測量技能培訓(xùn)之水準(zhǔn)測量

第一部分測量工作在施工生產(chǎn)中作用由于社會的發(fā)展，工程項目的增多，測量技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工程建設(shè)的各個階段。應(yīng)用于工程建設(shè)上，其任務(wù)共分三項：測圖；放樣；監(jiān)測。測圖工作是設(shè)計和測繪部門的主要任務(wù)，我們只需了解一些概念即可。監(jiān)測可理解為監(jiān)控測量，監(jiān)測的主要內(nèi)容為：在施工過程中對地質(zhì)和地形變化情況進(jìn)行監(jiān)視。例如：在隧道施工過程中，對圍巖受斂情況及拱頂下沉情況進(jìn)行觀測，以及其它大型建筑物和高路基或地質(zhì)不良地段需要經(jīng)常地觀測它們的變形情況，以便采取相應(yīng)的措施，確保工程質(zhì)量和人員、行車的安全。對于我們施工單位而言，測量工作的主要任務(wù)就是放樣，因為測量放樣工作貫穿著工程的全過程。放樣亦稱測設(shè)，就是把圖紙上設(shè)計好的各種建筑物按設(shè)計要求測設(shè)到地面上，并用一定的標(biāo)志表示出來，作為施工的依據(jù)。測量技術(shù)是為人類生產(chǎn)服務(wù)的一門技術(shù)，在施工生產(chǎn)中，測量具有十分重要的作用。例如：在鐵路、公路勘測設(shè)計的時候需要測繪較大比例尺的地形圖和斷面圖，以便設(shè)計部門利用該圖選擇和確定線路位置；我們施工單位要將設(shè)計好的線路位置準(zhǔn)確地標(biāo)定在地面上；整個工程完成后還要進(jìn)行竣工測量等……總之，在整個工程建設(shè)過程中，無論是勘測設(shè)計階段，施工階段和運營階段，這些工作都離不開測量。測量工作的質(zhì)量將直接影響工程建設(shè)的設(shè)計方案及施工的進(jìn)度和工程質(zhì)量。因此，作為工程技術(shù)人員，只有熟練掌握和理解各種基本測量操作技術(shù)及必要的計算技巧，才能通過測量對各種建筑物進(jìn)行精確的定位、放樣。測量的實際工作分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩個內(nèi)容，其外業(yè)工作（放樣工作）即為測量地面上各點之間的角度、水平距離和高差，測量成果的好壞亦取決于這三項工作的質(zhì)量；內(nèi)業(yè)工作包括資料計算、現(xiàn)場放樣記錄、成果整理復(fù)核等。第二部分水準(zhǔn)測量一水準(zhǔn)測量的原理水準(zhǔn)測量亦稱高程測量，確定地面上某一點的高程所進(jìn)行的測量稱為高程測量。確定一點的高程通常可采用水準(zhǔn)測量方法和三角高程測量方法，而水準(zhǔn)測量方法是最準(zhǔn)確的也是最普通的使用方法（三角高程測量方法將在全站儀使用部分做介紹）。水準(zhǔn)測量又稱為幾何水準(zhǔn)測量（我們施工單位也稱為抄平），是利用水準(zhǔn)儀配合水準(zhǔn)尺測定地面點高程的常用方法。要確定一個點的高低位置（也就是要知道這個點的高程），首先要確定一個起算面（水準(zhǔn)面）。目前我國采用“1985年國家高程基準(zhǔn)”，它是國家測繪機(jī)構(gòu)在青島驗潮站附近設(shè)立固定標(biāo)石，用精密水準(zhǔn)測量方法成年累月長期觀測記錄而求得的，這個固定標(biāo)石點稱為青島水準(zhǔn)原點，高程為72.260m，是國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)和全國高程測量的起點。其他等級的國家水準(zhǔn)點高程均以此推算。青島水準(zhǔn)原點的高程即黃海平均海水面至該點的高差，我國都把青島水準(zhǔn)原點附近的黃海平均海水面作為大地水準(zhǔn)面，也就是我國計算高程的起算面。地面上某一點沿鉛垂線方向至大地水準(zhǔn)面的距離稱為絕對高程或海拔（簡稱為高程或標(biāo)高），用“H”表示。大地水準(zhǔn)面的絕對高程為零。有時在局部地區(qū)，求某一點的高程有困難時，也可以假定一個水準(zhǔn)面作為高程的起算面。