線路與橋隧測量

線路工程測量內容：①在規劃階段，為工程設計提供必要的測繪資料和其他數據;②在建設階段，對線路中線和坡度按設計位置進行實地測設，包括施工控制測量、線路中線及腰線放樣、曲線測設、縱橫斷面測量，以及竣工測量和驗收;③在運營階段，對線路工程進行變形監測等。

目的

線路測量的目的是確定線路的空間位置，在勘測設計階段主要是為工程設計提供資料；在施工階段主要是將線路中線（包括直線和曲線）按設計的位置進行實地測設。各種線形工程的測量工作大體相似，其中鐵路線路測量具有典型性。 [1]

過程與方法

鐵路勘測通常分為初測和定測兩個階段。初測是根據踏勘提出的線路的不同方案，對沿線地形、地質和水文等進行較詳細的測量。其任務是在沿線進行導線測量建立平面控制，進行水準測量建立高程控制和測繪帶狀地形圖,并在圖上進行紙上定線,供編制初步設計時使用。帶狀地形圖以導線點和沿線水準點作為平面控制點和高程控制點來施測,測圖比例尺一般為1:5000或1:2000,地形復雜地段也可為1:1000。紙上定線是在帶狀地形圖上設計線路的走向和坡度。作法是根據轉向點的概略位置，在相鄰直線之間用曲線連接,根據設計的半徑R和在圖上量得的轉向角α求出曲線要素值，計算里程，標明樁號。路線確定后，根據圖解高程繪制線路中線縱斷面圖，設計坡度，計算工程量，供方案比選和定測時應用。定測是將所設計的線路測設到實地上的工作。主要內容有中線測量、曲線測設和斷面測量。 [2]

中線測量

把設計圖上的中線測設到實地上的工作，分放線和中樁測設兩步進行。放線 　把紙上定線的各交點間的直線測設到地面上的工作。這時可用地面上的初測導線為依據，把每條直線段獨立的測設出來，再將相鄰兩直線延長相交，定出線路中線的轉向點。也可根據紙上定線的各交點的坐標，預先在室內計算出各直線段的長度和轉向角，在實地按計算數據定出中線。中樁測設 　在線路中線上測設百米樁、加樁、控制樁和曲線主點樁的工作。內容包括：丈量線路的直線長度，詳細測設曲線，按規定要求設置中線樁。量距一般用鋼尺往返丈量，相對誤差不大于1/2000。中線樁不僅表示線路中線在地面上的位置和離開線路起點的里程，而且是測繪線路縱、橫斷面圖的依據。

曲線測設

為使車輛平順的轉變方向，需在兩相鄰直線間測設所設計的曲線。其中有平曲線和豎曲線。平曲線分為圓曲線和緩和曲線兩種。圓曲線又有單曲線、復曲線、反向曲線和回頭曲線等多種。圓曲線 　一定半徑R的圓弧構成的曲線（圖1）?？刂茍A曲線形狀的3個主要點稱為圓曲線主點，即圖中直圓點(ZY)、曲中點(QZ)和圓直點(YZ)。測設圓曲線的基本數據稱為圓曲線要素,即圖中的切線長T、曲線長L和外矢距E。測設曲線時，先測設曲線主點，再測設曲線細部點。緩和曲線 　連接直線和圓曲線的過渡曲線（圖2）。緩和曲線的曲率半徑是由無窮大逐漸變化為圓曲線的半徑。在緩和曲線上任一點的曲率半徑與該點至起點的曲線長度成反比。在圓曲線的兩端加設等長的緩和曲線后，曲線主點則為：直緩點(ZH)、緩圓點(HY)、曲中點(QZ)、圓緩點(YH)和緩直點(HZ)。當圓曲線半徑R、緩和曲線長l0及轉向角α已知時，曲線要素切線長T、外矢矩E、曲線長L和切曲差q等數值即可算得，據以測設曲線主點。

