鐵路工程測(cè)量培訓(xùn)教材

1、鐵路工程測(cè)量培訓(xùn)教材本教材編寫的目的是為了提高現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員在施工測(cè)量中遇到問題和解決問題的能力，解決施工現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)無教材的難題。我們力求從實(shí)用性出發(fā)，力求知識(shí)面寬，盡量將工程單位在施工測(cè)量中遇到的所有問題，都能給大家做一簡單介紹。注重理論聯(lián)系實(shí)際，突出實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)，重點(diǎn)講述施工中該怎樣去做。本教材共分為十一章。第一、二、三、四、五章介紹了施工測(cè)量的基本任務(wù)及測(cè)量學(xué)的基本理論、儀器的使用及檢校；第六章介紹了測(cè)量誤差的基本理論；第七章介紹了施工放樣的基礎(chǔ)知識(shí)及部分實(shí)例；第八章介紹了線路復(fù)測(cè)的基本步驟；第九章介紹了隧道的控制測(cè)量；第十章介紹了客運(yùn)專線無碴軌道施工測(cè)量的基本內(nèi)容；第十一章介紹了GPS

2、的基本知識(shí)。本教材所有引用的標(biāo)準(zhǔn)均為現(xiàn)行的相應(yīng)規(guī)范，規(guī)范隨時(shí)更新，應(yīng)以新標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)?？瓦\(yùn)專線無碴軌道的測(cè)量，很多測(cè)量方法、工藝均在試驗(yàn)階段，還沒有形成相應(yīng)的規(guī)范。因此，本書也就是按現(xiàn)在國內(nèi)部分試驗(yàn)段的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，給大家做一介紹，等相應(yīng)的規(guī)范形成后，應(yīng)以規(guī)范為施工依據(jù)。例如，客運(yùn)專線無碴軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定中對(duì)CP的測(cè)量說的相當(dāng)含糊，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員很難具體操作，而且現(xiàn)在也沒有單位對(duì)CP測(cè)量有一套很成熟的技術(shù)，大家都在試驗(yàn)階段。本教材由中鐵一局五公司精測(cè)隊(duì)周建東負(fù)責(zé)主編，并負(fù)責(zé)全書統(tǒng)稿。由周建軍主審。具體參編人員章節(jié)分工為：第一、二、三、四、九、十二章由周建東編寫；第六、八章由譙生有編寫；第五章由周

3、建東、蔡衛(wèi)軍編寫；第七章由呂海軍編寫；第十章由文莉蓉編寫；第十一章由周建東、曹文科編寫。編寫過程中，參考了相關(guān)的文獻(xiàn)、教材。得到了局、處各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持。由于編者水平有限，時(shí)間倉促，書中難免有不妥及錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位同行批評(píng)指正，共同探討。目 錄1施工測(cè)量的基本任務(wù)和測(cè)量流程- 1 -1.1施工測(cè)量的基本任務(wù)- 1 -1.2新建鐵路施工復(fù)測(cè)- 1 -1.3公路線路復(fù)測(cè)- 2 -1.4高速鐵路復(fù)測(cè)- 3 -2測(cè)量學(xué)基本知識(shí)- 4 -2.1地球的形狀、大小及其基準(zhǔn)面- 4 -2.1.1地球的形狀和大小- 4 -2.1.2參考橢球面- 4 -2.2測(cè)量坐標(biāo)系及高程系統(tǒng)的概念- 5 -2.2.1測(cè)量

4、常用平面坐標(biāo)系- 5 -2.2.2點(diǎn)的高程- 8 -2.3測(cè)量工作概述- 9 -2.3.1測(cè)量工作的基本原則- 9 -2.3.2測(cè)量的三項(xiàng)基本工作- 9 -2.3.3從事測(cè)量工作的要求- 9 -3高程測(cè)量- 11 -3.1水準(zhǔn)測(cè)量原理- 11 -3.2水準(zhǔn)儀構(gòu)造與使用- 11 -3.3水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正- 12 -3.3.1水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的條件- 12 -3.3.2水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正- 12 -3.4電子水準(zhǔn)儀- 14 -3.5水準(zhǔn)測(cè)量誤差的主要來源- 14 -3.5.1地球曲率差- 14 -3.5.2大氣折光差- 15 -3.5.3水準(zhǔn)管軸不平行視準(zhǔn)軸的影響（i角誤差）- 15 -3.5.4水

5、準(zhǔn)尺傾斜誤差- 15 -3.5.5儀器、標(biāo)尺升沉影響- 15 -3.6精密水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施- 15 -3.6.1精密水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)的一般規(guī)定- 15 -3.6.2精密水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)- 16 -3.7精密跨河水準(zhǔn)- 18 -3.7.1跨河場(chǎng)地的選擇- 18 -3.7.2觀測(cè)方法- 19 -4角度測(cè)量- 21 -4.1水平角的觀測(cè)方法- 21 -4.1.1測(cè)回法- 21 -4.1.2方向觀測(cè)法- 21 -4.2經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)及校正- 22 -4.2.1經(jīng)緯儀各軸線間應(yīng)滿足的幾何關(guān)系- 22 -4.2.2經(jīng)緯儀構(gòu)造上條件不滿足對(duì)水平角的影響- 23 -4.2.3經(jīng)緯儀(包含全站儀)的檢驗(yàn)和校正- 23 -4

6、.3水平角觀測(cè)誤差及減弱措施- 25 -4.3.1觀測(cè)誤差- 25 -4.3.2照準(zhǔn)誤差- 26 -4.3.3外界環(huán)境- 26 -5導(dǎo)線測(cè)量- 27 -5.1全站儀使用- 27 -5.1.1全站儀的主要特點(diǎn)- 27 -5.1.2全站儀的常用功能- 27 -5.1.3全站儀的檢驗(yàn)、使用注意事項(xiàng)和維護(hù)- 27 -5.2導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)工作- 29 -5.2.1踏勘選點(diǎn)- 29 -5.2.2角度測(cè)量- 29 -5.2.3邊長測(cè)量- 30 -6測(cè)量誤差理論基本知識(shí)- 31 -6.1觀測(cè)及其分類- 31 -6.1.1按觀測(cè)量與未知量之間的關(guān)系分- 31 -6.1.2按觀測(cè)量之間的關(guān)系分- 31 -6.1.

7、3按觀測(cè)時(shí)所處的條件分- 31 -6.1.4按觀測(cè)量在觀測(cè)過程中的狀態(tài)分- 31 -6.2觀測(cè)誤差的分類- 32 -6.2.1按照誤差產(chǎn)生的來源分類- 32 -6.2.2按照觀測(cè)誤差的性質(zhì)分類- 32 -6.3衡量精度的標(biāo)準(zhǔn)- 33 -6.3.1平均誤差- 33 -6.3.2中誤差- 34 -6.3.3或然誤差- 34 -6.3.4極限誤差- 34 -6.3.5相對(duì)誤差- 35 -6.4誤差傳播定律及其應(yīng)用- 35 -6.4.1誤差傳播定律- 35 -6.4.2誤差傳播定律的應(yīng)用- 36 -6.5測(cè)量平差的基本概念- 38 -6.5.1多余觀測(cè)- 38 -6.5.2測(cè)量平差的概念- 39 -6

8、.5.3測(cè)量平差的主要任務(wù)- 39 -7施工放樣- 40 -7.1直線放樣- 40 -7.1.1內(nèi)插定線法- 40 -7.1.2外插定線方法一正倒鏡定線法- 40 -7.2水平角放樣- 41 -7.2.1直接法- 41 -7.2.2歸化法- 41 -7.3距離放樣- 41 -7.3.1直接法- 41 -7.3.2歸化法- 42 -7.4高程放樣- 42 -7.5路基施工放樣- 43 -7.5.1路基邊樁的放樣- 43 -7.5.2路基邊坡的放樣- 44 -7.6擋墻的放樣- 45 -7.7隧道施工放樣- 45 -7.7.1開挖斷面的放樣測(cè)量- 45 -7.7.2襯砌放樣- 46 -7.7.3洞

