第五章-施工控制網的建立課件

第五章施工控制網的建立控制網按其用途不同分為兩大類，即國家基本控制網和工程控制網。國家基本控制網的主要作用是提供全國范圍內的統(tǒng)一坐標框架。其特點是控制面積大，控制點間距離較長，點位的選擇主要考慮布網是否有利，不側重具體工程施工利用時是否有利。它一般分級布設，共分四等。工程控制網是針對某項工程而布設的專用控制網，它分為測圖控制網、施工控制網、變形監(jiān)測網等。測圖控制網是在工程施工前勘測設計階段建立的測圖控制網，其目的主要是為測繪地形圖服務。點位的選擇是根據地形條件來確定的，并不考慮工程建筑物的總體布置，因而在點位分布和密度上都滿足不了后續(xù)工程建設的需要。施工控制網是為工程建筑物的施工放樣提供控制；其點位、密度以及精度取決于建設的性質，施工控制網點的精度一般要高于測圖控制網，它具有控制范圍小，控制點的密度大，精度要求高，受施工干擾大等特點。施工控制網與國家或城市控制網相比較，其最大的不同是：在精度上并不遵循“由高級到低級”的原則。例如，廠區(qū)施工控制網主要是為工業(yè)廠區(qū)各工程建筑物的布局放樣而建立的，而對于車間或廠房，其內部設備放樣的相對精度要求更高，這樣就存在廠房矩形控制網比廠區(qū)控制網要求更高的精度。變形監(jiān)測控制網是在施工及運營期間為監(jiān)測建筑工程對象的變形狀況而建立的控制網。由于平面坐標是相對于幾何參考面，而高程是相對于物理參考面，因而，控制網點位的表述通常是分解為平面坐標和高程坐標兩個方面，故工程控制網應包括有平面控制網和高程控制網。本章將從工程建筑物放樣的程序和要求、控制網精度的確定方法、國家高精度控制點的利用、施工控制網的設計以及典型工程施工控制網布設等方面進行闡述。

5-1控制網精度確定的一般方法在建筑施工中，測量工作將貫穿整個施工過程的各個階段。從做準備工作開始，就需要進行場地平整、建立施工控制網；根據施工控制網進行建筑物放樣；為了解基礎沉降情況，在施工過程中及建筑物使用期間，還要進行沉降測量，為了便于建筑物使用過程中的管理、維修、擴建等，建筑工程完工時，應作竣工測量。由此可見，建筑施工的全過程是離不開測量的，它對保證工程質量和施工的規(guī)范化都起著重要作用。工程施工中的測量工作與其他的一般測量工作不同，它要求與施工進度配合及時，滿足施工的需要。我們知道，原有的測圖控制網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，不可能考慮將來建筑物的分布及施工放樣對點位的布設要求。因此，在施工期間這些測量控制點大部分會遭受破壞，即使被保留下來的，也往往不能通視，無法滿足施工測量的需要。因此，工業(yè)企業(yè)建筑物在施工之前都要在原有測圖控制網的基礎上建立施工控制網。工程建筑物放樣的程序，應遵守由總體到局部的原則，即首先在現場定出建筑物的軸線，然后再定出建筑物的各個部分。采用這樣一種放樣的程序，可以免除因建筑物眾多而引起放樣工作的紊亂，并且能嚴格保持所放樣各元素之間存在的幾何關系。例如放樣工業(yè)建筑物，則首先放出廠房主軸線，再確定機械設備軸線，然后根據機械設備軸線，確定設備安裝的位置。又如放樣大壩，則首先放出大壩的主軸線，然后再放樣各壩段軸線，根據壩段軸線再放出壩段每層的形狀、尺寸等。工程建筑物主軸線放樣的精度要求，主要根據建筑物的性質、與已有建筑物的關系以及建筑區(qū)的地形（主要決定工程量的大?。┖偷刭|（主要決定建筑物的穩(wěn)固性）情況來決定。例如擴建的工業(yè)場地上建筑物的主軸線，要考慮與現有建筑物的聯(lián)系，而大壩主軸線的放樣，主要是考慮地形與地質情況。當施工控制網僅用于放樣建筑物的主要軸線位置時，由于主要軸線位置的放樣精度要求并不太高（相對細部放樣而言），例如，工業(yè)場地上廠房主軸線放樣精度為2cm。因此，對廠區(qū)施工控制網的精度要求也不太高。但是當施工控制網除了用于放樣主軸線外，尙需直接用來放樣輔助軸線和個別細部結構時，則對施工控制網的精度要求就大大提高。例如橋梁的施工控制網，除了用以精密測定橋梁長度外，還要用它來放樣各個橋墩的位置，保證其上部結構的正確連接，因此其精度要求就比較高。施工控制網建立以后，即可進行建筑物軸線的放樣。在實際工作中，并不是一次就將場地中所有的建筑物軸線都放樣出來，而是按照施工的需要，依次地把它們標定出來。這是因為在施工過程中，設計常有修改，而且也不是所有的建筑物同時施工，過早地放樣出來，標樁也不容易保護。