斷面測量

線路測量中沿某一方向測量地面起伏的工作。一般分為縱斷面測量和橫斷面測量?？v斷面測量 　測量線路中線樁地面高程的工作。具體施測方法與一般水準測量相同。根據縱斷面測量成果繪制縱斷面圖，供設計坡度用。為了顯示地勢變化，圖的高程比例尺通常比水平距離比例尺大10或20倍。繪圖時以距離為橫坐標，高程為縱坐標，按規定的比例尺將外業所測各點畫在毫米方格紙上，依次連接各點即為沿線路中線的地面線。橫斷面測量 　測量垂直于線路中線方向的地面起伏的工作。在線路上所有百米樁和加樁處都應測量橫斷面。測量時以中線樁為準，在與線路中線的垂直方向上分別測量兩側各變坡點至中線樁的水平距和高程差，并根據測得的數值繪制橫斷面圖。橫斷面圖主要用于設計線路橫斷面的形狀、計算土石方量、放樣邊坡和布置各種構筑物。橫斷面圖的距離與高程比例尺相同，一般為1:100或1:200。

二、橋梁測量

簡介

著國民經濟的快速發展，綜合國力的不斷增強，橫貫我國東西、縱貫我國南北的交通基礎設施網絡建設取得了令人矚目的變化和成果。這其中，無論在蜿蜒曲折的萬里長江上，還是在星羅棋布的內陸湖泊、大型支流、河流上，一座座如彩虹般的橋梁千姿百態，蔚為壯觀，為加速我國經濟的更快發展起到如虎添翼的非凡作用。隨著橋梁建設技術的不斷發展和創新，近10年來，我國十分重視在主要的江河及其大型支流上建設大型橋梁，尤其是江河入?？诘膶掗熃婕昂炒髽虻染扌蜆蛄航ㄔO的實施，為橋梁工程測量及安全監測技術的發展和創新提供了廣闊的舞臺。本章重點敘述橋梁工程測量的基本內容。橋位勘測和橋梁施工測量的技術應符合《公路橋位勘測設計規范》和《公路橋涵施工技：術規范》的要求 [1] 。

主要任務

測繪是國民經濟建設的基礎，大型橋梁工程建設也不例外。橋梁工程測量的目的是為橋梁建設提供準確、可靠的陸地及河床、河流狀態等的基礎地理信息資料，包括各種比例尺的地形圖、接線段的縱橫斷面數據，建立滿足橋梁施工的控制系統等，為建設單位綜合政治、經濟、技術等諸多因素提供準確的可比較的橋位資料以供決策使用，滿足各階段設計需要。建立大橋施工、安裝的精確的整體協調的基礎控制系統，監測大橋施工中的動態情況，為大橋建設提供各類科學決策的量化依據。

測量內容

按照橋梁建設的規律和實踐，橋梁測量一般可劃分為以下幾種：(1)可行性(預可、工可)階段的調查測量(洪水痕跡、河床演變、地表特征的調查測量)或中小比例尺的規劃測繪、橋位比選測量(橋位總平面圖和橋址地形圖的測量，橋位中線和引道縱橫斷面測量等)。(2)初步設計階段橋址區陸地和水下大比例尺地形測繪(一般為1:500地形測繪，有的在橋墩附近局部區域施測1：200地形)、河床比降、水深、航跡線、流速及流向測量，根據簡易控制網進行接線段初測及定測(橋位中線和引道縱橫斷面測量，主橋、引橋、接線及互通工程的測量工作)。(3)施工階段建立較高等級的平面和高程施工控制網、橋軸中線定測、施工測量、施工期敏感部位或不可預見的地質缺陷部位必要的安全監測等。橋梁首級施工控制網的精度等級一般根據建設橋梁的長度確定，對于大型橋梁以二等精度設計、實施。施工測量包括橋墩、橋臺施工放樣測量、構件安裝的精密放樣測量、其他防護和排水構造物的放樣等。(4)運營管理期的安全監測，包括建成通車動、靜載試驗時間段的高密度、高頻率監測，運營期高水位、高水流、強氣流(強臺風)等惡劣自然條件下橋梁安全的實時監測及一般條件下一定頻度的動態安全監測等。根據我國國民經濟和橋梁建設的實際情況，橋梁工程測量一般按階段進行，也有將部分階段合并交叉進行的，如初設階段和施工設計階段的橋梁中心線、接線線路的初測、定測工作，也有將初、定測一次完成的 。

