全站仪在道路桥梁施工中的应用.docx

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全站仪在道路桥梁施工中的应用

全站仪在道路桥梁施工中的应用

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全站仪在道路桥梁施工中的应用

魏元元

中交一公局第五工程有限公司京包项目

中文摘要：

工程建设中通过现场的测量放样来将设计中的理想线位进行准确定位，无疑是一项最为至关重要的工作。

路线测量贯穿于路线工程从规划、勘测设计、施工到营运管理的各阶段，是与工程建设紧密结合的专业测量技术。

根据设计的图纸及有关数据放样公路的边桩、边路面及其他的有关点位，保证交通路线工程建设的顺利进行。

放样的基本工作主要是地面点的直接定位元素角度、距离、高差的放样。

关键词：

全站仪施工放样曲线原理桥台

近年来随着全站仪技术的进步与价格不断的下调，它在工程施工建设方面得到了广泛的应用，在各类建设中，发挥了重要的作用。

全站仪是一种能在一个测站上完成所有测量工作的高精度测量的仪器，除了能自动测距、测角外，还能进行平距、高程、坐标的计算，进行放样。

传统的施工方法，往往采用常规经纬仪测设的方法，不仅效率低下，而且产生的误差较大。

全站仪的应用已是相当普遍,无论是数字化测图,还是施工放样,全站仪都是非常简捷、高效的应用工具。

但是,由于受到经纬仪时代传统测量的影响,加之对全站仪的功能不甚了解,因而在很多情况下,全站仪只是当作高价的经纬仪而使用,并不能对其灵活运用。

采用全站仪施工放样，如果采用正确的方法会起到事半功倍的效果。

综上说述，对全站仪特点、功能及一些简便放样的方法的了解掌握是非常必要的。

1.全站仪放样的特点及主要放样功能

1.1全站仪的主要特点

全站仪可与电子计算机配合使用，以实现工作的高效性。

其优越性主要表现在:

作业面相对高差限制大大缩小，一般高差在150m以内（要正确设置大气常数），其水准测量能满足四等水准精度，这一高差基能满足各种大中型工程的要求；其粗略放样半径可达2000m以上（根据仪器的不同，其视距将有所不同）；无需钢尺量距；测距速度快（测距2000m只需2s，在其测距范围内也只需2s）；设内业计算简单；尤其在采用坐标放样时，更显其优越性，其角差和放样边长都会显示在仪器屏幕上，操作尤为方便。

传统的测量工作一般需要几种测量仪器配合来承担，至少需要两种测量仪器才能完成一点的测量工作，而且需要移动站点（转点），费时费力；而全站仪在一个站点就可以完成控点范围内的所有测量工作。

1.2全站仪的主要放样功能

1.2.1全站仪放样已知方向的长度

由于全站仪一般都具有斜距换算平距功能。

因此,使用全站仪放样长度的方法很简单。

具体步骤可如下:

1.2.1.1首先安置全站仪于A点,照准放样方向B,将温度、湿度、气压及各种参数输入全站仪中。

1.2.1.2在目标方向线AB上（全站仪用跟踪测量方式）移动反光镜,当全站仪平距显示为待放样距离S时,固定反光镜,整平后,松开制动螺旋,在三角架上平移反光镜到目标方向、并使显示器为待放样值S为止,固定反光镜。

1.2.1.3将反光镜中心投影到地面上定一点

此点即为持定点。

其

距离为近似的放样值S。

1.2.1.4若要求放样长度精度较高时,在上述放样后,用归化法进行改正。

在

点精确安置反光镜,用全站仪测量该距离,其值为

差值为

（

）。

1.2.1.5在AB方向线上,按ΔS的符号,向前（后）量取ΔS,定点P,则P点为最终点位,AP=S。

1.2.2全站仪放样已知角度

在一些建筑工程建设过程中,经常需根据已知方向放样出一直角或任意角度,其具体步骤可如下:

1.2.2.1如图2-1所示安置全站仪于A点,将温度、湿度、气压及各种参数输入全站仪中。

在B点（已知方向点）安置反光镜。

1.2.2.2照准反光镜B,并使仪器显示角值为0°00′00″。

1.2.2.3顺时针转动照准部（也使全站仪用跟踪测量方式）瞄准另一反光镜（可用单杆棱镜）,移动这面反光镜,直到全站仪显示器显示角值为放样的角值（β）,固定反光镜,将反光镜中心投影到地面上定一点P,则AP方向即为要放样的方向

1.2.2.4若要求放样的角值精度较高时,在上述放样后,可认为第次放样的位置为P′（如图2-1所示）。

1.2.2.5用全站仪精确测量∠BAP′=β′,并测量距离SAP′=S,若放样的角值为β,则计算Δβ=β-β′,q=Δβ/ρ″×S（ρ″=206265″）

图2-1角度放样原理

Fig.2-1anglesetting-outprinciple

1.2.2.6经过计算求出q值,则在P′点上作AP′垂线,在垂线上量q值,则∠BAP即为要放样的角值。

1.2.3全站仪放样高程点

全站仪放样高程点一般较复杂一点,如放样建筑工程场地的±0水准点。

假设建筑工程场地附近有一已知高程点A,其高程为HA,放样的高程点高程为HP,则放样步骤如下:

1.2.3.1如图2-2所示安置全站仪于A点,量仪器高,将温度、湿度、气压及各种参数输入全站仪中。

1.2.3.2在放样的地方安置反光镜,测出反光镜的镜上中心高程

并计算Δh=

-

。

1.2.3.3从反光镜的镜上中心向上（下）量取Δh定出一点P′,则此点即为要放样的高程点。

1.2.3.4若要求放样的高程精度较高时,在上述放样后,可对P′点进行改正,如图4所示用全站仪精确测P′点的高程为HP′,计算:

-

=

。

1.2.3.5从P′向上（下）量取ΔH,定出的点P,即为要精确放样的高程点P。

1.2.4全站仪坐标放样

在已知坐标点上，架仪器，整平对中。

开机初始设定，选择坐标放样程序，输入测站点坐标（架仪器点坐标），输入另一已知坐标点（后视点）的坐标或角度。

对准（后视点）确认，可以放样了，输入要放样点的坐标，转仪器角度归零，在视线上架棱镜，测量，调整棱镜在视线上的距离。

距离差为零就搞定这个点，然后放样下个点。

.

2全站仪在施工放样中的应用

2.1全站仪在道路工程的施工放样

公路、铁路工程放样工作主要包括：

线路中线放样、路基施工放样、路面施工测量等内容。

全站仪在线路工程中起到越重要的作用。

线路中线放样中运用全站仪放样的主要是平面曲线。

一般的平面曲线是按“直线+缓和曲线+圆曲线+缓和曲线+直线”的顺序连接组成完整的线形。

平面曲线最基本的线形元素是圆曲线和缓和曲线，其它曲线都是由它们两个派生出来的。

2.1.1利用全站仪任意设站放样道路曲线原理

全站仪任意设站测设曲线主要是曲线测设资料的计算问题。

该方法的计算原理及思路为:

把由直线段、圆曲线段、缓和曲线段组合而成的曲线归算到统一的导线测量坐标系统中，便于计算放样元素。

为线路的转向角，d为线路中心线至边线的距离。

以ZH为坐标原点建立切线支距坐标系。

在导线测量坐标系中，ZH到JD的方位角

，可由该两点的导线测量坐标反算得到。

当设计给定曲线交点JD的坐标（X,Y），ZH与交点JD连线的方位角

及ZH点的里程

和曲线单元的左右偏情况（用cc表示，cc=－1表示左偏，cc=+1表示右偏），那么只要输入曲线上任意一点的里程

，就可以求出曲线单元任意一点的设计坐标。

有了统一的坐标，即可求出仪器架设在导线点或其他任意支点上测设曲线的放样元素。

2.1.2全站仪坐标法放样在道路曲线放样测量中的应用

2.1.2.1根据所放样点的里程，计算出各放样点的坐标。

2.1.2.2在已知控制点上架设全站仪，后视一控制点，检核另一控制点，待检核无误后方可开始放样。

具体放样方法：

使仪器站与后视控制点的坐标方位角为全站仪水平角起算值，将全站仪拔到仪器站与待放点的坐标方位角值，根据待放点与仪器站的距离指挥棱镜在此方向最终达到待放点的位置。

2.1.3全站仪在路基施工中放样

路基边桩放样在路基施工中是一项繁琐而重要的工作。

放样效率及放样精度的高低直接影响到路基施工进度的快慢、费用的多少和质量的好坏。

对于深挖路堑、高填路堤的边桩放样,传统的边桩放样方法,一般均以中桩为基准向两侧丈量,经过反复测量逐渐逼近而完成。

放样进度慢、精度低。

运用全站仪具有的坐标测量功能进行路基边桩放样,在现场先初步估计边桩的位置,并实测估计点的三维坐标。

根据实测点的三维坐标反推出测点所在的横断面的桩号,并计算出其到路线中线的距离。

然后,根据设计资料计算出边桩到路线中线的实际距离,通过比较确定边桩的准确位置。

此方法放样快、精度高,实用性强。

2.1.3.1初定边桩位置,并确定其所在横断面的桩号

在现场根据实地情况和设计资料,初步拟定放边桩的位置,并利用全站仪实测该估计点G的三维坐标（

）,由此确定该实测点G所对应路线中桩点P点的桩号

。

2.1.3.2路基边桩位置的确定

路基边桩的位置除了与路基宽度、边坡率以及碎落台宽度等有关外,还与边桩所处地面高程直接有关。

图3-3路基示意图

如图3-3中，ABCDEFGH的坡度分别为1：

，

、

、

、

、

、

、

、

。

2.1.3.3路基边桩与中桩的实际距离的计算

在实测出拟放边桩的估计位置G的三维坐标（

）后,可计算出边桩的估计位置G与对应中桩P处的高差

。

=

，

边桩的估计位置G点对应断面路基边缘的设计标高,可根据G点所对应的路线中桩P点的桩号,由设计资料查得。

路基边桩与中桩的实际距离按相应的公式求出。

2.1.3.4边桩位置的最终确定

路基边桩与中桩的距离计算,计算出的

若

与

之差能满足工程精度的要求,则不需做任何调整,即边桩的估计位置G点就是待放边桩的准确位置。

反之,应对边桩的估计位置G点进行适当调整,重新按前述方法进行计算比较,直至满足工程精度要求。

2.2全站仪在桥梁工程施工的应用

随着国家建设投资的发展，建筑工程的投入进一步加大，各类桥梁在建筑工程的应用日益广泛，但是，相应暴露出来的问题也越来越多，桥梁工程施工要按照规划和设计所列出的工程结构、数量、质量等要求进行，其中，施工放线是确保建筑工程顺利进行的基础，在桥梁测量工程中是必不可少的一个环节。

目前桥梁承建地点的地质条件、地域差别、地段特征均呈现出多样化复杂化的趋势，这就给前期的测量工作带来很多意想不到的困难，而要解决这些难题，除了测量人员过硬的专业素质外，还需要使用高精度的仪器，只有保证了设备的精度，才可以保证测量结果的准确，为放样工作以及后期的施工创造最为有利的条件。

桥梁工程中的施工放线（也称施工放样）是指，根据桥梁设计图纸上标明的尺寸，用一定的测量仪器和方法找出桥梁各部分特征点与控制点位置之间的几何关系，算出距离、角度、高程等数据，然后利用控制点在实际施工地点确定所建桥梁的特征点，从而作为施工依据的测量工作过程。