地面上一點A至大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離用HA表示；至假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離用H′A表示，如圖2-1。地面上任意兩點的高程之差稱為高差，利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測量的基本原理如下：地球上各點至大地水準(zhǔn)面的鉛垂線不平行的而匯交于地心的。但在小范圍內(nèi)我們可以把大地水準(zhǔn)面當(dāng)作水平面，所以HA、HB以及hAB可見圖2-1所示。A點對B點的高差為：hAB=HA－HB=HA′－HB′在施工測量時，測定兩點的高差是利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行的，如圖2-2所示：設(shè)已知A點的高程為HA，現(xiàn)需要測定B點的高程，在A、B兩點之間安置水準(zhǔn)儀，在A、B兩點之間豎立水準(zhǔn)尺，利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，從儀器中分別讀取A、B兩點上水準(zhǔn)尺的讀數(shù)為a和b，由圖中幾何關(guān)系可得出B點對A點的高差：hAB=a－b則B點的高程為：HB=（HA+a）－b=HA+（a－b）這里我們把已知點A點稱為后視點，A點上水準(zhǔn)尺的讀數(shù)稱為后視讀數(shù)；B點稱為前視點，B點上水準(zhǔn)尺的讀數(shù)稱為前視讀數(shù)。計算高差時總是用后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。當(dāng)a＞b時，高差為“＋”，說明前視點比后視點高；反之則前視點低于后視點。二儀器和工具水準(zhǔn)儀：由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座三部分組成。1.望遠(yuǎn)鏡——由物鏡、目鏡和十字絲（上、中、下絲）三部分組成。2.水準(zhǔn)器有兩種：圓水準(zhǔn)器——精度低，用于粗略整平。水準(zhǔn)管——精度高，用于精平。目前我們項目部各工點采用的水準(zhǔn)儀均為自動安平水準(zhǔn)儀，它沒有水準(zhǔn)管；原來使用的微傾式水準(zhǔn)儀主要采用水準(zhǔn)管進(jìn)行精平，現(xiàn)在工地上已很少使用。3.基座為了支承并水平轉(zhuǎn)動儀器，需要一個基座；儀器的豎軸與支架連成一個整體插入基座的軸套里，使望遠(yuǎn)鏡能繞豎軸轉(zhuǎn)動。⑵水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺簡稱標(biāo)尺，供儀器讀數(shù)用。主要有單面尺、雙面尺和塔尺幾種，水準(zhǔn)尺要求順直，刻劃準(zhǔn)確、清晰，采用木質(zhì)和鋁合金材料制作。鐵路五等水準(zhǔn)測量常用的為塔尺，尺面分劃為1cm或5mm，每10cm處（E字形刻劃的尖端）注有阿拉伯?dāng)?shù)字。雙面尺又稱黑紅雙面標(biāo)準(zhǔn)尺，由兩把尺組成，雙面標(biāo)準(zhǔn)尺的黑面底部讀數(shù)均由0開始；紅面尺的底部讀數(shù)：一把為4687mm，另一把為4787mm。雙面尺主要用于三、四等水準(zhǔn)測量或者要求較高精度的水準(zhǔn)點引測。⑶尺墊在水準(zhǔn)測量中，為使高程得到可靠的傳遞并使水準(zhǔn)尺不致于下沉，常采用尺墊作轉(zhuǎn)點，以防止觀測過程中水準(zhǔn)尺下沉。三水準(zhǔn)儀的使用操作程序：粗平——瞄準(zhǔn)——精平——讀數(shù)⑴粗平——調(diào)節(jié)腳螺旋，使圓水準(zhǔn)氣泡居中。規(guī)律：氣泡移動方向與左手大拇指運動的方向一致。⑵瞄準(zhǔn)1．方法：先用準(zhǔn)星器粗瞄，再用微動螺旋精瞄。2．視差概念：眼睛在目鏡端上下移動時，十字絲與目標(biāo)像有相對運動。產(chǎn)生原因：目標(biāo)像平面與十字絲平面不重合。