三、隧道測量

定義

隧道工程測量（tunnel engineering survey）是在隧道工程的規劃、勘測設計、施工建造和運營管理的各個階段進行的測量。為保證隧道能按規定的精度正確貫通及相關的建筑物與構筑物的位置正確，從而要求：規劃階段，提供隧道選線用的地形圖和地質填圖所需的測繪資料；勘測設計階段，在隧道沿線布測測圖控制網，測繪帶狀地形圖，實地進行隧道的洞口點、中線控制樁和中線轉折點的測設，繪制隧道線路平面圖、縱斷面圖、洞身工程地質橫斷面圖、正洞口和輔助洞口的縱斷面圖等工程設計圖；施工建造階段，根據隧道施工要求的精度和施工順序進行相應的測量，首先根據隧道線路的形狀和主洞口、輔助洞口、轉折點的位置進行洞外施工控制網和洞口控制網的布沒及施測，再進行中線進洞關系的計算及測量，隨隧道向前延伸而階段性地將洞內基本控制網向前延伸，并不斷進行施工控制導線的布測和中線的施工放樣，指導并保證不同工作面之間以預定的精度貫通，貫通后進行實際貫通誤差的測定和線路中線的調整，施工過程中進行隧道縱橫斷面測量和相關建筑物的放樣，以及進行竣工測量；在施工建造和運營管理階段，定期進行地表、隧道洞身各部位及其相關建筑物的沉降觀測和位移觀測。

實施階段

地面控制測量
(1)平面控制測量
隧道工程平面控制測量的主要任務是測定各洞口控制點的平面位置，以便根據洞口控制點將設計方向導向地下，指引隧道開挖，并能按規定的精度進行貫通。因此，平面控制網中應包括隧道的洞口控制點。通常，平面控制測量有以下幾種方法。
① 直接定線法
對于長度較短的直線隧道，可以采用直接定線法。如圖12-31所示，A、0兩點是設計的直線隧道洞口點，直接定線法就是把直線隧道的中線方向在地面標定出來，即在地面測設出位于AD直線方向上的月、C兩點，作為洞口點火、0向洞內弓1測中線方向時的定向點。
在4點安置經緯儀，根據概略方位角。定出月’點。搬經緯儀到B’點，用正倒鏡分中法延長直線到C’點。搬經緯儀至Cf點，同法再延長直線到0點的近旁0’點。在延長直線的同時，用經緯儀視距法或用測距儀測定義月”、月”C’和C”D”的長度，量出D’0的長度。計算C點的位移量。在CJ點垂直于CfD’方向量取C”C，定出C點。安置經緯儀于C點，用正倒鏡分中法延長DC至月點，再從屬點延長至A點。如果不與A點重合，則進行第二次趨近，直至月、C兩點正確位于AD方向上。月、C兩點即可作為在人、0點指明掘進方向的定向點，4、月、C、0的分段距離用測距儀測定，測距的相對誤差不應大于1：5000。

②導線測量法
連接兩隧道口布設一條導線或大致平行的兩條導線，導線的轉折角用U2級經緯儀觀測，距離用光電測距儀測定，相對誤差不大于1：10000。經洞口兩點坐標的反算，可求得兩點連線方向的距離和方位角，據此可以計算掘進方向。
③ 三角網法
對于隧道較長、地形復雜的山嶺地區，地面平面控制網一般布置成三角網形式，如圖12-32所示。測定三角網的全部角度和若干條邊長，或全部邊長，使之成為邊角網。三角網的點位精度比導線高，有利于控制隧道貫通的橫向誤差。

④GPS法
用全球定位系統GPS技術作地面平面控制時，只需要布設洞口控制點和定向點且相互通視，以便施工定向之用。不同洞口之間的點不需要通視，與國家控制點或城市控制點之間的聯測也不需要通視。因此，地面控制點的布設靈活方便，且定位精度已優于常規控制方法。
(2)高程控制測量
高程控制測量的任務是按規定的精度施測隧道洞口(包括隧道的進出口、豎井口、斜井口和平響口)附近水準點的高程，作為高程引測進洞的依據。高程控制通常采用三、四等水準測量的方法施測。
水準測量應選擇連接洞口最平坦和最短的線路，以期達到設站少、觀測快、精度高的要求。每一洞口埋設的水準點應不少于兩個，且以安置一次水準儀即可聯測為宜。兩端洞口之間的距離大于1km時，應在中間增設臨時水準點。
隧道施工測量
(1)隧道掘進的方向、里程和高程測設
洞外平面和高程控制測量完成后，即可求得洞口點(各洞口至少有兩個)的坐標和高程，根據設計參數計算洞內中線點的設計坐標和高程。坐標反算得到測設數據，即洞內中線點與洞口控制點之間的距離、角度和高差關系。測設洞內中線點位。
① 掘進方向測設數據計算
如圖12-33所示一直線隧道的平面控制網，A、B、C、…、G為地面平面控制點。其中A、G為洞口點，多l、5z為設計進洞的第1、第2個中線里程樁。為了求得A點洞口中線掘進方向及掘進后測設中線里程樁31，用坐標反算公式求測設數據：
對于G點洞口的掘進測設數據，可以作類似的計算。
對于中間具有 曲線的隧道，如圖12-34所示，隧道中線轉折點C的坐標和曲線半徑只已由設計文件給定。因此，可以計算兩端進洞中線的方向和里程并測設。當掘進達到曲線段的里程以后，按照測設線路工程平面圓曲線的方法測設曲線上的里程樁。