為了使放樣工作正確無誤，必須要了解設計的內容、性質及其對測量工作的精度要求，認真閱讀圖紙，了解施工的全過程，并掌握施工現場的變動情況，使測量工作能夠與施工密切配合。正確制定工程建筑物放樣的精度要求，是一項極為重要的工作。如果訂得過寬，就可能造成質量事故；反之，若訂得過嚴，則給放樣工作帶來不少困難，從而增加了放樣工作量，延長了放樣的時間，也就無法滿足現代化高速度施工的需要。建筑物放樣時的精度要求，是根據建筑物竣工時對于設計尺寸的容許偏差（即建筑限差）來確定的。建筑物竣工時的實際誤差是由施工誤差（包括構件制造誤差、施工安裝誤差等）和測量放樣誤差所引起的，測量誤差只是其中的一部分。為了根據驗收限差正確地制定建筑物放樣的精度要求，除了測量知識之外，還必須具有一定的工程知識。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據來推算施工控制網的必要精度。此時，要根據控制網的布設情況和放樣工作的條件來考慮控制網誤差與細部放樣誤差的比例關系。以便合理地確定施工控制網的精度。對于橋梁和水利樞紐地區(qū)，放樣點位一般離控制點較遠，放樣不甚方便，因而放樣誤差較大。同時考慮到放樣工作要及時配合施工，經常在有施工干擾的情況下高速度進行，不大可能用增加測量次數的方法來提高精度。而在建立施工控制網時，則有足夠的時間和各種有利條件來提高控制網的精度。。因此在設計施工控制網時，應使控制點誤差所引起的放樣點位的誤差，相當于施工放樣的誤差來說，小到可以忽略不計，以便為今后的放樣工作創(chuàng)造有利條件，這就是我們通常應該遵循的“忽略不計原則”。根據這個原則，對施工控制網的精度要求分析如下：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為放樣過程中所產生的點位誤差，則設，則有：

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的點位精度。

5-2國家高精度控制點的利用目前，我國國家大地測量控制網依高斯投影方法按6°或3°帶進行分帶和計算。對工程測量，一般也采用高斯投影方法，這樣既與國際慣例相一致，也便于利用國家高精度控制點的現有成果。本節(jié)將對投影帶與投影面的選擇、工程平面坐標系的選擇以及不同平面坐標系的轉換等問題進行討論?！?-2-1投影帶與投影面的選擇一、投影變形分析控制測量中的投影帶和投影面的選擇，主要是解決長度變形問題，這種變形主要由兩種因素引起：1、實測邊長歸算到參考橢球面上的變形影響，其值為：式中：為歸算邊高出參考橢球面的平均值，S為歸算邊的長度，R為歸算邊方向參考橢球法截弧的曲率半徑。歸算邊長的相對變形由上式可計算每公里的長度投影變形值如表5-1：2、將參考橢球面上的邊長歸算到高斯投影面上的變形影響，其值為：二、工程測量投影面和投影帶選擇的出發(fā)點工程測量控制網不但作為測繪大比例尺地形圖的控制基礎，更主要是為工程各施工階段的放樣提供依據，這就需要滿足施工所需要的精度要求。一般情況下，為了滿足測量結果的一測多用，在滿足工程精度的前提下，工程中應采用國家統(tǒng)一3°帶高斯平面直角坐標系。當邊長的兩次歸算投影改正不能滿足工程所需要求時，為保證工程測量結果的直接利用的計算方便，可以采用任意帶的獨立高斯投影平面直角坐標系，歸算測量結果的參考面可以自己選定?？刹捎靡韵氯N方法來實現：1）、通過改變從而選擇合適的高程參考面，將抵償分帶投影變形，這種方法通常稱為抵償投影面的高斯正形投影。2）、通過改變，從而對中央子午線作適當移動，來抵償有高程面的邊長歸算到參考橢球面上的投影改正。3）、通過既改變，又改變，來共同抵償兩項歸算改正變形。§5-2-2工程平面坐標系統(tǒng)的選擇在工程控制測量時，根據施工所在的位置、施工范圍及施工各階段對投影誤差的要求，可采用以下幾種平面直角坐標系。一、國家3°帶高斯正形投影平面直角坐標系由表5-1和表5-2可知，當測區(qū)平均高程在50m以下，且值不大于20km時，其投影變形值和均小于1.0cm，這個精度基本可以滿足絕大部分線型工程的測圖和工程放樣的精度要求。因此，在偏離中央子午線不遠和地面高程不大的區(qū)域，無需考慮投影變形問題，直接采用國家統(tǒng)一的3°帶高斯正形投影平面直角坐標系作為工程測量的坐標系，使二者相一致。二、抵償投影面的3°帶高斯正形投影平面直角坐標系在這種坐標系中，仍采用國家3°帶高斯投影，但投影的高程面不是參考橢球面而是依據高斯投影長度變形而選擇的高程參考面，在這個參考面上，長度變形為零。