大型复杂工程空间曲线(面)定位放线的施工测量方法.doc

**大剧院工程
定位放线的施工测量方法

[摘要]　本文介绍解决大型复杂工程的空间曲线（面）的定位放线的施工测量方法。结合工程实际制定了施工测量的精度控制标准，设置二级轴线控制网和内控法对平面轴线实施分区控制。运用数学模型和编程计算辅助放样。应用NTS－302R全站仪、J2光学经纬仪和DZJ2激光垂准仪等仪器，控制弧形轴线和不规则曲线等测量难点。
[关键词]　 空间曲线（面）　精度标准　控制网　坐标放样法　数学模型　误差修正

1　工程特点
**大剧院工程设计先进，造型新颖，平面呈多个圆弧形的组合，主要由1470座的大剧场、400多座的多功能小剧场和6个电影厅构成，建筑面积为4.3万m2。整个工程以曲面为主，上部钢结构呈空间曲线（面）状态，形状十分复杂，平面轴线多为弧形和不规则曲线，且标高变化无规律，结构件形状不规则，斜梁、折梁、弧形梁等异型梁多，且工程质量精度要求高，质量目标是确保“杨子杯’，争创“鲁班奖”。基于以上特点，工程测量工作尤为艰难而重要，保证定位和放线的准确是确保工程质量一次成优的关键。

2　测量精度的标准
本工程土建施工测量放线的质量目标：确保建筑物按设计要求准确就位，各部位的形状和几何尺寸与设计相一致，保证预埋件和预留孔洞的位置准确，将工程施工偏差控制在规定的允许误差范围内，为钢结构、玻璃幕墙和设备安装等后续工序施工提供精准的基点。为此，根据《工程测量规范》和《混凝土结构工程施工质量验收规范》的要求，特制定本工程的施工测量放线精度控制标准，如表1、表2、表3及表4所示。

表1 场区平面控制网的精度要求
等 级
测角中误差( ″)
边长相对中误差
一 级
±5
1/30000

　　表2　施工放样的精度要求
建筑物
结构特征
测距相对
中误差
测角中误差
(²)
测站测定高差中误差(mm)
起始与施工测定高程中误差
竖向传递轴线点中误差(mm)
钢混结构
1/20000
5
1
6mm
4

表3　轴线、标高传递的允许误差
项 目
轴　线
标　高
每 层
允许
误差（mm）
3
±3
总高（H）
H≤30m
5
±5
30m＜H≤60m
10
±10

表4各部位放线的允许误差
项 目
允许误差（mm）
轴线长度（L）
L≤30m
±5
30m＜L≤60m
±10
60m＜L≤90m
±15
细部轴线
±2
梁、柱、板边线
±3
非承重墙边线
±3

3　仪器配置
根据本工程的特点和测量精度控制标准的要求，现场配置的测量仪器见表5所示。所有测量仪器均应按规定的周期在国家授权的计量检测单位进行检定，并有检定合格证。现场测量仪器由专职测量员负责管理，各作业队应将使用仪器清单及有关资料上报项目部技术部测量组，统一管理。
表5　现场配置的测量仪器表
仪器名称
用途
精 确 度
数量
NTS-302R激光全站仪
轴线引测
测角2″测距2mm+2ppm
1台
J2光学经纬仪
轴线引测
水平方向误差±6"
1台
DM-2000红外测距仪
量 距
每公里往返误差±5mm
1台
DS3光学水准仪
高程引测
每公里往返误差±3mm
2台
50米钢卷尺
轴线尺寸测量
全长最大误差±10mm
3把
DZJ2激光垂准仪
轴线传递
1/45000
1台

4　放线的原则
4.1本工程平面测量应遵循先整体后局部、高精度控制低精度的原则，高程控制点布设应遵循方便测量、保证通视的原则，施工放线应遵循先长边后短边的原则。测量工作的重点是建立测量管理体系，测量工作的难点是环向曲线的实体放样、看台梁、钢结构等空间构件定位测量的精度控制。
4.2在业主提供的原始平面控制点、高程控制点的基础上，首先建立平面控制网及高程控制点。平面控制网的测量采用以全站仪为主，极坐标和直角坐标法为辅的测量方法。放线中曲线和弧线较多，且标高多变，测量时优选全站仪坐标放样法。
4.3强化测量复核和验线制度。各分包单位进场后，首先对前道工序进行复测校核，并将复测的成果报送总承包项目部技术负责人和监理工程师，然后按照批示进行下一步的测量放线工作。

5　平面测量的控制

5.1 建筑物平面测量是采用建立主轴线控制网，对分区平面测量轴线进行控制。控制网中包含重要点位置和重要轴线，要保证每施工流水段中至少有四条两两相交的控制轴线，且和主要轴线保持平行关系。本工程按平面布置分成三个控制区域，轴线（A）、(K)交(1)、(13)为一区，(1′)、(8′)交(A′)、(K′)为二区，(1″)、(10″)交(A″)、(G″)为三区，施工测量定位、轴线详见图1所示。三个区域的主轴线控制网和曲线、圆心分别定位，均满足总平面一级定位的精度要求。经复核确认无误后埋设固定桩，并制作引出线。