消除方法：仔細(xì)反復(fù)交替調(diào)節(jié)目鏡和物鏡對光螺旋。⑶精平若使用自動安平水準(zhǔn)儀，儀器無微傾螺旋，故不需進(jìn)行精平工作。⑷讀數(shù)——精平后，用十字絲的中絲在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。1．方法：米、分米看尺面上的注記，厘米數(shù)尺面上的格數(shù)，毫米估讀。2．規(guī)律：讀數(shù)在尺面上由小到大的方向讀。故對于望遠(yuǎn)鏡成倒像的儀器，即從上往下讀，望遠(yuǎn)鏡成正像的儀器，即從下往上讀。四普通水準(zhǔn)測量的實施及成果整理⑴水準(zhǔn)點通過水準(zhǔn)測量方法獲得其高程的高程控制點，稱為水準(zhǔn)點，一般常用BM表示。有永久性和臨時性兩種。永久性水準(zhǔn)點的高程由設(shè)計部門提供，臨時性水準(zhǔn)點的高程由施工單位自行引測。⑵水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)路線依據(jù)工程的性質(zhì)和測區(qū)情況，可布設(shè)成以下幾種形式（如下圖所示）：1．閉合水準(zhǔn)路線由已知點BM1出發(fā)，經(jīng)過若干待測點，最后回到已知點BM1。2．附合水準(zhǔn)路線由已知點BM1出發(fā)，經(jīng)過若干待測點，附合到已知點BM2。3．支水準(zhǔn)路線由已知點BM1出發(fā)，引測到某一待定水準(zhǔn)點A。⑶外業(yè)觀測觀測要求：1.水準(zhǔn)儀安置在離前、后視距離大致相等之處。2.為及時發(fā)現(xiàn)觀測中的錯誤，通常采用“兩次儀器高法”，即改變儀器高度（0.1～0.2m左右），重新安置儀器，再測一次高差，兩次儀器高法高差之差h-h’5mm時取平均值作為本站高差，否則要重測；或采用“雙面尺法”進(jìn)行高差觀測。雙面尺法要求①紅黑面讀數(shù)差3mm②h黑-h紅5mm。3.水準(zhǔn)測量記錄表注意：（1）起始點只有后視讀數(shù)，結(jié)束點只有前視讀數(shù)，中間點既有后視讀數(shù)又有前視讀數(shù)。（2），只表明計算無誤，不表明觀測和記錄無誤。⑷水準(zhǔn)測量的成果處理（內(nèi)業(yè)）（一）計算閉合差：1．閉合水準(zhǔn)路線：2．附合水準(zhǔn)路線：（二）分配高差閉合差1.高差閉合差限差（容許誤差）對于普通水準(zhǔn)測量，有：fh容=±30√L適用于平原地區(qū)；fh容=±12√n適用于山區(qū)。式中，——高差閉合差限差，單位：mm。L——水準(zhǔn)路線長度，單位：km；n——測站數(shù)。2.分配原則：按與距離L或測站數(shù)n成正比，將高差閉合差反號分配到各段高差上。（三）計算各待定點高程用改正后的高差和已知點的高程，來計算各待定點的高程。五水準(zhǔn)測量的成果實例【例】如圖為按圖根水準(zhǔn)測量要求施測某附合水準(zhǔn)路線觀測成果略圖。BM-A和BM-B為已知高程的水準(zhǔn)點，圖中箭頭表示水準(zhǔn)測量前進(jìn)方向，路線上方的數(shù)字為測得的兩點間的高差(以m為單位)，路線下方數(shù)字為該段路線的長度(以km為單位)，試計算待定點1、2、3點的高程。解算如下：第一步計算高差閉合差：第二步計算限差：fh容=±30√L=±30×√7.4=±81.6(mm)因為，可進(jìn)行閉合差分配。第三步計算每km改正數(shù)：第四步計算各段高差改正數(shù)：。四舍五入后，使。故有：V1=-8mm，V2=-10mm，V3=-9mm，V4=-10mm。第五步計算各段改正后高差后，計算1、2、3各點的高程。改正后高差=改正前高差+改正數(shù)ViH1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)H2=H1+(h2+V2)=47.609+2.803=50.412(m)H3=H2+(h3+V3)=50.412-2.253=48.159(m)BMB=H3+(h4+V4)=48.159+1.420=45.579(m)改正計算如下表:六普通水準(zhǔn)儀的檢驗與校正⑴.