當采用第一種坐標系時，超過允許的精度要求時，可令，即：三、任意帶高斯正形投影平面直角坐標系在這種坐標系中，仍把地面觀測結果歸算到參考橢球面上，但投影帶的中央子午線不按國家3°帶的劃分方法，而是依據補償高程面歸算長度變形而選擇的某一條子午線作為中央子午線。即保持不變，可求得：比如某測區(qū)相對參考橢球面的高程Hm=500m，為抵償地面觀測值向參考橢球面上歸算的改正值，可得y=80(km),即選擇與測區(qū)相距80km的子午線為中央子午線。四、具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標系在這種坐標中，往往是指投影的中央子午線選在測區(qū)的中央，地面觀測值歸算到測區(qū)平均高程面上，按高斯正形投影計算平面直角坐標。這種方法是綜合二、三兩種坐標系長處的一種任意高斯正形投影計算平面直角坐標，因而能更有效的實現兩種長度變形改正的補償。五、獨立平面直角坐標當測區(qū)控制范圍較小時，可不進行方向和距離改正，直接把局部地球表面看作為平面，建立獨立的平面直角坐標系。這時，起算點坐標及起算方位角最好能與國家網或城市網聯(lián)系，如聯(lián)測困難，可自行測定邊長和方位角，而起始點坐標可假設。在上海市磁懸浮工程和蘆洋跨海大橋工程，由于工程區(qū)域內絕對高程和平均高差較?。ㄒ话憔?0m以下），且整個工程線路長度在30km左右，故均采用了具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標系?！?-2-3不同平面坐標系統(tǒng)間的坐標轉換為了使工程方便利用現有的資料，使設計得以具體的實施，應將施工坐標系統(tǒng)與城市坐標系統(tǒng)或國家坐標系統(tǒng)建立一定的銜接和換算關系。在上海市磁懸浮線工程中，磁懸浮線路坐標系是采用任意帶高斯正形投影平面直角坐標系，選擇過磁懸浮工程線路中間位置的子午線為中央子午線進行高斯投影，投影面為平均高程面，保持X坐標軸與上海平面坐標系的X坐標軸平行，Y軸與上海平面坐標系的Y坐標軸重合。再經平移，使原點的坐標值保持原上海平面坐標系統(tǒng)坐標值。通過這樣的相互轉換，使得設計單位在上海平面坐標系中所設計的各項設計坐標可直接在磁懸浮高速鐵路坐標系中實施放樣。當大型工程的起點和終點橫向距離超過了具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標系所能補償的范圍時，此時應分段建立若干個施工坐標系區(qū)段。一般來說，在工程設計完成后，根據設計所要求的精度，計算最大投影帶區(qū)的范圍，用圖解法在地圖上確定每一個施工坐標系區(qū)段的位置，根據國家平面直角坐標值，確定其投影帶中心位置的大地坐標。在工程坐標系區(qū)段銜接處，必須包含足夠的重疊部分，這樣才能保證整個工程控制點的銜接。在線型工程中，根據分級布網的原則，其首級網點間距大約為3km，在重疊部分，應至少各包含首級控制點3個（約6km的范圍）。對采取區(qū)段建立的工程坐標系，其縱坐標和橫坐標應以線路的前進方向和垂直其前進方向來確定。在不同的坐標系區(qū)段，也應建立相互的坐標轉換關系。在坐標系統(tǒng)的轉換時，必須建立雙向轉換關系，使每個點在坐標系中可自由轉換。如在東?？绾４髽蚬こ讨校捎谠谒?、島上及陸地間建設的不同，設計時采用的坐標系統(tǒng)也不一樣，這就更需要在不同的坐標系統(tǒng)間進行數據的轉換。5-3施工控制網的設計一、施工平面控制網的網形工程施工平面控制網是專門為工程施工放樣服務的，根據工程的特點，平面控制網一般有以下幾種網形：（1）導線網在工程施工控制測量中，導線網形是比較常用的，他包括單一導線和具有一個或多個結點的導線網。網中的觀測值是角度（或方向）和邊長。其特點是網中各點上的觀測方向較少，除節(jié)點外只有兩個方向，因而受通視要求的限制較小，易于選點和降低覘標高度，甚至不需要造標；它的圖形非常靈活，選點時可根據具體情況隨時變化；網中的邊長都是直接測定的，因此邊長的精度較均勻。但導線網中的多余觀測數較少，有時不易發(fā)現觀測值中的粗差，因此可靠性不高。因此它比較適用于障礙物較多的平坦地區(qū)或隱蔽地區(qū)。（2）邊角網（2）邊角網邊角網是指既測邊又測角的以三角形為基本圖形的平面控制網。目前隨著全站型儀器的發(fā)展，測角及測距的精度不斷提高，邊角網的應用也越來越廣泛。