9、門仰坡放樣- 47 -7.7.4端墻和翼墻的放樣- 49 -7.8涵洞的施工放樣- 49 -8線路測(cè)量- 51 -8.1線路復(fù)測(cè)- 51 -8.1.1新建鐵路線路復(fù)測(cè)- 51 -8.1.2公路線路復(fù)測(cè)- 52 -8.2線路測(cè)設(shè)- 57 -8.2.1平面曲線- 57 -8.2.2豎曲線測(cè)設(shè)- 59 -8.3邊長歸算- 61 -8.3.1邊長歸算到測(cè)區(qū)平均高程面- 61 -8.3.2邊長歸算到高斯投影面- 61 -8.3.3邊長歸算到抵償高斯投影面- 62 -9隧道施工測(cè)量- 63 -9.1概述- 63 -9.1.1隧道控制測(cè)量的內(nèi)容及其作用- 63 -9.1.2隧道控制測(cè)量的方法- 63 -9.

10、2隧道貫通誤差- 64 -9.2.1隧道貫通誤差的分類及其限差- 64 -9.2.2貫通誤差的來源和分配- 64 -9.3地面控制測(cè)量- 65 -9.3.1地面控制網(wǎng)布設(shè)的方法和工作步驟- 65 -9.3.2地面導(dǎo)線測(cè)量- 66 -9.3.3水平角觀測(cè)- 67 -9.3.4GPS控制測(cè)量- 67 -9.3.5光電測(cè)距三角高程測(cè)量- 68 -9.4控制測(cè)量數(shù)據(jù)處理- 68 -9.4.1坐標(biāo)系的建立- 68 -9.4.2觀測(cè)數(shù)據(jù)處理- 69 -9.4.3洞外控制測(cè)量完成后應(yīng)提交以下資料- 69 -9.5洞內(nèi)控制測(cè)量- 69 -9.5.1洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量等級(jí)- 69 -9.5.2洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量特點(diǎn)- 69

11、 -9.5.3洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)技術(shù)規(guī)則和注意事項(xiàng)- 70 -9.6隧道貫通誤差的測(cè)定與調(diào)整- 70 -9.6.1測(cè)定貫通誤差的方法- 70 -9.6.2貫通誤差的調(diào)整- 71 -10橋梁施工測(cè)量- 72 -10.1橋梁控制網(wǎng)的建立- 72 -10.1.1點(diǎn)位的布設(shè)要求- 72 -10.1.2布網(wǎng)方法- 72 -10.1.3坐標(biāo)系及投影面的選擇- 72 -10.1.4高程控制測(cè)量- 72 -10.2橋梁墩臺(tái)定位測(cè)量- 73 -10.2.1方向交會(huì)法- 73 -10.2.2極坐標(biāo)法- 73 -10.2.3橋梁架設(shè)施工測(cè)量- 74 -11客運(yùn)專線施工測(cè)量- 75 -11.1控制網(wǎng)的施工復(fù)測(cè)- 75 -1

12、1.1.1客運(yùn)專線施工測(cè)量工作流程- 75 -11.1.2平面控制網(wǎng)施工復(fù)測(cè)- 75 -11.1.3高程控制網(wǎng)施工復(fù)測(cè)- 77 -11.1.4復(fù)測(cè)結(jié)果- 78 -11.2CP復(fù)測(cè)實(shí)施- 79 -11.2.1儀器設(shè)備- 79 -11.2.2測(cè)量方法- 79 -11.2.3平差處理- 79 -11.2.4與相鄰標(biāo)段及坐標(biāo)換帶處的聯(lián)測(cè)- 80 -11.3CP復(fù)測(cè)實(shí)施- 80 -11.3.1儀器設(shè)備- 80 -11.3.2測(cè)量方法- 80 -11.3.3平差處理- 80 -11.4CP測(cè)量- 81 -11.4.1導(dǎo)線法CP平面控制測(cè)量- 81 -11.4.2后方交會(huì)法CP平面控制測(cè)量- 82 -11.

13、5施工放樣- 83 -11.6建立變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)- 84 -11.6.1變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立及布設(shè)- 84 -11.6.2變形觀測(cè)等級(jí)、精度及技術(shù)要求- 85 -11.7加密基樁測(cè)量- 86 -11.8無碴軌道竣工測(cè)量- 86 -11.8.1維護(hù)基樁測(cè)量- 86 -11.8.2無碴軌道鋪設(shè)竣工測(cè)量- 86 -11.8.3竣工測(cè)量成果資料- 86 -12GPS測(cè)量- 87 -12.1GPS定位系統(tǒng)介紹- 87 -12.1.1GPS概述- 87 -12.1.2GPS的組成及GPS信號(hào)- 87 -12.1.3GPS定位方法綜述- 88 -12.1.4GPS定位原理- 88 -12.1.5GPS的優(yōu)缺點(diǎn)- 8

14、9 -12.2GPS定位誤差- 90 -12.2.1與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差- 90 -12.2.2與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差- 90 -12.2.3與接收機(jī)有關(guān)的誤差- 91 -12.3GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)及平差- 91 -12.3.1GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的基本原則- 91 -12.3.2GPS網(wǎng)構(gòu)成的基本概念- 92 -12.3.3構(gòu)網(wǎng)的基本圖形- 92 -12.3.4構(gòu)網(wǎng)的一般原則- 93 -12.3.5GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)- 93 -12.3.6GPS網(wǎng)的平差方法- 94 - 237 -1 施工測(cè)量的基本任務(wù)和測(cè)量流程1.1 施工測(cè)量的基本任務(wù)施工測(cè)量工作主要是對(duì)設(shè)計(jì)單位測(cè)量控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)、結(jié)構(gòu)物施工控

15、制網(wǎng)的測(cè)設(shè)及結(jié)構(gòu)物的平面位置及高程放樣。例如公路、鐵路施工前要對(duì)勘測(cè)設(shè)計(jì)單位所交平面控制點(diǎn)、高程控制點(diǎn)、中線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)并恢復(fù)丟失的樁點(diǎn)，施工過程中也需要測(cè)量的緊密配合。對(duì)于特大橋、長大隧道、橋隧群等，為保證建筑物的施工精度，還需建立施工控制網(wǎng)。施工放樣工作及工程竣工后的竣工測(cè)量。針對(duì)公路、鐵路及高速鐵路要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)資料而采用相應(yīng)的方法進(jìn)行施工復(fù)測(cè)及控制測(cè)量。1.2 新建鐵路施工復(fù)測(cè)（定策成果）新建鐵路是按照切線上的轉(zhuǎn)點(diǎn)，曲線上的副交點(diǎn)來控制線路中線的。對(duì)于新建鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)單位提供的測(cè)量樁點(diǎn)主要有：直線上的轉(zhuǎn)點(diǎn)、曲線上的副交點(diǎn)、水準(zhǔn)基點(diǎn)。測(cè)量有關(guān)的資料主要有：線路平面圖、縱斷面圖、控制樁表、