5.2　建筑物首级平面控制网（图1）布设完成后，其二级平面控制网悬挂于首级平面控制网上，平面主轴线测量控制网以红线坐标桩、导线坐标桩及建筑总平面位置，采用NTS－302R全站仪引测，再用全圆归零测法依次测量相邻两点的距离角度值，根据观测数据对控制网进行严密平差，根据平差结果对坐标桩点进行修正。
5.3 平面主轴线控制网桩点长久稳定是控制网精度的保证，桩点埋设按国家二级变形监测基准点位要求，轴线标高控制点详图如图2所示。控制点位在使用中可能会有位移现象，使用期间每月进行一次校测，平差后解算出每个点位数据修正值作为桩点坐标值。
5.4 为保证测量的精度，每个待测面至少要投测3个控制点。测量时要求在两个控制桩上进行相互复核，并与其他的轴线控制点进
行校核。经校核无误后，方可在该平面上放出其它相应的轴线。
5.5 基础轴线的测量控制。
5.5.1　基坑开挖的定位控制。依据建筑物平面测量主轴线控制网及基础结构施工图计算坐标点，采用全站仪坐标放样法向基坑内投测控制点，设置木桩标记，并在边坡护壁上做出明显标识，对基础轴线实施全轴线控制，边线桩应考虑距上、下口一定距离，施工中要保留边线桩，以此作为开槽挖土的依据。复核原桩基础的控制线，确保无误后才能进行放线和后续施工，对轴线控制桩每半月复测一次，以防桩位位移影响到正常施工及工程施测的精度要求。
5.5.2　基坑开挖的放线控制。根据建筑物平面主轴线测量控制网测放基础位置轮廓线，根据结施、建施图墙体、通道、柱基等宽度、标高及预留施工的工作面，再按土方开挖放坡系数计算出相应各部位的基槽开挖的几何尺寸和线折线点坐标，在计算确定的外廓线上放出基坑上、下口的开槽灰线。
5.5.3垫层平面位置投测。根据基础轴线网，投测垫层边沿线，在每个拐角处增加钉木桩控制，高程变化交接部位也放出边线并钉木桩加以控制。
5.6　平面轴线的测量控制。
5.6.1　投测主体结构层间平面轴线，主要采用全站仪坐标放样法向待测面投测控制点，实施全轴线测量控制。为便于测量，每个施测面的控制点应保持上下一致，以保证层间平面轴线逐层正确向上传递。主体轴线投测采用轴线与偏轴线相结合测量，将全站仪架设在偏轴线向上投测，通视更好。
5.6.2　轴线投测。应将控制轴线引测至建筑物内。根据施工前布设的控制网基准点及施工过程中流水段的划分，在各建筑物内做内控点（每一流水段至少2-3个内控基准点），埋设在首层相应偏离轴线1米的位置。基准点的埋设采用10cm×10cm钢板，钢针刻划十字线，钢板通过锚固筋与首层楼面钢筋焊牢，作为竖向轴线投测的基准点。基准点向上各层在相应位置留出预留洞(15cm×15cm) 。轴线控制点的投测，采用激光垂准仪，先在底层基点处架设激光垂准仪，调校到准直状态后，打开激光电源，然后在楼板开口处用接收靶接收。观测人员逆时针旋转垂准仪，这样在接收靶处就可见到一个同心圆（光环），取其圆心作为向上的投测点，每一施工段至少2-3个点。
5.6.3　圆弧体的曲线和折线的测定。圆弧墙、梁测定以地面控制桩为基准，用全站仪向投测圆心点，底板施工完后，在其上部布设圆心点标记，可作为后续施工的基准点。用计算机将建筑物的圆弧分为若干等分，定出圆弧上的控制主点，然后使用中央纵距法（或传统的套板法）加密至保证圆弧曲线的平滑度为止。
5.6.4　柱、墙、梁等混凝土结构件位置线的投测。投测柱中心线、十字线，墙、梁中心线。然后放出墙、梁边线及300mm控制线，以及通道出入口、电梯井中心线、边线及300mm控制线。悬
空梁点、线的投测，在梁的下一层混凝土楼板上测放并弹出梁位置线，以控制支模位置。在梁的两端交点处模板上测放出梁的位置线，以控制调整梁模及绑筋位置。
5.6.5　钢结构和设备安装的测量控制。钢筋混凝土柱结构施工后，将控制轴线引测到钢筋混凝土的预埋件、预留孔处，校核无误后作为安装施工的定位依据。具体见钢结构和设备安装的施工方案。
5.6.6装修的测量控制。装修工程施工前，对已经完成的结构进行全面测量，将控制轴线引测至结构外立面上，并将数据提交装修放样人员，依据结构现状进行放样工作。施工层抄平之前，应先校测首层传递上来的三个标高点，当相比较之差值小于3mm时，以其平均点引测水平线。抄平时，应尽量将水准仪安置在测点范围的中心位置，并进行一次精密定平，水平线标高的允许误差为±3mm。装修施工的放线，应依据实体控制线，对地面、墙面、吊顶、屋面装饰测量基线按设计图进行必要的分格调整。
5.7　精度要求。采用全站仪坐标放样法投测平面轴线，施测面上控制点的测设精度为测角中误差为±10"，边长相对中误差1/20000，相邻两点的距离误差不大于±3mm。在施测面上局部临时加密的控制点相对精度为测角±12"，量距1/10000。