其特點是圖形簡單，網的精度較高，有較多的檢核條件，易于發(fā)現觀測中的粗差。但在障礙物較多的平坦地區(qū)或隱蔽地區(qū)布設較困難。(3)GPS網近年來隨著GPS定位技術的發(fā)展，GPS相對定位精度在幾十公里的范圍內可達到1/1000000-1/100000，完全可以滿足城市二、三等網的精度要求。GPS網的網形在很大程度上與使用接收機的數量和作業(yè)方式有關。目前，在地鐵及公路的建設過程中，首級網的布設，很多都是采用了GPS網。除了以上三種常用的施工控制網形外，目前還有個別工程采用建筑方格網的控制形式。二、控制網建立的過程施工控制網的設計一般經過下列過程：根據建立控制網的目的、要求和控制范圍，經過圖上規(guī)劃和野外選點，確定控制網的圖形和決定參考基準（起始點）；根據測量儀器條件擬定觀測綱要（觀測方法和觀測值的預期精度）；根據觀測所需的人力、物力進行成本預算；根據控制網圖形和觀測精度進行目標成果的精度估算與分析，并與預定的要求相比較，作必要的方案修正，以上稱為控制網的設計工作；然后是付諸實施，埋設標志，建立觀測墩、臺和觀測標志，按預定綱要進行觀測，按觀測數據評定觀測精度；最后進行成果處理、平差計算，平差值及目標成果的精度評定。在控制網的建立過程中，除了外業(yè)測量和內業(yè)計算的儀器設備和人員的技術素質作為必要條件以外，控制網的優(yōu)化設計起著十分重要的作用。三、控制網優(yōu)化設計的質量標準控制網的質量是控制網設計的核心和宗旨。用什么標準來衡量控制網的質量好壞，不僅取決于工程的性質和要求，而且取決于標準制定的合理與否。因此，標準的制定對控制網的設計非常重要。而這個標準就是控制網優(yōu)化設計的質量標準，又稱為質量指標、質量準則。通常，我們用一些數值指標來描述控制網質量的好壞。根據對控制網的要求不同，一般有下列四個方面的質量指標：精度描述誤差分布離散程度的一種度量；可靠性發(fā)現和抵抗模型誤差的能力大小的一種度量；靈敏度監(jiān)測網發(fā)現某一變形的能力大小的一種度量；經濟建網費用。下面將分別對其質量指標作系統(tǒng)地討論，并對各指標之間的關系及綜合指標的制定原則和方法作初步介紹。1、精度指標精度指標是描述誤差分布離散度的一種度量，常用方差或均方根差來描述。對于一般控制網，均可以用高斯－馬爾柯夫模型來描述。式中，L是n維觀測向量，X為t維未知參數向量（通常選擇控制網中待定點的高程或坐標作為未知參數），A為系數矩陣或設計矩陣，為權陣，為單位權方差，D(L)和E(L)分別為L的方差和數學期望。根據最小二乘原理，（5-12）的平差結果為未知參數的方差陣或協(xié)因數陣在控制網的精度評定中起著非常重要的作用，所需的各種精度指標都可以由它導出來。因此，可以認為或包含了控制網的全部精度信息。我們稱它為控制網的精度矩陣。

顯然，用精度矩陣就可以完整地描述控制網的精度情況。但是，就實際應用來說，這樣做會帶來一些不便。因為我們很難直接地將兩個不同的精度矩陣之間進行比較，判別出哪一個精度高，哪一個精度低。因此，我們總是抽取精度矩陣的一部分信息，定義一些數值指標，以此來作為比較精度高低的標準。1）整體精度整體（總體）精度用于評價網的總體質量。因為精度矩陣（或）是一非負定陣，其特征值也必非負，設按大小排列為2）局部精度控制網中某一個元素的精度稱為網的局部精度，如某一條邊長、某一個方向和一個點位等的精度。局部精度均可以看成是未知參數的某個線性函數（即權函數式）2、可靠性標準可靠性概念是荷蘭Barrda教授（1968年）針對觀測值數據中的粗差提出來的。測量控制網的可靠性是指控制網探測觀測值粗差和抵抗殘存粗差對平差成果影響的能力，它分為內部可靠性和外部可靠性。1）內部可靠性內部可靠性是指某一觀測值中至少必須出現多大的粗差（下界值），才能以所給定的檢驗功效在顯著水平為的統(tǒng)計檢驗中被發(fā)現？2）外部可靠性外部可靠性是指無法探測出小于下界值的觀測值，而保留在觀測數據中的殘存粗差對平差結果的影響；即沒有發(fā)現的粗差對待估參數的影響。

3）多余觀測分量

由于內、外可靠性均與多余觀測分量有關，多余觀測分量不僅代表了該觀測值在總的多余觀測數中所占地位，而且也可以作為可靠性評價中的一個重要量度局部可靠性。同時，多余觀測數r越大，表明對發(fā)現粗差越有利。因此，我們也可以用多余觀測的平均值作為另一可靠性度量整體可靠性指標。