16、曲線要素表、水準(zhǔn)基點(diǎn)表。施工單位接到以上成果資料后應(yīng)按照新建鐵路工程測(cè)量規(guī)范TB10101-99的要求，對(duì)線路控制點(diǎn)進(jìn)行平面及高程復(fù)測(cè)。復(fù)測(cè)成果與定測(cè)成果比較滿足新建鐵路工程測(cè)量規(guī)范要求時(shí)采用定測(cè)成果，當(dāng)復(fù)測(cè)成果與定測(cè)成果不符時(shí)，必須再做復(fù)測(cè)，確認(rèn)定測(cè)資料有誤或者精度不符合要求時(shí)，應(yīng)采用復(fù)測(cè)成果進(jìn)行施工，但須經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位批復(fù)后方可用于施工。(復(fù)測(cè)限差)新建鐵路線路復(fù)測(cè)的精度要求水平角：30；曲線偏角：30；距離：鋼卷尺量距1/2000，光電測(cè)距1/3000；轉(zhuǎn)點(diǎn)點(diǎn)位橫向差：每100m不應(yīng)大于5mm，當(dāng)點(diǎn)間距離大于400時(shí)亦不能大于20mm；曲線橫向閉合差：10cm（施工時(shí)應(yīng)調(diào)整樁位）；水準(zhǔn)

17、點(diǎn)高程閉合差：；中樁高程：10cm。（調(diào)差）實(shí)際工作中，由于設(shè)計(jì)單位的線路測(cè)量精度很低，對(duì)于偏角超限的曲線，可以通過撥正直線上的轉(zhuǎn)點(diǎn)來調(diào)整曲線偏角，使所有偏角調(diào)整到限差以內(nèi)。當(dāng)然對(duì)于復(fù)測(cè)后確認(rèn)其測(cè)量有誤，而不是測(cè)量誤差造成的，應(yīng)及時(shí)上報(bào)設(shè)計(jì)單位。對(duì)于結(jié)構(gòu)物，按規(guī)范要求需要進(jìn)行控制測(cè)量的，則對(duì)位于曲線上的隧道必須采用精測(cè)偏角及要素進(jìn)行施工，曲線橋梁應(yīng)盡量將偏角調(diào)整接近設(shè)計(jì)值，保證橋梁的定型不發(fā)生變化（有文獻(xiàn)規(guī)定應(yīng)小于15）?？梢钥闯觯嚎睖y(cè)設(shè)計(jì)單位在新建鐵路的定測(cè)時(shí)按照切線上的轉(zhuǎn)點(diǎn)，曲線上的副交點(diǎn)來控制線路中線，提供的測(cè)量成果精度很低，僅能滿足線路施工的要求，對(duì)于結(jié)構(gòu)物如橋梁、隧道等，我們必須按照

18、相應(yīng)的技術(shù)等級(jí)要求對(duì)其進(jìn)行控制測(cè)量，以保證橋、隧的正確貫通。由測(cè)量等級(jí)的差別引起的誤差在路基段調(diào)整，對(duì)橋梁、隧道進(jìn)行控制測(cè)量時(shí)，控制測(cè)量和線路復(fù)測(cè)一并進(jìn)行，但測(cè)量精度應(yīng)按控制測(cè)量的精度施測(cè)。對(duì)于線路復(fù)測(cè)，距離可直接采用實(shí)測(cè)距離，對(duì)橋隧群控制測(cè)量的控制網(wǎng)應(yīng)將邊長投影至控制網(wǎng)范圍內(nèi)的線路平均高程面上。在復(fù)測(cè)過程中，應(yīng)向相鄰標(biāo)段延伸測(cè)量一到二個(gè)平面控制樁，如果交界處是曲線，必須貫通測(cè)量整個(gè)曲線。應(yīng)延伸測(cè)量一個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，或者在交界處由雙方施工單位共同測(cè)量某點(diǎn)的高程進(jìn)行高程貫通。貫通測(cè)量結(jié)束后應(yīng)及時(shí)簽署測(cè)量共用樁協(xié)議，交界處應(yīng)共用兩個(gè)平面控制樁和一個(gè)高程共用樁。共用樁的成果必須統(tǒng)一，并作為雙方單位交界段

19、施工放樣的依據(jù)。整個(gè)測(cè)量過程應(yīng)在測(cè)量監(jiān)理工程師的監(jiān)督下進(jìn)行。隨著測(cè)量技術(shù)及儀器設(shè)備的飛躍發(fā)展，勘測(cè)單位在定測(cè)階段按線路控制樁進(jìn)行設(shè)計(jì)的做法已經(jīng)漸被淘汰，而采用導(dǎo)線測(cè)量和線路逐樁理論坐標(biāo)進(jìn)行線路控制。復(fù)測(cè)結(jié)束應(yīng)提交的資料為復(fù)測(cè)報(bào)告、橋梁、隧道的控制測(cè)量成果書說明：先對(duì)設(shè)計(jì)院的定測(cè)資料進(jìn)行復(fù)測(cè)，符合合格后使用定測(cè)資料，但其精度僅能滿足線路施工，對(duì)于結(jié)構(gòu)物應(yīng)進(jìn)行控制測(cè)量設(shè)計(jì)，由測(cè)量等級(jí)引起的偏差可以在路基段調(diào)整，對(duì)于偏角超限等結(jié)構(gòu)物方面的偏差有相應(yīng)的曲線調(diào)整辦法，并提交相應(yīng)的成果書。1.3 公路線路復(fù)測(cè)新建鐵路是按照切線上的轉(zhuǎn)點(diǎn)，曲線上的副交點(diǎn)來控制線路中線的，而高等級(jí)公路、一級(jí)公路的線路控制方法都

20、采用導(dǎo)線法進(jìn)行控制（現(xiàn)在鐵路也漸漸采用這種方法）。勘測(cè)設(shè)計(jì)單位提供的控制樁主要有：導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)基點(diǎn)。線路測(cè)量有關(guān)的資料主要有：線路平面圖、縱斷面圖、曲線要素表、導(dǎo)線點(diǎn)成果表、水準(zhǔn)基點(diǎn)表、線路逐樁坐標(biāo)表。公路線路的復(fù)測(cè)一般應(yīng)按公路勘測(cè)規(guī)范的要求進(jìn)行作業(yè)。線路復(fù)測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)線路等級(jí)參照公路路線控制測(cè)量相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)。將在線路復(fù)測(cè)一章內(nèi)做詳細(xì)介紹。應(yīng)根據(jù)線路等級(jí)確定導(dǎo)線復(fù)測(cè)的等級(jí)，如果是高速公路、一級(jí)公路應(yīng)采用一級(jí)導(dǎo)線的精度進(jìn)行復(fù)測(cè)，高程采用四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度；如果是二級(jí)公路，應(yīng)采用二級(jí)導(dǎo)線和五等水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行復(fù)測(cè)。對(duì)于設(shè)計(jì)單位的交樁應(yīng)逐點(diǎn)復(fù)測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)的角度和距離以及水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差。復(fù)測(cè)導(dǎo)線可采

21、用附合導(dǎo)線測(cè)量的方法，衡量導(dǎo)線是否滿足精度要求的一個(gè)最重要的一個(gè)指標(biāo)是導(dǎo)線的方位角閉合差以及導(dǎo)線全長相對(duì)閉合差是否滿足精度要求。另外還應(yīng)檢查復(fù)測(cè)導(dǎo)線角度與設(shè)計(jì)角度之差是否不大于相應(yīng)等級(jí)導(dǎo)線測(cè)角中誤差的倍，距離精度應(yīng)滿足全長相對(duì)閉合差的要求。衡量水準(zhǔn)點(diǎn)高程是否滿足精度要求的標(biāo)準(zhǔn)是，復(fù)測(cè)相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差與設(shè)計(jì)高差之差滿足相應(yīng)等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量閉合差限差的要求。在復(fù)測(cè)過程中，必須與相鄰標(biāo)段間進(jìn)行貫通測(cè)量，向相鄰標(biāo)段延伸測(cè)量一到二個(gè)平面控制樁，另外還應(yīng)延伸測(cè)量一個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，或者在交界處由雙方施工單位共同測(cè)量某點(diǎn)的高程進(jìn)行高程貫通。貫通測(cè)量結(jié)束后應(yīng)及時(shí)簽署測(cè)量共用樁協(xié)議，交界處應(yīng)共用兩個(gè)平面控制樁和一個(gè)高程