② 洞口掘進方向標定
隧道貫通的橫向誤差主要由隧道中線方向的測設精度所決定，而進洞時的初始方向尤為重要。因此，在隧道洞口，要埋設若干個固定點，將中線方向標定于地面，作為開始掘進及以后與洞內控制點聯測的依據。如圖12-35所示，用1、2、3、4標定掘進方向，再在洞口點火與中線垂直方向上埋設5、6、7、8樁。所有固定點應埋設在不易受施工影響的地方，并測定入點至2、3、6\7點的平距。這樣，在施工過程中可以隨時檢查或恢復洞口控制點的位置和進洞中線的方向及里程。

③洞內中線和腰線的測設
中線測設：根據隧道洞口中線控制樁和中線方向樁，在洞口開挖面上測設開挖中線，并逐步往洞內引測中線上的里程樁。一般，當隧道每掘進20m要埋沒一個中線里程樁。 中線樁可以埋設在隧道的底部或頂部，如圖12-36所示。
腰線測設：在隧道施工中，為了控制施工的標高和隧道橫斷面的放樣，在隧道巖壁上，每隔一定距離(5-10m)測設出比洞底設計地坪高出1m的標高線，稱為腰線。腰線的高程由引入洞內的施工水準點進行測設。由于隧道的縱斷面有一定的設計坡度，因此，腰線的高程按設計坡度隨中線的里程而變化，它與隧道的設計地坪高程線是平行的。
④掘進方向指示
隧道的開挖掘進過程中，洞內工作面狹小，光線暗淡。因此，在隧道掘進的定向工作中，經常使用激光準直經緯儀或激光指向儀，以指示中線和腰線方向。它具有直觀、對其他工序影響小、便于實現自動控制等優點。例如，采用機械化掘進設備，用固定在一定位置上的激光指向儀，配以裝在掘進機上的光電接收靶，當掘進機向前推進中，方向如果偏離了指向儀發出的激光束，則光電接收靶會自動指出偏移方向及偏移值，為掘進機提供自動控制的信息。
(2)洞內施工導線和水準測量
①洞內導線測量
測設隧道中線時，通常每掘進20m埋設一個中線樁。由于定線誤差，所有中線樁不可能嚴格位于設計位置上。所以，隧道每掘進至一定長度(直線隧道約每隔100m左右，曲線隧道按通視條件盡可能放長)布設一個導線點，也可以利用埋設的中線樁作為導線點，組成洞內施工導線。導線的轉折角采用DJ2級經緯儀至少觀測兩個測回。距離用經過檢定的鋼尺或光電測距儀測定。洞內施工導線只能布置成支導線的形式，并隨著隧道的掘進逐漸延伸。支導線缺少檢核條件，觀測應特別注意，轉折角應觀測左角和右角，邊長應往返測量。根據導線點的坐標來檢查和調整中線校位置。隨著隧道的掘進，導線測量必須及時跟上，以確保貫通精度。
②洞內水準測量
用洞內水準測量控制隧道施工的高程。隧道向前掘進，每隔；200-500M應設置一個洞內水準點，并據此測設腰線。通常情況下、可利用導線點作為水準點，也可將水準點埋設在洞頂或洞壁上，但都應力求穩固和便于觀測。洞內水準線路也是支水準線路，除應往返觀測外，還須經常進行復測。
(3)盾構施工測量
盾構法是隧道施工采用的一項綜合性施工技術，它是將隧道的定向掘進、運輸、襯砌、安裝等各工種組合成一體的施工方法。其工作深度可以很深，不受地面建筑和交通的影響，機械化和自動化程度很高，是一種先進的土層隧道施工方法，廣泛用于城市地下鐵道、越江隧道等工程的施工中。
盾構的標準外形是圓筒形，也有矩形、半圓形等與隧道斷面相近的特殊形狀。圖12-37所示為圓筒形盾構及隧道襯砌管片的縱剖面示意圖。切口環是盾構掘進的前沿部分，利用沿盾構圓環四周均勻布置的推進千斤頂，頂住己拼裝完成的襯砌管片(鋼筋混凝土預制)，使盾構向前推進。