水準(zhǔn)儀軸線的幾何關(guān)系水準(zhǔn)儀軸線應(yīng)滿足的幾何條件是：1.水準(zhǔn)管軸LL//視準(zhǔn)軸CC2.圓水準(zhǔn)軸L’L’//豎軸VV3.橫絲要水平（即：⊥豎軸VV）如下圖所示：(2).水準(zhǔn)儀的檢驗與校正（一）圓水準(zhǔn)器的檢驗與校正1.檢驗：氣泡居中后，再將儀器繞豎軸旋轉(zhuǎn)180°，看氣泡是否居中。2.校正：用腳螺旋使氣泡向中央移動一半,再用撥針撥動三個“校正螺旋”，使氣泡居中。（二）十字絲橫絲的檢驗與校正(示意圖略)1.檢驗：整平后，用橫絲的一端對準(zhǔn)一固定點P，轉(zhuǎn)動微動螺旋，看P點是否沿著橫絲移動。如P點偏離橫絲，則需要校正。2．校正：旋下目鏡處的十字絲環(huán)外罩，轉(zhuǎn)動左右2個“校正螺絲”。使橫絲對準(zhǔn)P點，反復(fù)檢查，直到始終符合為準(zhǔn)。（三）水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸（i角）的檢驗與校正1.檢驗：（1）平坦地上選A、B兩點，約80m。（2）在中點C架儀，讀取a1、b1，得h1=a1-b1（3）在距B點約2～3m處安置儀器，讀取a2、b2，得h2=a2-b2（4）若h2≠h1,則水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸，有i角。因為①h1為正確高差②b2的誤差可忽略不計，故有：對于S3水準(zhǔn)儀，若i角大于時，需校正。2.校正方法有二種：a.校正水準(zhǔn)管(主要用于微傾式水準(zhǔn)儀)旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使十字絲橫絲對準(zhǔn)(a2′=h1+b2)，撥動水準(zhǔn)管“校正螺絲”，使水準(zhǔn)管氣泡居中。b.校正十字絲(主要用于自動安平水準(zhǔn)儀)保持水準(zhǔn)管氣泡居中，撥動十字絲上下兩個“校正螺絲”，使橫絲對準(zhǔn)a2′讀數(shù)即可。七自動安平、精密、電子水準(zhǔn)儀簡介自動安平水準(zhǔn)儀1．原理：與普通水準(zhǔn)儀相比，在望遠(yuǎn)鏡的光路上加了一個補(bǔ)償器。2．使用：粗平后，望遠(yuǎn)鏡內(nèi)觀察警告指示窗若全部呈綠色，方可讀數(shù)；最好狀態(tài)是指示窗的三角形尖頂與橫指標(biāo)線平齊。3．檢校：與普通水準(zhǔn)儀相比，要增加一項補(bǔ)償器的檢驗，即：轉(zhuǎn)動腳螺旋，看警告指示窗是否出現(xiàn)紅色；以此來檢查補(bǔ)償器是否失靈。⑵精密水準(zhǔn)儀（每公里往返平均高差中誤差1mm）1、精密水準(zhǔn)儀——提供精確的水平視線和精確讀數(shù)；2、精密水準(zhǔn)尺——刻度精確(銦鋼帶水準(zhǔn)尺)。3、讀數(shù)方法精平后，轉(zhuǎn)動測微螺旋，使十字絲的楔形絲精確夾準(zhǔn)某一整分劃線。讀數(shù)時，將整分劃值和測微器中的讀數(shù)合起來。⑶數(shù)字水準(zhǔn)儀及條紋碼水準(zhǔn)尺1、具有自動安平、顯示讀數(shù)和視距功能。2、能與計算機(jī)數(shù)據(jù)通訊，避免了人為觀測誤差。八水準(zhǔn)測量誤差及注意事項⑴誤差來源有：儀器誤差、操作誤差、外界條件影響。1.儀器誤差主要有：視準(zhǔn)軸不平行于水準(zhǔn)管軸（i角）的誤差、水準(zhǔn)尺誤差。2.操作誤差主要有：水準(zhǔn)氣泡未嚴(yán)格居中、視差、估讀誤差、水準(zhǔn)尺未豎直。3.外界條件影響的誤差主要有：儀器下沉、尺墊下沉、地球曲率、大氣折光、氣溫和風(fēng)力。⑵注意事項水準(zhǔn)測量的誤差對高程的影響很大，了解誤差的性質(zhì)及其對成果的影響是很有必要的；特別是系統(tǒng)性誤差，雖然對單個測站來說微不足道，但累計的結(jié)果卻是不可忽視的。掌握這些規(guī)律，就可很好的指導(dǎo)我們的操作，獲得優(yōu)質(zhì)的成果。在整個測量過程中，只要有一個測站出錯，就會導(dǎo)致整個測段內(nèi)的成果不合格。