22、共用樁。共用樁的成果必須統(tǒng)一，并作為雙方單位交界段施工放樣的依據(jù)。由于公路的勘測(cè)設(shè)計(jì)一般采用高斯投影，因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)必須將導(dǎo)線邊長換算到高斯投影面上方可進(jìn)行平差計(jì)算。斷面復(fù)測(cè)可采用全站儀對(duì)邊測(cè)量法，或者坐標(biāo)測(cè)量法進(jìn)行，立尺或立棱鏡的地方要能反映地形、地物的變化，施的寬度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)斷面的寬度。整個(gè)測(cè)量過程應(yīng)在測(cè)量監(jiān)理工程的監(jiān)督下進(jìn)行。復(fù)測(cè)結(jié)束應(yīng)提交的資料為復(fù)測(cè)報(bào)告、橋梁、隧道的控制測(cè)量成果書1.4 高速鐵路復(fù)測(cè)隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，設(shè)計(jì)時(shí)速350千米的高速鐵路建設(shè)在我國得到了迅速的發(fā)展，京津城際、鄭西鐵路客運(yùn)專線、武廣鐵路客運(yùn)專線、哈大鐵路客運(yùn)專線、廣珠城軌的開工建設(shè)，標(biāo)志著我國鐵路

23、建設(shè)的一個(gè)新的里程碑。隨著鐵路建設(shè)等級(jí)的提高，設(shè)計(jì)單位在鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的測(cè)量工作有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。從過去用切線上的轉(zhuǎn)點(diǎn)，曲線上的副交點(diǎn)來控制線路中線的極其落后狀態(tài)，到用高精度的GPS控制測(cè)量來進(jìn)行線路控制。不但大大的提高了勘測(cè)精度，也為施工單位的施工復(fù)測(cè)、樁點(diǎn)加密提供了極大的方便。施工單位不必再為設(shè)計(jì)的精度太低、橋隧控制測(cè)量和復(fù)測(cè)等級(jí)的差別引起的誤差、曲線的調(diào)整等等而做大量工作。對(duì)于客運(yùn)專線無砟軌道鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)單位提供的測(cè)量樁點(diǎn)主要有：基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CP）、線路控制網(wǎng)（CP）、二等水準(zhǔn)基點(diǎn)。測(cè)量有關(guān)的資料主要有：線路平面圖、縱斷面圖、精密工程控制測(cè)量網(wǎng)設(shè)計(jì)文件、點(diǎn)之記、曲線要素表、逐樁坐標(biāo)

24、表。施工單位接到以上成果資料后應(yīng)按照客運(yùn)專線無碴軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定鐵建設(shè)2006189號(hào)的要求，對(duì)基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CP）、線路控制網(wǎng)（CP）、二等水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行施工復(fù)測(cè)。由于鐵路測(cè)量新技術(shù)的應(yīng)用，本教材在介紹測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，加入了一定篇幅的客運(yùn)專線無碴軌道測(cè)量知識(shí)。2 測(cè)量學(xué)基本知識(shí)2.1 地球的形狀、大小及其基準(zhǔn)面2.1.1 地球的形狀和大小隨著測(cè)繪技術(shù)的進(jìn)步，無論是公路還是鐵路的勘測(cè)設(shè)計(jì)均采用了國家坐標(biāo)系統(tǒng)，例如西安80坐標(biāo)系、北京54坐標(biāo)系，這就需要我們對(duì)國家坐標(biāo)系有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，了解測(cè)量的基本概念、坐標(biāo)系的建立、高斯投影的概念等等。只有懂得了測(cè)量的這些基礎(chǔ)知識(shí)，我們?cè)趯?shí)際工作

25、中，才能正確的使用設(shè)計(jì)資料，正確的進(jìn)行施工測(cè)量工作。例如在施工測(cè)量中最常用的邊長的兩化改正等。圖2-1大地水準(zhǔn)面、自然表面、橢球體面地球自然表面橢球面我們知道測(cè)量工作是在地球自然表面上進(jìn)行的，而地球表面是極不規(guī)則的，地球表面最高的世界屋脊珠穆朗瑪峰高達(dá)8844.43m，最低的太平洋西部馬里亞納海溝深達(dá)11022m,盡管有這樣大的高低起伏，但與平均半徑約為6371的地球體相比仍然可以忽略不計(jì)。地球的表面形狀十分復(fù)雜，不便用數(shù)學(xué)式來表達(dá)，為了確定地面點(diǎn)的空間位置，首先要選擇測(cè)量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。地球表面上海洋面積約占71%，而陸地面積約占29%，所以，地球總的形狀可以認(rèn)為是被海水包圍的球體。設(shè)想有

26、一個(gè)靜止的海洋面向陸地延伸，而形成一個(gè)封閉的曲面，這個(gè)封閉的曲面（靜止的海洋面）稱為水準(zhǔn)面。海水有潮汐漲落、時(shí)高時(shí)低，水準(zhǔn)面就位于不同的高度，所以水準(zhǔn)面有無數(shù)個(gè)。用驗(yàn)潮站所測(cè)得的平均海洋面作為地球形狀和大小的標(biāo)準(zhǔn)，它所包圍的形體稱為大地體。重力為地球上一質(zhì)點(diǎn)受到的地球引力與離心力的合力。測(cè)量工作中，重力方向即為吊垂球的垂線方向，也就是儀器整平后的豎軸方向，稱為鉛垂線方向。當(dāng)液體表面處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，液面必然與鉛垂線（重力的作用線）垂直，否則液體會(huì)流動(dòng)。因此，水準(zhǔn)面的特點(diǎn)是曲面上各點(diǎn)均與鉛垂線垂直。我們稱平均海平面為大地水準(zhǔn)面，大地水準(zhǔn)面具有同樣的特點(diǎn)。大地水準(zhǔn)面與鉛垂線是測(cè)量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線，如

27、圖2-1所示。由于地球吸引力的大小與地球內(nèi)部的質(zhì)量有關(guān)，而地球內(nèi)部的質(zhì)量分布又不均勻，這引起地面上各點(diǎn)的鉛垂線方向產(chǎn)生不規(guī)則的變化，因而大地水準(zhǔn)面實(shí)際上是一個(gè)有微小起伏的不規(guī)則曲面。2.1.2 參考橢球面圖2-2 參考橢球體o在大地水準(zhǔn)面這個(gè)不規(guī)則的曲面上無法進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。為了能在地球表面上進(jìn)行各種測(cè)量計(jì)算，必須要尋找一個(gè)與大地水準(zhǔn)面較吻合，而且能用數(shù)學(xué)公式表達(dá)的規(guī)則曲面來代替大地水準(zhǔn)面，作為測(cè)量計(jì)算的基準(zhǔn)面，經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)面是數(shù)學(xué)中的一個(gè)橢球面，而旋轉(zhuǎn)橢球是可以用數(shù)學(xué)式嚴(yán)格表示的。如圖2-2所示，橢球面繞它的短半軸旋轉(zhuǎn)所形成的橢球，認(rèn)為是地球的形狀。它的大小可由長半軸，短半軸或扁率來

28、決定。為了測(cè)量工作的需要，在一個(gè)國家或地區(qū)，需要選擇一個(gè)接近于本地區(qū)大地水準(zhǔn)面的橢球定位，這個(gè)球體稱參考橢球體，稱其外表面為參考橢球面。參考橢球面是測(cè)量計(jì)算的基準(zhǔn)面。我國1980年在陜西省咸陽市涇陽縣永樂鎮(zhèn)新設(shè)立了大地坐標(biāo)原點(diǎn)。并采用1975年國際大地測(cè)量協(xié)會(huì)推薦的大地參考橢球體，由此計(jì)算得來的大地控制點(diǎn)坐標(biāo)，稱為1980年大地坐標(biāo)系（簡稱C80）。長半徑=6378140m 短半徑=6356755m 扁率 =1：298.2571954年北京坐標(biāo)系（P54）采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)（沿用前蘇聯(lián)橢球）。長半徑=6378245m 短半徑=6356863m 扁率 =1：298.3由于地球的扁率很小，所