盾構施工測量主要是控制盾構的位置和推進方向。利用洞內導線點測定盾構的位置（當前空間位置和軸線方向）。用激光經緯儀或激光定向儀指示推進方向，用千斤頂編組施以不同的推力，進行糾偏，即調整盾構的位置和推進方向。
豎井聯系測量
在隧道施工中，除了通過開挖平峒、斜井以增加工作面外，還可以采用開挖豎井的方法來增加工作面，將整個隧道分成若干段，實行分段開挖。例如，城市地下鐵道的建造，每個地下站是一個大型豎井，在站與站之間用盾構進行開挖，并不受城市地面密集的建筑物和繁忙交通的影響。
為了保證地下各方向的開挖面能準確貫通，必須將地面控制網中的點位坐標、方位和高程，通過豎井傳遞到地下，這項工作稱為豎井聯系測量。豎井施工前，根據地面控制點把豎井的設計位置測設于地面。豎井向地下開挖，其平面位置用懸掛大錘球或用垂準儀測設鉛垂線，可以將地面的控制點垂直投影至地下施工面。工作原理和方法與高層建筑的平面控制點垂直投影完全相同。高程控制點的高程傳遞可以用鋼卷尺垂直丈量法或全站儀天頂測距法。參見第ll章的有關內容。

豎井施工到達設計底面以后，應將地面控制點的坐標、高程和方位作最后的精確傳遞，以便能在豎井的底層確定隧道的開挖方向和里程。由于豎井的井口直徑（圓形豎井）或寬度（矩形豎井）有限，用于傳遞方位的兩根鉛垂線的距離相對較短(一般僅為3-5m)，垂直投影的點位誤差會嚴重影響井下方位定向的精度。如圖12-38所示，Vl、V2是 圓形豎井井口的兩個投影點，垂直投影至井下。由于投點誤差，至井底偏移到V1、認。設VlV=Vz八，則產生的方位角誤差為：
凸”=2嚴I/11/；/I/lI/z (12-13)
式中ρ為206265″。
設V11/z=5m，VlVL=1mm，則產生的方位角誤差么。=l’23″。一般要求投點誤差應小于0．5mm。兩垂直投影點的距離越大，則投影邊的方位角誤差越小。該邊的方位角要作為地下洞內導線的起始方位角。因此，在豎并聯系測量工作中，方位角傳遞是一項關鍵性工作，主要有一井定向、兩井定向、陀螺經緯儀定向等方法。
隧道竣工測量
隧道工程竣工后，為了檢查工程是否符合設計要求，并為設備安裝和運營管理提供基礎信息，需要進行竣工測量，繪制竣工圖。由于隧道工程是在地下，因此隧道竣工測量具有獨特之處。
驗收時檢測隧道中心線。在隧道直線段每隔50m、曲線段每隔20m檢測一點。地下永久性水準點至少設置兩個，長隧道中每公里設置一個。

隧道竣工時，還要進行縱斷面測量和 橫斷面測量?？v斷面應沿中線方向測定底板和拱頂高程，每隔10-20m測一點，繪出竣工縱斷面圖，在圖上套繪設計坡度線進行比較。直線隧道每隔10m、曲線隧道每隔5m測一個橫斷面。橫斷面測量可以用直角坐標法或極坐標法。如圖12-39a所示，用直角坐標法測量隧道竣工橫斷面。測量時，是以橫斷面的中垂線為縱軸，以起拱線為橫軸，量出起拱線至拱頂的縱距ti和中垂線至各點的橫距)”，還要量出起拱線至底板中心的高度z’等，依此繪制竣工橫斷面圖。如圖12-39b所示，用極坐標法測量竣工橫斷面。用一個有0。一360’刻度的圓盤，將圓盤上0。一180’刻度線的連線方向放在橫斷面中垂線位置上，圓盤中心的高程從底板中心高程量出。用長桿挑一皮尺零端指著斷面上某一點，量取至圓盤中心的長度，并在圓盤上讀出角度，即可確定點位。在一個橫斷面上測定若干特征點，就能據此繪出竣工橫斷面圖 。