3、可檢測性準則靈敏度準則變形觀測控制網以靈敏度準則作為其特殊的質量準則，是由變形觀測控制網的性質、特點和用途所決定的。我們知道，變形觀測控制網的目的就是要證明監(jiān)測對象是否存在顯著變形，和一般控制網相比較，監(jiān)測網最主要的特點就是具有周期性和方向性，即通過多期觀測來發(fā)現建筑物在某一特定方向上的變形。例如，重力壩主要是發(fā)現垂直于壩體方向的變形等。而變形觀測網的靈敏度則正是用來描述監(jiān)測網發(fā)現變形體在某特定方向上變形的能力。因此，靈敏度應作為變形觀測網的主要質量準則；在重復觀測中預期可能監(jiān)測到的最小變形值應滿足需要。4、經濟性準則用較少的人力、物力實現對控制網的精確性與可靠性要求。在控制網的設計中，每個基本要求都可以分別作為目標函數?？刂凭W的優(yōu)化設計是在限定一些其他基本要求的情況下來尋求某一目標函數的極值，例如在一定的測量費用（成本）的約束下要求目標成果具有最高的精度，或在精度與可靠性的約束下尋求最低的成本等。四、控制網優(yōu)化設計的類控制網優(yōu)化設計一般分為四類（四方面內容）：零類設計（基準問題），一類設計（圖形問題），二類設計（權比問題），三類設計（加密問題）。這四類的設計內容可以用參數法平差的函數模型與隨機模型來解釋，設：零類設計為基準（起始數據）的設計，固定參數為A（控制網的圖形）和P（觀測值的先驗精度），待定參數為X（未知參數平面網點的坐標或高程網點的高程）及（未知參數的協(xié)因數陣）。

本類設計是在控制網圖形和觀測值的先驗精度已定的情況下，選擇起始數據使網的精度達到最高。一般方法是按既定的網形和觀測精度進行自由網平差，以判斷控制網本身的精度，然后在不同參考系之間進行相似變換，以選擇一個最優(yōu)的參考基準，使達到（5-14）式的精度標準。一類設計為控制網圖形的設計，固定參數為P和，待定參數為A。能完整地表達控制網成果所能達到的精度，在此作為固定參數即代表對控制網成果精度的全面要求，因此作為固定參數的稱為準則矩陣。本類設計為控制網成果的精度要求及觀測手段可能達到的精度已定的情況下，控制網圖形設計的優(yōu)化，即點位的最佳布設和采用最佳的觀測方案。二類設計為觀測值權的設計，固定參數為A（控制網圖形）和（準則矩陣），待定參數為P。本類設計為控制網的圖形和網的精度要求已定的情況下，設計觀測值的精度，此時應受到觀測值權的總和（代表測量費用）的約束、最大權（代表不能超過的最高精度）的約束和可靠性（多余觀測的分量不能小于某一定值）的約束。因此觀測值權的設計也是最適當的權分配問題，其中包括儀器設備的最佳利用以及各種觀測手段的合理組合。三類設計為控制網改進的設計（加密設計），固定參數為和部分A、P，待定參數為另一部分A、P。本類設計用增刪部分觀測值和改變部分觀測值的權，以及增刪及移動點位來改善控制網成果的精度。各類設計劃分的簡單表示方法如表5-3所示。

五、誤差橢圓與相對誤差橢圓的理論及應用求得誤差橢圓的長半軸e，短半軸f和長半軸的方位角后，即可畫出誤差橢圓。由誤差橢圓用切線垂足法（若要求方向的誤差，可垂直于該方向作橢圓的切線，則垂足與原點的連線長度即為方向的中誤差）可求得點位在任意方向的誤差大小，用以判斷要求的精度是否滿足。當我們不需要點位相對于起始點的精度，而需要網中任意兩點（I，J）相對位置的精度時，可以繪出其相對誤差橢圓來進行分析。求得I，J兩點相對誤差橢圓的三參數，即可在I，J兩點中間繪出其相對誤差橢圓，它全面地反映了I，J兩點的相對位置精度。用切線垂足法即可求得相對點位在任意方向上的誤差大小。相對誤差橢圓在施工測量中應用較廣，例如可用于隧道貫通誤差預計，由零距離兩貫通點的相對誤差橢圓在貫通面上的投影長度之半即為隧道橫向貫通誤差。據此可對隧道施工控制網進行設計。六、控制網優(yōu)化設計方法控制網優(yōu)化設計有許多不同的方法，其中最常用的方法是模擬法。模擬法設計又稱試驗修正法，對于初步確定的網形與觀測精度，模擬一組起始數據與觀測值，輸入計算機，按間接平差原理與計算方法，組成觀測值方程式、法方程式，求逆而得到未知參數的協(xié)因數陣，并計算點位誤差橢圓和相對誤差橢圓的參數，與要求的精度相比較，若結果太好或不滿足要求，可以修改設計：（1）增加或刪去某些觀測值，（2）改變某些觀測值的權。每當設計者輸入修改信息后，計算機按序貫公式算出實時矩陣，并顯示新的誤差橢圓。這個過程重復，直至獲得符合各項設計要求的滿意的設計方案。