29、以在局部區(qū)域測(cè)量、或普通測(cè)量工作中，可以把地球近似看作一個(gè)圓球來處理，其半徑為： =6371km。當(dāng)然在橢球上計(jì)算及來表示點(diǎn)的位置等都很不方便，因此我國坐標(biāo)系采用高斯投影的方法，將橢球面上的觀測(cè)量轉(zhuǎn)化至平面坐標(biāo)。在施工測(cè)量中，實(shí)地觀測(cè)的測(cè)距邊就要先投影到參考橢球面上，再展開到高斯平面，即應(yīng)進(jìn)行兩化改正。由于投影屬于正射投影，角度不發(fā)生變形，因此進(jìn)行兩化改正，角度保持不變（保角變換）。2.2 測(cè)量坐標(biāo)系及高程系統(tǒng)的概念測(cè)量工作的實(shí)質(zhì)是確定地面點(diǎn)的空間位置，點(diǎn)的空間位置通常由三個(gè)量確定，其中兩個(gè)量是地面點(diǎn)在大地水準(zhǔn)面的平面位置（坐標(biāo)）；第三個(gè)量是地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離（高程）。2.2.1 測(cè)

30、量常用平面坐標(biāo)系地面點(diǎn)的平面位置在工程測(cè)量上通常采用平面直角坐標(biāo)系、高斯平面直角坐標(biāo)系兩種。A、平面直角坐標(biāo)系在小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測(cè)量工作通常是采用平面直角坐標(biāo)。研究小范圍地面形狀和大小時(shí)，常把球面的投影面當(dāng)作平面看待。既然投影面是當(dāng)作平面，這就可以采用平面直角坐標(biāo)來表示地面點(diǎn)在投影面上的位置。例如，隧道控制網(wǎng)的施工坐標(biāo)系，我們通常把隧道的軸線定為x軸，垂直于x方向定為y軸，形成右手系。投影面為隧道進(jìn)出口軌面標(biāo)高的平均面，計(jì)算時(shí)將控制網(wǎng)的測(cè)距邊長投影至隧道平均高程面即可。測(cè)量工作中所用的平面直角坐標(biāo)與數(shù)學(xué)坐標(biāo)系有所不同，測(cè)量工作以x軸為縱軸，一般用它表示南北方向，以y軸為橫軸，表示東西方向，這是由于

31、在測(cè)量工作中以極坐標(biāo)表示點(diǎn)位時(shí)其角度值是以北方為準(zhǔn)按順時(shí)針方向計(jì)算的夾角。為實(shí)用方便，測(cè)量上用的平面直角坐標(biāo)的原點(diǎn)是假設(shè)的。假設(shè)原點(diǎn)的位置應(yīng)使測(cè)區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的x、y值為正。在橋隧控制網(wǎng)中，一般選擇里程為x值，這樣在計(jì)算出導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，x坐標(biāo)即為該點(diǎn)里程。例如選擇的坐標(biāo)原點(diǎn)的里程為DK150+236.48，我們則設(shè)該點(diǎn)的x坐標(biāo)為X=150236.480。當(dāng)水平距離為10km時(shí)，以水平面代替水準(zhǔn)面所產(chǎn)生的距離誤差為距離的1/1217700，現(xiàn)在最精密距離丈量時(shí)的容許誤差為其長度的1/100萬。因此可得出結(jié)論：在半徑為10km的圓面積內(nèi)進(jìn)行長度的測(cè)量工作時(shí)，可以不必考慮地球曲率；也就是說可以把水準(zhǔn)面當(dāng)作

32、水平面看待，即實(shí)際沿圓弧丈量所得距離作為水平距離，其誤差可忽略不計(jì)。B、高斯平面直角坐標(biāo)系當(dāng)測(cè)區(qū)范圍較大時(shí)，超過水平面代替水準(zhǔn)面的限度，（即面積超過100平方公里的范圍、帶狀的道路設(shè)計(jì)長度超過10km）就不能把橢球表面作為水平面看待。鐵路、公路的長度動(dòng)輒上千公里，道路的設(shè)計(jì)必須考慮球面的影響，在統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行計(jì)算、改正等等。在地面上進(jìn)行的所有觀測(cè)量投影到參考橢球面上，而在球面上進(jìn)行計(jì)算和繪圖仍然很復(fù)雜，如何將參考橢球面上的觀測(cè)量轉(zhuǎn)化到平面上，我國采用的是高斯橫圓柱投影方法（橫軸墨卡托投影）來實(shí)現(xiàn)的。a、 高斯投影圖2-3高斯投影6°帶和3°帶NS6°帶3

33、76;帶高斯投影首先按經(jīng)線將地球劃分為若干帶狀區(qū)域，稱為投影帶，可分為6、3、1.5帶。如圖2-3所示，從首子午線起，每隔經(jīng)差6為一帶，自西向東將整個(gè)地球劃分為60個(gè)帶，每帶的帶號(hào)N用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，依次為1、2、360。位于各投影帶中央的子午線稱為中央子午線。若經(jīng)度用“”表示，則6帶的帶號(hào)與該帶中央子午線的經(jīng)度關(guān)系為： 式中：6°帶中央子午線的經(jīng)度；N6°帶的帶號(hào)。3°帶是在6°帶基礎(chǔ)上分成的，從東經(jīng)1.5°子午線開始由西向東每隔3°分帶，全球共劃分為120個(gè)帶。如圖2-3所示。3°帶的帶號(hào)與該帶中央子午線的經(jīng)度關(guān)系為：

34、式中：3°帶中央子午線的精度；3°帶的帶號(hào)。如圖2-4所示，高斯投影的方法是設(shè)想一個(gè)空心橫圓柱套在橢球體外面，使其與某投影帶的中央子午線相切，橫圓柱的中心軸位于赤道平面內(nèi)且通過橢球的中心，在圖形保持等角的條件下，然后將投影帶投影在橢球面上，再沿通過南北極的母線切開，展成平面，這個(gè)平面稱為高斯投影面。oo中央子午線北極N南極S參考橢球體母線西W東E投影帶赤道NS中央子午線圖2-4 高斯投影與高斯平面b、高斯平面直角坐標(biāo)系的建立在高斯投影面上，中央子午線和赤道為相互垂直的直線，其它子午線和緯線為曲線，如圖2-4所示。以中央子午線為軸，指北方向?yàn)檎?，以赤道為軸，指東方向?yàn)檎?，其?/p>

35、點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0，即構(gòu)成高斯平面坐標(biāo)系，如圖2-4所示。每一個(gè)帶都獨(dú)立進(jìn)行投影，因此，每一個(gè)投影帶都有各自的直角坐標(biāo)，這種坐標(biāo)通常稱為自然坐標(biāo)。我們國家的地理位置位于北半球，故均為正值，值則有正值、負(fù)值。為了計(jì)算方便，避免坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，故規(guī)定每帶的中央子午線各自西移500,這樣在某帶一點(diǎn)的橫坐標(biāo)值均需加500。為了區(qū)別某一坐標(biāo)值屬于哪一帶，規(guī)定在自然坐標(biāo)的橫坐標(biāo)值前冠以所在的帶號(hào)，這個(gè)坐標(biāo)值稱為通用坐標(biāo)值。例如地面點(diǎn)的坐標(biāo)值為：自然坐標(biāo)值 =3899340.78通用坐標(biāo)值 =3899340.78=-32864.83 通用坐標(biāo)值 =18467135.17通用坐標(biāo)值的橫坐標(biāo)前兩位18，表示在第18帶