要做到每個測站都正確無誤，測量人員必須緊密配合，認(rèn)真細(xì)致的做好扶尺、觀測、記錄、計算等每一項工作。現(xiàn)將水準(zhǔn)測量注意事項列下：㈠扶尺“四要”1.尺子要檢查：測量前要檢查標(biāo)尺刻劃是否準(zhǔn)確，塔尺銜接是否嚴(yán)密，測量過程中要隨時檢查尺底或尺墊是否粘有泥土。2.轉(zhuǎn)點要牢靠：轉(zhuǎn)點點最好用尺墊墊，或者選擇擇堅硬穩(wěn)固而而又有凸棱的的石頭上，保保證轉(zhuǎn)點在兩兩個測站的前前后視中不改改變位置。3.扶尺要檢查：塔尺尺如有橫向傾傾斜，觀測者者易于發(fā)現(xiàn)可可指揮立直；；如前后傾斜斜則不易發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，會造成讀讀數(shù)偏大。故故扶尺者身體體要站直，如如尺上有水準(zhǔn)準(zhǔn)器時要檢查查使氣泡居中中。4.要用同一的尺：由由于塔尺底部部的磨損或包包鐵松動，將將會使尺底部部零點位置不不準(zhǔn)，為消除除其影響，在在同一測段要要用同一個尺尺。且測站數(shù)數(shù)為偶數(shù)。㈡觀測“六要”1.儀器要檢校：測量量前要把儀器器校正好，使使各軸線間滿滿足應(yīng)有的幾幾何條件。2.儀器要安穩(wěn)：中心心螺旋連接要要穩(wěn)固可靠，松松緊適當(dāng)，架架腿要踩實，觀觀測者不得扶扶壓或騎跨架架腿，觀測過過程中不得碰碰動儀器。3.前、后視要等長：：前、后視等等長的水準(zhǔn)測測量，可以消消除i角誤差以及及地球曲率的的影響，如果果地面坡度不不大還可消除除大氣折光的的影響。普通通水準(zhǔn)測量最最大視線長度度不得大于1150m，視視線不要靠近近地面，最小小讀數(shù)要大于于0.3m。4.視線要水平：使用用微傾式水準(zhǔn)準(zhǔn)儀度數(shù)前氣氣泡要符合，為為避免匆忙讀讀數(shù)之差錯，讀讀數(shù)前后均應(yīng)應(yīng)檢查氣泡是是否符合。烈烈日下要打傘傘。5.讀數(shù)要準(zhǔn)確：讀數(shù)數(shù)前要消除視視差，要認(rèn)準(zhǔn)準(zhǔn)橫絲，要認(rèn)認(rèn)請標(biāo)尺刻劃劃特點，每次次讀數(shù)最好讀讀兩次。6.遷站要慎重：未讀讀前視讀數(shù)時時不得匆忙搬搬動 儀器，以免免使水準(zhǔn)路線線中間“脫節(jié)”，造成返工工；中途休息息時，應(yīng)將前前視點選擇在在容易尋找的的地方，并作作好標(biāo)志，列列如記錄，以以便下次續(xù)測測。㈢記錄四要1.要復(fù)誦：讀數(shù)列入入記錄時要邊邊記邊復(fù)誦；；避免聽錯記記錯。如觀測測者兼作記錄錄時，記完后后可再看一下下讀數(shù)，以資資復(fù)核。2.記錄要清清楚：按規(guī)定定格式填寫，字字跡要端正，點點號要記請，前前后視讀數(shù)不不得遺漏，不不得顛倒。3.要原始記錄：要在在現(xiàn)場用硬鉛鉛筆（HB）填寫在記記錄簿中，不不得眷抄，以以免轉(zhuǎn)抄錯誤誤。記錄錯誤誤時，不得用用橡皮擦改，要要在錯誤數(shù)字字處畫一橫線線，并將正確確數(shù)字寫在上上方。4.計算要復(fù)核：記錄錄者要及時根根據(jù)讀數(shù)計算算出高差，記記入記錄簿并并作計算的檢檢驗，再由另另一人復(fù)核。記記錄簿要將司司儀、記錄、計計算者簽名齊齊全，以明確確責(zé)任。九三、四等水準(zhǔn)測量量三、四等水準(zhǔn)測量量除用于國家家高程控制網(wǎng)網(wǎng)的加密外，還還常用于小地地區(qū)的首級高高程控制（工工程建設(shè)中高高速公路的高高程一般均采采用四等水準(zhǔn)準(zhǔn)測量進(jìn)行）。三三、四等水準(zhǔn)準(zhǔn)測量比前述述的國家等級級外（鐵路上上常用的五等等）水準(zhǔn)測量量在方法上和和精度上都有有所不同?，F(xiàn)現(xiàn)將三、四、五五等水準(zhǔn)測量量要求列于下下表（表），供供參照使用。⑴三、四等水準(zhǔn)測量量的要求和方方法1.觀測和記錄三、四等水準(zhǔn)測量量每站的觀測測和記錄順序序見表.1。2.測站上的計算與檢檢核①視距計算：后視距距⒂=[⑴－⑵]×1000前視距⒃=[⑸－⑹]×1000前后視距差⒄=⒂－