為說明施工控制網設計的過程，舉例如下：某大橋施工控制網主網由橋軸線12兩側的一個大地四邊形和一個三角形所組成，如圖5-3所示，其中1點為起始點，為起始方向。正橋橋長1340m，要求橋軸線的邊長相對精度達到1/15萬（即）。擬采用邊角網方案建網。初始方案，以2級經緯儀6測回觀測全部方向，測距儀測量全部邊長，其中方向觀測中誤差1.5秒，測邊精度5+5ppm,結果1、2兩點的相對誤差橢圓化為1-2方向上的誤差線段，其邊長精度6.2mm即為，比設計要求的精度高得多。修改設計，降低方向觀測精度，以2級經緯儀4測回觀測全部方向，，測量全部邊長且精度不變，結果6.6mm，仍比設計要求的精度高。再次修改設計，減少測量五條邊長，亦即測距儀只測三條邊長，方向全測，精度仍為，結果，正好滿足橋軸線上邊長精度8.9mm的設計要求，此設計方案即為大橋施工控制網的優(yōu)化設計方案。由于模擬法設計的計算簡單，易于編制設計程序，修改是通過設計人員的分析判斷來進行的，因此具有靈活性與可行性。模擬計算結果除了數據以外，還可以利用計算機屏幕或繪圖儀的圖形（例如控制網的圖形和點位誤差橢圓）顯示，有利于設計者的分析判斷，設計可以利用“人機對話”的形式進行。模擬法的缺點是需要化較多的計算時間，優(yōu)化設計方案需要設計多種方案比較或逐步趨近而獲得，并且也有可能“漏掉”最優(yōu)的設計方案。模擬法適合一、二、三類設計，是根據經驗和準則，通過計算，比較和修改得到最優(yōu)解。解析法也是控制網優(yōu)化設計一種的方法，它適合各類設計，是通過數學方程表達，用最優(yōu)化解算。解析法缺點是數學模型往往相當復雜，有的難以建模，求解，而模擬法過多依賴經驗，有可能漏掉最好的方案，改進是兩者結合。5-4典型工程施工控制網布設施工控制網分為高程和平面控制網。高程控制網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即能測設所需要放樣點的高程。平面控制網的布置形式隨工程建筑物的種類而有所不同，例如大型橋梁施工控制網、隧道施工控制網、水利樞紐中的大壩施工控制網、大型工廠企業(yè)施工控制網等?！?-4-1橋梁施工控制網的布設東海大橋起始于上海浦東南匯區(qū)的蘆潮港，北與滬蘆高速公路相連，南跨杭州灣北部海域，直達浙江省嵊泗縣崎嶇列島的小洋山島，如圖5-4。東海大橋為全長約31公里的曲線橋梁。整座橋包括兩座大跨度海上斜拉橋、四座大跨度的預應力連續(xù)橋梁、大量的大跨徑為整跨安裝的非通航孔。東海大橋按雙向六車道加緊急停車帶的高速公路標準設計，橋寬31.5米，設計車速80公里/小時，大橋設計基準期為100年,其跨海長度居世界第一。東海大橋首級平面和高程控制網的建立是大橋建設基礎性工作的基礎,其控制網的準確性與可靠性將直接影響到整個大橋工程建設的質量甚至安危?？绾４髽蚴菑年懮现鄙斓胶u上的，平面控制點分布在大陸一側，為了滿足大橋能分標段同時施工的需要，工程要求需將平面控制點傳遞到離大陸30km外的海島上，然后根據施工各階段的需求，再進行控制點的加密測量。一、首級控制網測量為了確保杭州灣大橋首級平面和高程控制網的正確與可靠,及時、有效地為施工放樣及后期變形監(jiān)測打好基礎。首級平面控制網在最初建立和后續(xù)復測中,均采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)測量技術進行測設。如此特大型橋梁,控制網的布設亦不同于一般的橋梁控制網,國內亦沒有同類控制網可供參考。測量時，考慮到投影帶可能帶來的誤差，工程選用了任意帶高斯正形投影平面直角坐標系，以東經122o為中央子午線，平面坐標采用1954北京坐標系，并根據坐標轉換關系，與國家84坐標系、上海市城市坐標系建立了相應的轉換關系。二、加密控制網測量在完成首級網的測量工作后，根據工程的需要，在大陸與海島的等距離處，建造了A、B、C共3個測量平臺，在平臺上，建立了強制觀測站墩。利用首級控制網的成果作為已知點，對平臺進行了GPS測量。測量時采用GPS三等的技術要求，連續(xù)觀測4小時。由于海上建造平臺的穩(wěn)定性受潮汐等因素的影響，加密點的穩(wěn)定也直接關系到了施工的精度，并以每月1次的頻率，對A、B、C三個平臺進行了測量，共完成了10次測量.根據施工的進程，在建造好的橋墩上，也布設了加密點，其間距約1km，利用首級網的測量成果，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，完成了全線的控制網加密工作?！?-4-2隧道施工控制網的布設隧道施工至少要從兩個相對的洞口同時開挖。長隧道的施工需要通過豎向或側向的通道（豎井、斜井、平洞）增加工作面，加快施工進度。