36、內(nèi)。我國客運(yùn)專線無砟軌道鐵路建設(shè)測(cè)量精度要求高，施工中要求由坐標(biāo)反算的邊長值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值應(yīng)盡量一致，要求實(shí)地邊長投影至參考橢球面再展開到高斯平面的投影長度的變形值不大于10mm/km。而國家的3°帶投影坐標(biāo)，在投影帶邊緣的邊長投影變形值達(dá)到340mm/km。為了達(dá)到投影長度的變形值不大于10mm/km設(shè)計(jì)要求，在客運(yùn)專線無砟軌道鐵路設(shè)計(jì)中，坐標(biāo)系統(tǒng)根據(jù)高速鐵路的走向、通過地區(qū)的具體情況和要求，選擇抵償坐標(biāo)系統(tǒng)、任意中央子午線坐標(biāo)系統(tǒng)、任意中央子午線的任意較窄寬度帶坐標(biāo)系統(tǒng)。例如選擇0.5°帶、0.25°帶（東西走向的鐵路）、1°帶的坐標(biāo)系統(tǒng)，并選擇抵償高

37、程面。測(cè)量中，觀測(cè)邊長歸化至參考橢球面上時(shí)其長度將會(huì)縮短，歸化到參考橢球面上的邊長再投影至高斯平面時(shí)，其長度將會(huì)放長。根據(jù)這一特性，高速鐵路規(guī)定投影長度的變形值應(yīng)控制在10mm/km以內(nèi)。2.2.2 點(diǎn)的高程地面上任一點(diǎn)至基準(zhǔn)面的鉛垂距離稱為高程。高程分為絕對(duì)高程和相對(duì)高程。A、絕對(duì)高程地面上任一點(diǎn)至大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離稱為該點(diǎn)的絕對(duì)高程（海拔），如圖2-5所示，、分別為地面點(diǎn)、的絕對(duì)高程。為了確定大地水準(zhǔn)面的位置，我國在青島設(shè)立了驗(yàn)潮站，常年觀測(cè)海水的高度，在1956年推算出黃海平均海水面的位置，為了使用方便，在青島觀象山設(shè)立了水準(zhǔn)原點(diǎn)。1985年重新以1952年至1979年的驗(yàn)潮觀測(cè)值計(jì)算

38、，求得黃海平均海水面的位置，并求得水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程72.2604，凡按此值推算的高程稱為“1985國家高程基準(zhǔn)”。原1956年高程基準(zhǔn)為72.289m。圖2-5高程和高差的關(guān)系B、相對(duì)高程在局部地區(qū)，如果引測(cè)絕對(duì)高程有困難時(shí)，可以假定一個(gè)水準(zhǔn)面作為高程起算面。地面上任一點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離，稱為相對(duì)高程或假定高程。如圖2-5所示，分別為，點(diǎn)的相對(duì)高程。兩個(gè)地面點(diǎn)之間的高程差，稱為高差，用表示，由圖2-5高程與高差的關(guān)系得：表示點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高程差。由此可見，高差的大小與高程起算面無關(guān)。將來如有需要，只需與國家高程控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，再經(jīng)換算成絕對(duì)高程就可以了。2.3 測(cè)量工作概述2.3.1 測(cè)量工作的基本

39、原則 由于任何一種測(cè)量工作都會(huì)產(chǎn)生不可避免的誤差，所以每次測(cè)量時(shí)都必須采取一定的程序和方法，以防止誤差的積累。若從一點(diǎn)開始逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，前一點(diǎn)測(cè)量的誤差會(huì)傳遞到下一點(diǎn)，依次積累，隨著范圍擴(kuò)大使點(diǎn)位誤差超出所要求的限度。因?yàn)榍耙稽c(diǎn)的量度誤差，將會(huì)傳遞到下一點(diǎn)，這樣積累起來，最后可能達(dá)到不可容許的程度。 為了限制誤差傳遞和誤差積累，提高測(cè)量精度，測(cè)量工作必須遵循“先整體后局部，先控制后碎部,由高級(jí)到低級(jí)”的原則來組織實(shí)施。測(cè)量工作必須小心謹(jǐn)慎地進(jìn)行。一切測(cè)量工作都必須隨時(shí)檢查，杜絕錯(cuò)誤。沒有對(duì)前階段工作的檢查，就不能進(jìn)行下一階段的工作，這是測(cè)量工作中所必須堅(jiān)持的原則之一。為了不使誤差積累，必須遵循

40、“先整體后局部”，即“先控制后碎部”的原則；為了保證成果的質(zhì)量，必須堅(jiān)持隨時(shí)檢查的原則，這樣才能保證測(cè)量成果的質(zhì)量和較高的工作效率。2.3.2 測(cè)量的三項(xiàng)基本工作地面點(diǎn)的空間位置由平面位置和高程來確定，但在實(shí)際測(cè)量中，不能直接測(cè)定出來，如圖所示，而是測(cè)出它們的水平角，水平距離及高差，再根據(jù)已知點(diǎn)的坐標(biāo)、方向和高程，推算出其它點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，以確定它們的點(diǎn)位，所以高差、水平角和水平距離是確定地面點(diǎn)位的三個(gè)基本要素。高程測(cè)量，水平角測(cè)量，水平距離測(cè)量是測(cè)量的三項(xiàng)基本工作。2.3.3 從事測(cè)量工作的要求測(cè)量成果質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響到工程質(zhì)量，無論是測(cè)量誤差超限或產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)，都會(huì)使工程質(zhì)量降低或造成經(jīng)

41、濟(jì)損失，因此從事測(cè)量的工作人員，應(yīng)具備扎實(shí)的測(cè)量技能，高度的責(zé)任心、對(duì)工作精益求精，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的精度，方法、進(jìn)行測(cè)量工作。嚴(yán)格檢核制度，無論是內(nèi)業(yè)或外業(yè)，對(duì)測(cè)量成果都必須進(jìn)行必要的檢核，防止錯(cuò)誤的發(fā)生。測(cè)量記錄要清楚，注意保持原始記錄和計(jì)算結(jié)果的原始性，實(shí)事求是，尊重事實(shí)，不合格時(shí)，應(yīng)分析原因，進(jìn)行重測(cè)。測(cè)量工作者要愛護(hù)測(cè)量儀器和工具，輕拿輕放，避免震動(dòng)，要掌握正確的操作方法。3 高程測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)測(cè)繪專業(yè)技術(shù)人員來說相對(duì)簡單，但又是測(cè)量學(xué)最基礎(chǔ)的知識(shí)必須掌握。要求現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員不但要會(huì)熟練操作儀器，而且要懂得測(cè)量原理、誤差來源并能解決儀器常規(guī)檢校的問題。本章主要介紹水準(zhǔn)儀的檢校、水

42、準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源、精密水準(zhǔn)的實(shí)施等（客運(yùn)專線無砟軌道鐵路水準(zhǔn)測(cè)量的等級(jí)為二等水準(zhǔn)）。高程測(cè)量的常用方法有水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量。水準(zhǔn)測(cè)量是一種最常用、最精密的直接測(cè)定兩地面點(diǎn)間高差的方法，它是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線按幾何原理進(jìn)行高程測(cè)量的，因此又稱幾何水準(zhǔn)測(cè)量。水準(zhǔn)測(cè)量具有較高的精度，因此是高程測(cè)量中主要的方法。三角高程測(cè)量是間接測(cè)定兩地面點(diǎn)間高差的一種高程測(cè)量方法，它是通過觀測(cè)視線的天頂距，利用直接觀測(cè)獲得的兩地面點(diǎn)間的斜距來求定兩地面點(diǎn)間的高差的。隨著全站儀的普及，當(dāng)距離為光電測(cè)距獲得時(shí)，稱為光電測(cè)距三角高程測(cè)量。光電測(cè)距三角高程測(cè)量在山區(qū)已經(jīng)可以達(dá)到三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。3.1