所有的建筑工程都离不开施工放线工作，路桥工程也不例外。

无论是在桥梁工程的勘测设计阶段，还是在施工建造阶段或运营管理阶段，相应的测量工作都必不可少。

因在桥梁测量工程中，由施工放线工作疏忽引发的某一细微差错，都有可能埋下极其严重的安全隐患，甚至导致坍塌事故的发生。

任何的测量错误如果不能及时发现并纠正，将会延续至其后的开挖、打桩、立模、钢筋捆扎、混凝土浇筑等一系列施工作业过程中，不但会对施工进度和施工质量造成不利的影响，而且直接影响桥梁交付使用后的运行安全及使用寿命。

因此，在桥梁测量工程中从事施工放线工作的测量人员，不但要具有高度的责任心，还要配备精确、便携、易于操作的测量仪器。

2.2.1全站仪在桥梁工程施工放线的应用

棱镜标尺2人，设备配置为全站仪一台，棱镜标尺2套。

2.2.2原点坐标的确定。

全站仪测量平面图时优点就是可以读取相对坐标，这样在确定某一条线时，就可以连接相关坐标点。

一般情况堤防、河道测量的原点选择在上游，原点选择后，楔入2cm×2cm中间有铁钉的木桩，原点选择完毕。

2.2.3设立平面坐标系。

在埋设好的木桩上方架设全站仪，用罗盘确定方向，使全站仪的视角方向与罗盘指定的方向一致，启动全站仪的定向功能，输入水平方位角0°0′0″，测存，记录定向值，平面坐标系设立完成，可以测量了。

2.2.4测量与记录。

我们由这个控制点进行碎部测量，可以先由外向内测量，顺序是从背河堤脚、背河堤肩、临河堤肩、临河戗台临河堤脚、河口，然后再由内向外进行。

记录采取仪器和人工同时记录，以免发生漏记，人工记录可采取表格形式，需要连线的同类坐标记录在同一列或同一行中，为内业绘图提供方便。

2.2.5测站搬移。

一个控制点的碎部测量完成后需要搬站，这时就需要在上一个控制点能通视的情况下，又能便于这个控制点进行碎部测量的堤防位置设立控制点，并测量出坐标，然后进行搬站，全站仪设立后，定向要采取坐标定向的方式，用上一个控制点作为后视进行定向，定向完成后可以用已知控制点进行校核，如果坐标吻合，说明定向正确，然后开始碎部测量。

3全站仪在道路中应用实例分析

3.1道路工程中曲线放样

以下分别是某条专用线中一条曲线的放样实例，在放样中使用的全站

仪是徕卡TCR802全站仪。

已知曲线转角

=34°30'00″，半径R=150m，缓和曲线长l0=50m，线路前进偏向为右偏，交点JD的里程桩号为K0+100，

的坐标（3868757.654,503250.052），JD到ZH点方位角

=258°30'31″。

根据以上已知信息计算得到曲线综合要素为:

切线长T=71.768m，曲线长L=140.321m，外矢距E=7.791m，切曲差q=3.216m。

在此次放样中，以10m为桩距，计算所得的各放样点中桩的里程、横坐标以及纵坐标如表所示

表4-1综合曲线放样计算成果表

点号及桩位桩号坐标X坐标Y

ZH中桩K0+28.2335743.35630179.722

01中桩K0+30.0035743.70830181.455

02中桩K0+40.0035745.66530191.262

03中桩K0+50.005747.46830201.098

04中桩K0+60.0035748.98430210.982

05中桩K0+70.0035750.08130220.92

HY中桩K0+78.235750.57330229.136

07中桩K0+80.0035750.62230230.904

08中桩K0+90.0035750.5130240.901

QZ中桩K0+98.3935749.90230249.27

10中桩K0+100.0035749.73230250.869

11中桩K0+110.0035748.29230260.763

YH中桩K0+118.5535746.53930269.133

13中桩K0+120.0035746.19630270.539

14中桩K0+130.005743.48530280.163

15中桩K0+140.0035740.28330289.636

16中桩K0+150.0035736.72330298.98

17中桩K0+160.0035732.93230308.233

HZ中桩K0+168.555729.60230316.111

经过计算得到上述放样数据后，即可到实地进行放样工作。

具体操作步骤如下:

3.1.1在JD上架设全站仪，开机（此仪器的对中装置为激光对点器），反复对中、整平后，按菜单键，选取“常用程序”，再选取“放样”。

3.1.2继续在操作界面上选取“设置作业”，则按照提输入，新建一个作业。

3.1.3选取“设置测站”，输入测站点（JD）的点号名、坐标（3868757.654，503250.052），点击“确定”保存。

3.1.4选取“定向”，会出现“人工定向”和“坐标定向”两个选项，这里选择“坐标定向”，输入后视定向点坐标（3868731.464,503212.226），然后在后视点立镜，进行检核。

3.1.5选取“开始放样”，键入ZH点的点号及坐标（3868743.356，503179.722）后，照准棱镜测距，此时全站仪的显示器上会显示当前位置与放样点的距离和角度偏差，并提示立镜者应该前进或后退多少距离，向左或向右偏移多大角度。

3.1.6通过对讲机向立镜者传达全站仪提示的信息，指导其调整镜位，从而放样出符合精度要求的点位，然后在放样出的点上做上标记。

至此，已成功放样出第一个点ZH点，重复操作步骤（5）和（6），进行其他点的放样，直到放样出所有的点为止。

3.2用全站仪测量放样桥梁墩、台的方法

3.2.1桥梁墩、台中心点位置的放样与校核

图4-5桥墩、台示意图

以往桥梁墩、台的放样是在岸上设置基线做三角网，并利用这三角网用三台经纬仪进行交会测量放样出桥梁墩、台，其计算和放样相当繁杂，而且误差较大。

本例用全站仪用简单的快速准确敢样出桥梁墩、台。

放样桥梁墩、台中心线的计算式：

如图4-5所示，设A、B为桥梁轴线上的两个控制桩，AB的长度用全站仪测得为66.98m。

AC=7.52m、CE=15.00m、EF=20.00m、FD=15.00m、DB=9.46m，∠GAE=

、∠GBE=

、∠HAE=

、∠HBE=

C、D为桥台中心位置，E、F为桥墩中心位置。

先根据控制桩里程和设计墩、台的中心里程计算出AC、AE、AF、AD的距离，将全站仪安置在A点经对中、整平后照准B点然后用棱镜沿AB视线测出AC、AE、AF、AD各段距离，并钉下木桩作为桥梁墩、台的中心标志，即C、E、F、D点。

为保证测量精度，再将全站仪安置在B点经对中、整平后瞄准A点然后用棱镜沿BA视线测出BC、BE、BF、BD各段距离，则每点分别在A、B两站所测的距离和应等于AB的距离，即AC+BC=AB、AE+BE=AB、AF+BF=AB、AD+BD=AB。

否则应重新测。

3.2.2桥梁墩、台中心线的放样与校核

桥梁墩、台的中心位置确定后，墩、台的中心线一般与桥粱轴线是垂直相交的，如图所示，倒如测定E墩的中心线GH时．可将全站仪安置在A点，然后在上、下游各设定一大干基坑开挖不到的长度GE和HE，这时形成两个三角形△AEG和△AEH。

然后用计算式计算出两直角三角形中斜边长AG和AH，偏角

和

，并将A点的全站仪对中、整平后照准B点，然后拨

角，并用棱镜沿视线测出AG距离定出G点，G点定出后，再将全站仪照准B点然后拨角

，并用棱镜器视线测出AH距离定出H点，故GH即为桥墩E的中心线，依次类推C、F、D墩、台中心线可用全站仪在A点一次放样成功。

为保放样精度，再将全站仪安置在B点对中，整平后，并用计算式算出

、

角后，将全站仪按角

。

此时全站仪应照准G点，拨

角后应照准H点，否则应重新测量。

主要参考文献：

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[2]秦岩宾。

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测绘出版社,2000

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桥涵[M]．北京：

人民交通出版社，2000：

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[7]田�瑛.谈施工中的科学测量[J].山西建筑,2004,30

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134-135.