很多工作面同時施工時，測量人員應保證隧道最后正確貫通。隧道施工控制網分為地面網和洞內網兩部分。一、隧道地面控制網隧道施工控制網的地面部分用以確定洞口點、豎井的近井點和方向照準點之間的相對位置，作為洞內控制網的起始數據。網的圖形向隧道軸線方向延伸，布網形式常采用狹長的三角網、邊角混合網（如圖5-6）或環(huán)形導線網，目前一般采用GPS控制網。若采用GPS控制網除了在隧道線路上布設進、出口點以外，還要在每個洞口附近各布設三個及以上定向點，以便于在洞口用全站儀設站時定向。二、隧道洞內控制網隧道洞內狹長形狀的空間使洞內控制網的設計沒有選擇的余地，而只能采用支導線的形式。為了進行檢核，一般布設兩個等級的導線。在掘進的同時首先布設施工導線，為掘進指明方向，為其他施工提供依據；當隧道掘進至大約1～2km時，布設邊長較長的、具有較高精度的主導線，用于檢核及修正施工導線。在城市地鐵工程中，地下導線也常采用如圖5-7所示的交叉導線，在每設置一個新的導線點時，均由兩條交叉導線測得其坐標，當檢核無誤后，取其平均值作為新點的測量數據。隧道在曲線部分時，可以跳站（隔一個或幾個測站）觀測，構成跳點導線（如圖5-8）；當隧道在直線部分時，應在每個吊籃上安置兩個觀測臺，形成左右兩條導線，最后在新點處交會，它不但能使測量數據有足夠可靠性，還可以提高導線的精度?！?-4-3水利樞紐施工控制網的布設水利樞紐工程除大壩外，還包括發(fā)電站機房、船閘、溢洪道等，因此布設施工控制網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中，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，并盡量顧及圖形強度。一次布網有困難時，可采用分級布網。首級網布得稀疏些，控制范圍大些，較多考慮圖形好和點位穩(wěn)定。在首級網下再布插網、插點，使點位靠近待建物，便于放樣。加密網直接為施工放樣服務。由于水利樞紐工程多建在山區(qū)，那里地形復雜，起伏較大，因此宜用邊角測量方法來建立控制網。大壩的施工控制網布設在河谷兩岸。由于點位分布在不同高度上，有時與近點不通視，而只能與遠點通視。因此控制網的圖形往往很不規(guī)則又很復雜。某水電站設計水位630m，壩頂高程640.5m，最大壩高232.5m，水庫總庫容64.65億m3，電站裝機容量3000MW，多年平均發(fā)電量96.67KW.h。樞紐主要建筑物由大壩、水電站廠房、通航建筑物和壩基防滲工程組成。壩址區(qū)河谷狹窄，岸坡陡峻，高差在400m左右。一、平面施工控制網平面控制網建立的要求：控制網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；便于在首級控制網的基礎上加密低等級控制點，方便施工放樣；控制網點在被毀壞后，能方便恢復；保證控制點的精度能滿足要求。根據建網要求和工程范圍、規(guī)模以及現場察勘點位選定情況，通過優(yōu)化設計計算，該施工控制網確定為邊角網，由11個點組成，如圖5-9，標石類型為普通鋼筋混凝土觀測墩。在選定的點位上，挖盡覆蓋層，去掉強風化層，待觀測墩基坑挖好后，在基巖中嵌入4根12的鋼筋，扎成骨架，使觀測墩與基礎牢固結合。在控制網的施測過程中，嚴格按照操作規(guī)程進行測量工作。為了減少旁折光和地面折光的影響，選擇在成像清晰，目標穩(wěn)定的有利時間進行觀測；采用T3光學經緯儀按全圓觀測法，觀測12測回，分兩個光段即分別在上午和下午兩個時間段完成。平差計算前，先將所有觀測數據預處理，外業(yè)觀測的距離經過儀器加乘常數、氣象及球氣差改正，邊長投影到640m高程面上，以01為起算點，壩軸線01-02的方向為起算方向進行平差計算，從而計算出各點的平面坐標成果。該控制網經平差后的測角中誤差為，最弱點位中誤差為，滿足設計的精度要求。二、高程施工控制網根據工程建筑物分布的范圍和高程控制網的特點及施工區(qū)交通情況，高程控制網設計為精密水準網，由10個點組成，分布在江河兩岸，其中4點為水準基點，其余6點（01、02、06、08、09、10）全部設置在平面控制網觀測墩上。根據《水利水電工程施工測量規(guī)范》要求，對于混凝土建筑物，高程控制設計必須滿足最末級高程控制點相對首級高程控制點的高程中誤差，不大于10mm。水準測量采用LeicaNA2+GPM3水準儀進行觀測，在施測過程中，嚴格按照操作規(guī)程進行測量工作，水準觀測在標尺成像清晰、穩(wěn)定時進行，每一測段往返測，測站數均為偶數，水準路線由一個閉合環(huán)組成，路線長度23公里，閉合差為4.11mm。