43、水準(zhǔn)測(cè)量原理圖31水準(zhǔn)測(cè)量原理 水平視線大地水準(zhǔn)面后視尺前視尺前進(jìn)方向3.2 水準(zhǔn)儀構(gòu)造與使用水準(zhǔn)儀是提供水平視線的儀器。水準(zhǔn)儀有三種：微傾式水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀。微傾式水準(zhǔn)儀是用微傾螺旋手動(dòng)精平；自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀是利用補(bǔ)償器自動(dòng)精平；電子水準(zhǔn)儀也稱數(shù)字水準(zhǔn)儀是一種高科技數(shù)字化水準(zhǔn)儀，配合條紋編碼尺實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)記錄，顯示高程和高差，實(shí)現(xiàn)了高程測(cè)量外業(yè)完全自動(dòng)化。工程常見的水準(zhǔn)儀有、，“D”和“S”分別為大地測(cè)量儀器和水準(zhǔn)儀漢語拼音的第一個(gè)字母，角碼0.5、1、3表示儀器精度，為每公里高差中數(shù)的中誤差。、適用于精密水準(zhǔn)測(cè)量，適用于普通水準(zhǔn)測(cè)量。水準(zhǔn)儀的構(gòu)造主要由三部分組成：望遠(yuǎn)

44、鏡、水準(zhǔn)器和基座。水準(zhǔn)儀的使用分為：水準(zhǔn)儀的安置、粗平、瞄準(zhǔn)、精平、讀數(shù)五個(gè)步驟。3.3 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正任何儀器在搬運(yùn)、溫度變化等外界條件的影響下，各個(gè)軸系的相對(duì)關(guān)系都會(huì)發(fā)生變化，這就需要技術(shù)人員必須熟練掌握儀器常規(guī)的檢驗(yàn)與校正，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量的基本原理，要求水準(zhǔn)儀能準(zhǔn)確提供一條水平視線，在正式作業(yè)前必須對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)某些不合要求的條件，應(yīng)進(jìn)行必要的校正。圖3-2 水準(zhǔn)儀各主要軸線關(guān)系3.3.1 水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的條件水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的條件有兩個(gè)：一是水準(zhǔn)管的水準(zhǔn)軸應(yīng)平行于望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸，二是望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸不因調(diào)焦而變動(dòng)位置。如圖3-23.3.2 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正3.3

45、.2.1圓水準(zhǔn)器的水準(zhǔn)軸與儀器旋轉(zhuǎn)軸平行的檢驗(yàn)校正檢驗(yàn)用腳螺旋將圓水準(zhǔn)器氣泡居中，將儀器旋轉(zhuǎn)180°，如果氣泡仍在居中位置，則說明圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器豎軸，若氣泡有了偏移，則表明條件沒有滿足。氣泡偏移的長度代表了儀器旋轉(zhuǎn)軸和水準(zhǔn)軸交角的兩倍。圖33 圓水準(zhǔn)器結(jié)構(gòu)校正如果在檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)儀器旋轉(zhuǎn)軸與水準(zhǔn)軸不平行，則應(yīng)進(jìn)行校正。通過圓水準(zhǔn)器下的校正螺釘來實(shí)現(xiàn)，圓水準(zhǔn)器盒的底部有三個(gè)校正螺絲，如圖3-3所示。首先轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋，使氣泡中心向圓圈中心移動(dòng)偏離值的一半，剩余一半用校正針撥動(dòng)圓水準(zhǔn)器的校正螺絲，使氣泡居中。此次項(xiàng)校正應(yīng)反復(fù)幾次，直到望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)在任何位置，圓水準(zhǔn)氣泡均居中為止。圖3-43.

46、3.2.2十字絲橫絲垂直于豎軸的檢驗(yàn)校正檢驗(yàn)先用十字絲橫絲的一端瞄準(zhǔn)一點(diǎn)A，如圖3-4（）所示，然后用微動(dòng)螺旋緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，觀察A點(diǎn)在視場(chǎng)中的移動(dòng)軌跡，如果A點(diǎn)始終在橫絲上移動(dòng)，說明十字絲橫絲垂直于儀器豎軸，若偏離橫絲，如圖3-4（）所示則應(yīng)進(jìn)行校正。圖35 十字絲校正分劃板固定螺絲護(hù)蓋校正螺絲此外，也可以采用掛垂球的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，即將儀器整平后，觀察十字絲縱絲是否與垂球線重合，如不重合，則需校正。 校正校正部件有兩種形式。一種如圖3-5a所示，在目鏡端鏡筒上有3顆固定十字絲分劃板座的埋頭螺絲，校正時(shí)松開其中任意一顆，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)分劃板坐，使橫絲水平，再將埋頭螺絲擰緊，此項(xiàng)校正需反復(fù)進(jìn)行。另一

47、種如圖3-5b所示，打開護(hù)罩，松開十字絲分劃板4顆固定螺絲，旋轉(zhuǎn)十字絲分劃板座，轉(zhuǎn)至正確位置為止，蓋上護(hù)蓋。此項(xiàng)校正需也反復(fù)進(jìn)行。3.3.2.3水準(zhǔn)管平行于視準(zhǔn)軸的的檢驗(yàn)校正（i角檢驗(yàn)）a、檢驗(yàn)方法：ba在平坦地面上選定適當(dāng)距離的兩個(gè)點(diǎn)A、B，并用木樁釘入地面，或用尺墊代替。置水準(zhǔn)儀于A、B的中間，使兩端距離相等，如圖（3-6a）。此時(shí)測(cè)量正確的高差，然后將水準(zhǔn)儀置于兩點(diǎn)的任一點(diǎn)附近，例如在B點(diǎn)附近，如圖(3-6b)這時(shí)因距離不等，在測(cè)得高差中將有i角的影響 因A點(diǎn)距儀器最遠(yuǎn)，i角在讀數(shù)上的影響最大。 b、校正方法圖3-7 有了之值，既可對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行校正，校正工作應(yīng)緊接著檢驗(yàn)工作進(jìn)行，既不要搬

48、動(dòng)B點(diǎn)一端的儀器，先算出A點(diǎn)標(biāo)尺上的正確讀數(shù) 轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋使讀數(shù)對(duì)準(zhǔn)，這時(shí)水準(zhǔn)管氣泡將不居中，調(diào)節(jié)上下兩個(gè)校正螺絲使氣泡居中。實(shí)際操作時(shí)，需先將左（或右）面的螺絲（如圖3-7）略為松開一些，使水準(zhǔn)管能夠活動(dòng)，然后再校正上下兩螺絲釘。校正結(jié)束后將左（或右）面的螺絲上緊。這種校正方法的實(shí)質(zhì)是先將視線水平，既讀數(shù)對(duì)準(zhǔn)，然后校正水準(zhǔn)軸至水平位置。檢驗(yàn)校正要反復(fù)進(jìn)行，真到符全要求為止。3.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀又稱數(shù)字水準(zhǔn)儀，它是在自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。電子水準(zhǔn)儀可被認(rèn)為是自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、CCD相機(jī)（探測(cè)器）、微處理器和條紋編碼標(biāo)尺組合成的一個(gè)幾何水準(zhǔn)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，它采用條紋編碼標(biāo)尺，人工

