(xù)性，控制平差采用獨(dú)立網(wǎng)自由平差求定長(zhǎng)基線后再進(jìn)行約束平差，然后再對(duì)兩端一級(jí)導(dǎo)線重平差方法。

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