平差后的每公里中誤差為，最弱點的高程中誤差為，滿足高程誤差小于的精度要求?！?-4-4工業(yè)廠區(qū)施工控制網的布設對于工業(yè)建設來說，由于建筑場地上工程建筑物的種類很多，施工的精度要求也各不相同，有的要求很低，有的則很高。例如，連續(xù)生產設備的中心線橫向偏差要求不超過1mm；鋼結構的工業(yè)廠房鋼柱中心線間的距離偏差要求不超過2mm；管線道路的施工限差相對而言要求較低。建筑施工控制網的精度究竟應該如何確定呢？如果按照工程建筑物的局部精度來確定施工控制網的精度，勢必將整個施工控制網的精度提得很高，這就會給測量工作造成很大困難，花費大量的人力和物力。我國的工程測量工作者在總結實踐經驗的基礎上提出，廠區(qū)施工控制網的主要任務是用來放樣各系統(tǒng)工程的中心線和各系統(tǒng)工程之間的連接建筑物的，例如放樣廠房的中心線，高爐和焦爐的中心線、皮帶通廊、鐵路和管道等。通過對這些工程中心線的放樣，就將這些工程進行了整體定位。廠區(qū)控制網的精度應能保證這些工程之間相對位置誤差不超過連接建筑物的允許限差，至于各系統(tǒng)工程內部精度要求很高的大量中心線的放樣工作，可單獨建立各系統(tǒng)工程的控制網，如廠房控制網、高爐和焦爐控制網、設備安裝專用控制網等。各系統(tǒng)的局部控制網不是強制地附合在廠區(qū)施工控制網上按所謂的由高級到低級、高級控制低級的原則加密得到的，而是根據廠區(qū)施工控制網放樣各系統(tǒng)工程的主要中心線（亦稱主軸線），進行工程的整體定位，然后以放樣的主軸線為基礎再建立工程的控制網。由以上的控制關系可以得出，廠區(qū)施工控制網的精度主要取決于各系統(tǒng)工程間連接建筑物施工的精度要求。因此，工程施工控制網間不存在一般測量控制網的精度梯度關系。對此，在布設建筑工地施工控制網時，采用分級布網的方案是比較合適的。也即首先建立布滿整個工地的廠區(qū)控制網，目的是放樣各個建筑物的主要軸線-。然后，為了進行廠房或主要生產設備的細部放樣，再由廠區(qū)控制網所定出的各主軸線的基礎上，建立廠房矩形控制網或設備安裝控制網。在大型工業(yè)廠區(qū)建筑工程中，通常采用的廠區(qū)控制網的形式有：建筑方格網、導線網、邊角網和GPS網等。建筑方格網是在50年代作為先進經驗從前蘇聯(lián)引進我國的，其最大優(yōu)點是可采用直角坐標法進行細部點放樣。在當時由于經緯儀和鋼尺是主要的測量工具，在大型廠區(qū)建立建筑方格網放樣，計算簡單，不易出錯，確實為施工放樣提供了很大的方便，起到了不可替代的作用。到了全站儀和GPS接收機已十分普及的今天，建筑方格網由于其圖形比較死板，點位不便于長期保存，已逐漸淘汰。相比之下，導線網、邊角網特別是GPS網有很大的靈活性，在選點時，完全可以根據場地情況和需要設定點位。有了全站儀，在一定范圍內只要通視都能很容易地放樣出各細部點。一、平面施工控制網布置成正方形或矩形格網形式的施工控制網稱為建筑方格網。在大型工業(yè)廠區(qū)如武漢鋼鐵公司、馬鞍山鋼鐵公司以及上海寶山鋼鐵公司，其施工控制網就是采用了建筑方格網的形式。建筑方格網的布置一般是根據建筑設計總平面圖并結合現場情況來擬定。布網時應首先選定方格網的主軸線，細部方格網是在一級建筑方格網的基礎上根據各系統(tǒng)工程建筑物施工放樣的需要分期加密布設的，其形狀和規(guī)格均不一樣，主要以各系統(tǒng)工程建筑物施工放樣應用方便為原則。一般首級為基本網，可采用“＋”字形、“口”字形或“田”字形，然后再加密或擴展方格網。如圖5-11所示的建筑方格網主軸線AOB三點通過采用極坐標法測設出其概略位置，以A、O、B表示（見圖5-12）。由于誤差的存在，A、O、B一般不在一條直線上，因此要在O點上安置經緯儀，測出

AOB，計算歸化值，使其調整到一直線上。如圖5-11，在放樣了主軸線AOB線后，儀器架于O點并轉90即可定出C、D。主軸線AOB、COD經調整后，便可加密E、F、G、H各點。在A、C兩點架設經緯儀，后視O點，分別測設90角，兩方向線之交點即為E點。實量AE、CE邊長進行檢核。用同樣方法可以交會F、H、G點。在建立了“田”字形方格網后，還需以此加密1～16各點。可在C點架設經緯儀照準E點，按設計要求沿視線精密量距，即可定出點1。圖中細部格網點，如1、2、3、5、7、8、9、1