49、完成照準(zhǔn)和調(diào)焦之后，通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡面，將條紋編碼標(biāo)尺成像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，再利用數(shù)字圖像處理技術(shù)來識(shí)別數(shù)字條碼進(jìn)而獲得標(biāo)尺讀數(shù)和視距。由于照準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍由觀測(cè)者目視完成，所以也可使用傳統(tǒng)水準(zhǔn)尺，當(dāng)成普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀使用，但測(cè)量精度會(huì)降低。電子水準(zhǔn)儀與傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀相比有以下特點(diǎn)： A、觀測(cè)值以數(shù)字顯示，不存在觀測(cè)員的判讀錯(cuò)誤及人為讀數(shù)誤差。B、野外觀測(cè)數(shù)據(jù)能自動(dòng)記錄、并存儲(chǔ)在儀器內(nèi)PC卡上，通過電腦輸出觀測(cè)值。C、精度高。 視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖象經(jīng)處理后取平均得出來的，因此削弱了標(biāo)尺分劃誤差的影響。多數(shù)儀器都有進(jìn)行多次讀數(shù)取平均的功能，可以削弱外界條件影響。不熟練的作業(yè)人員

50、業(yè)也能進(jìn)行高精度測(cè)量。 D、 速度快。由于省去了報(bào)數(shù)、聽記、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的時(shí)間以及人為出錯(cuò)的重測(cè)數(shù)量，測(cè)量比傳統(tǒng)儀器省時(shí)間。 E、效率高。只需調(diào)焦和按鍵就可以自動(dòng)讀數(shù)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。F、在光線極暗或極強(qiáng)的環(huán)境下仍能正常工作。在隧道內(nèi)黑暗環(huán)境下作業(yè)時(shí)，借助手電等人工照明仍可測(cè)量。電子水準(zhǔn)儀一般使用于中精度和高精度水準(zhǔn)測(cè)量，電子水準(zhǔn)儀分兩個(gè)精度等級(jí)，中等精度的標(biāo)準(zhǔn)差為1.01.5，可用于三、四等水準(zhǔn)測(cè)量，高精度的為0.30.4，可用于一、二等水準(zhǔn)測(cè)量。 3.5 水準(zhǔn)測(cè)量誤差的主要來源3.5.1 地球曲率差在圖3-1中，是將大地水準(zhǔn)面看作了平面來計(jì)算兩點(diǎn)間的高差，但實(shí)際上大地水準(zhǔn)面接近于球面，而水準(zhǔn)儀

51、提供的是水平視線，而產(chǎn)生地球曲率誤差。當(dāng)前、后視距的距離相等時(shí)，地球曲率對(duì)一個(gè)測(cè)站的高差沒有影響，計(jì)算高差時(shí)可以消除地球曲率誤差，對(duì)一條水準(zhǔn)線路而言，保證前后視距的累計(jì)差在一定的范圍內(nèi)就可消除地球曲率對(duì)高差的影響。例如視距累計(jì)差小于10米時(shí)，地球曲率對(duì)高差的影響為0.16mm，這對(duì)普通水準(zhǔn)測(cè)量而言，這樣的誤差可以忽略不計(jì)。3.5.2 大氣折光差另外由于地面空氣密度不同，視線通過不同密度空氣層時(shí)，視線呈曲線狀，使實(shí)際讀數(shù)和水平視線讀數(shù)產(chǎn)生差值。此值為大氣折光引起的誤差。并且可以減弱大氣折光對(duì)高差的影響。3.5.3 水準(zhǔn)管軸不平行視準(zhǔn)軸的影響（i角誤差）水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸，對(duì)尺讀數(shù)產(chǎn)生的誤差，

52、稱為角誤差。當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，水準(zhǔn)管軸水平，視線傾斜，使水準(zhǔn)尺讀數(shù)產(chǎn)生誤差值，誤差大小與視線長度成正比例，如果前后視距離相等，前后視讀數(shù)中誤差大小相等，計(jì)算高差時(shí)，可以消除該項(xiàng)誤差。4溫度誤差，外界條件的變化也會(huì)引起測(cè)量儀器出現(xiàn)誤差3.5.4 水準(zhǔn)尺傾斜誤差水準(zhǔn)尺豎不直時(shí)使讀數(shù)增大，當(dāng)尺子傾斜大約2°時(shí)，會(huì)造成1mm的讀數(shù)誤差。因此水準(zhǔn)尺保持豎直位置是很重要的。3.5.5 儀器、標(biāo)尺升沉影響對(duì)一條水準(zhǔn)路線來講，會(huì)出現(xiàn)尺子與儀器上升和下沉問題，由儀器、尺子的重量會(huì)下沉，由土壤的彈性會(huì)使儀器、尺子上升。觀測(cè)過程中，將腳架、尺墊踩實(shí)，不要手扶腳架或騎跨腳架，同時(shí)熟練操作減少觀測(cè)時(shí)間可減少

53、這項(xiàng)誤差的影響，并且對(duì)一條水準(zhǔn)路線采用往、返方向進(jìn)行觀測(cè)，往返平均值中這種誤差的影響也會(huì)得到減弱。3.6 精密水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施精密水準(zhǔn)測(cè)量指國家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量，而在工程測(cè)量技術(shù)規(guī)范中，將水準(zhǔn)測(cè)量分為二、三、四等三個(gè)等級(jí)，其精度指標(biāo)與國家水準(zhǔn)測(cè)量的相應(yīng)等級(jí)一致?？瓦\(yùn)專線無砟軌道鐵路水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)為二等，也同國家水準(zhǔn)測(cè)量的相應(yīng)等級(jí)一致，客專的CPIII水準(zhǔn)測(cè)量稱精密水準(zhǔn)測(cè)量，精度介于在國家二等和三等水準(zhǔn)之間。 下面以二等水準(zhǔn)測(cè)量為例來說明精密水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施。3.6.1 精密水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)的一般規(guī)定 在第五節(jié)中，分析了有關(guān)水準(zhǔn)測(cè)量的各項(xiàng)主要誤差的來源及其影響。根據(jù)各種誤差的性質(zhì)及其影響規(guī)律，水準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)

54、精密水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施作出了各種相應(yīng)的規(guī)定，目的在于盡可能消除或減弱各種誤差對(duì)觀測(cè)成果的影響。我們只有掌握了誤差來源及精密水準(zhǔn)的實(shí)施步驟，才能保證水準(zhǔn)測(cè)量工作順利進(jìn)行，否則很可能出現(xiàn)外業(yè)的返工。 A、觀測(cè)前30分鐘，應(yīng)將儀器置于露天陰影處，使儀器與外界氣溫趨于一致；觀測(cè)時(shí)應(yīng)用測(cè)傘遮蔽陽光；遷站時(shí)應(yīng)罩以儀器罩。 B、儀器距前、后視水準(zhǔn)標(biāo)尺的距離應(yīng)盡量相等，其差應(yīng)小于規(guī)定的限值：二等水準(zhǔn)測(cè)量中規(guī)定，一測(cè)站前、后視距差應(yīng)小于1.0m，前、后視距累積差應(yīng)小于3m。這樣，可以消除或削弱與距離有關(guān)的各種誤差對(duì)觀測(cè)高差的影響，如角誤差、垂直折光和地球曲率等影響。 C、對(duì)氣泡式水準(zhǔn)儀，觀測(cè)前應(yīng)測(cè)出傾斜螺旋的置平零點(diǎn)，并作標(biāo)記，隨著氣溫變化，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整置平零點(diǎn)的位置。對(duì)于自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的圓水準(zhǔn)器，須嚴(yán)格置平。 D、同一測(cè)站上觀測(cè)時(shí)，不得兩次調(diào)焦；轉(zhuǎn)動(dòng)儀器的傾斜螺旋和測(cè)微螺旋，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進(jìn)，以避免傾斜螺旋和測(cè)微器隙動(dòng)差對(duì)觀測(cè)成果的影響。 E、在兩相鄰測(cè)站上，應(yīng)按奇、偶數(shù)測(cè)站的觀測(cè)程序進(jìn)行觀測(cè)，即按“后前前后”和“