6　高程测量控制
6.1　高程控制点的设置。本工程从测绘局提供的基准水平点引入施工现场，并在拟建工程的外围四周设置四个固定水准点，水准点的间距应小于1公里，距离建筑物应大于25米，距离回土边线应不小于15米，本工程的水准点在东侧两大门的门墩边各设一个，西面和北面围墙边各设一个。再从本工程的固定水准点引测8个高程控制点到主轴线平面控制网控制桩，构成标准水准点高程控制网。
6.2　层间标高线控制。用全站仪链接到高程控制水准点上，在作业面做临时控制点，每50m 做一点，每施工段不得少于2点。采用水准仪及50m钢尺从底层标准水准点高程控制网，将高程直接引测到各施工平面层，以控制施工标高。
6.3　为减少建筑沉降对建筑物标高的影响，在±0.000处重新确定建筑物的基准标高。±0.000以下的基础标高可用水准仪往坑底引测两个以上施工水准点作为基坑底、垫层、底板等标高控制依据。±0.000以上标高用钢尺沿结构外侧垂直向上，直接从±0.000处向上引测，以减少累计误差，且每个施测面至少要从三处向上传递，并作相互校核，校核后三点之差值不得超过3mm，取平均值作为该平面施工中标高的基准点。
6.4 水准测量应符合下列规定：
6.4.1水准线路应按附合路线和环形闭合差计算，每千米水准测量高差全中误差，
按下式计算： MW =

式中MW----高差全中误差(mm)：
W------闭合差(mm)：
L ------相应线路长度：
N-------附合或闭合路线环的个数。
6.4.2 满足国家二等水准测量要求。
6.5　其他分项工程施工标高的控制。
6.5.1　垫层高程方格网测定方法，根据垫层各部位面积大小，用500×50×50mm木桩或钢筋头打入土内组成10×10m的方格网，在每个木桩或钢筋棍上用水准仪测出垫层控制高程，木桩或钢筋棍上用红油漆标出，形成垫层高程控制方格网，控制垫层混凝土施工。
6.5.2　梁、板标高控制方法。梁、板标高控制线投测两次，一次在其下层墙、柱混凝土上，距控制位置25cm处投测，以控制支模高度；另一次在支模完成后向钢筋上投测控制点，控制混凝土浇注标高。
6.5.3　建筑物的结构成形后，以建筑标高为控制标高，采用1.0m标高控制线，作为控制楼板标高及层高的依据。

7、现场放样
7.1　曲线计算：设计图纸上所反映的曲线，半径宽度较大，且数量多，所以应建立快捷、高效的数学模型，从图上已知曲线起、终点坐标、半径和圆心坐标或可间接求出，用坐标反算可求出起点方位角，终点方位角，圆弧上任意点的坐标的数学模型，由方程：（x-x0）2 + (y-y0)2 = 1 ，按图纸一定区间，确定x或y的取值，求出相应的y或x坐标值。
7.2　编程计算：选取一种计算机语言进行编程计算。输入起始数据，计算机运算，然后输出打印。
用手工进行抽检，用AUTOCAD进行模拟放样校核。
7.3　现场放样。
7.3.1　平行轴线的直线实体放样：先放出主轴线，然后，拉钢尺进行细部线的放样。
7.3.2　曲线实体用全站仪极坐标法，按方案确定曲线上的多点座标，将曲线分解到合适程度后，用套板进行放样。小圆弧确定圆心后，现场条件具备，可直接画弧放样。基础阶段用全站仪架于坑边控制点，向坑内作业面进行投测放样。主体结构施工阶段，全站仪架于作业面投测点上进行放样。初步放样完成后应到另一个控制点上进行复核检查。

8 误差的预防及资料收集
8.1　测量控制点的保护。首先桩位必须选择在地基稳固、不易碰压和通视良好的部位。所有控制桩位，用钢管围护，尺寸1.5×1.5×1.0m，并且挂牌标识，标明桩号、数据及看护人，标牌尺寸500×350mm。对于自己所施测的桩位也应按相应规定保护。桩位周围5m²范围和其照准方向严禁堆放物资和停放设备。测量人员应将各控制点图下发各部室，使现场人员明确控制桩位所在。
8.2　要求各作业队测量组首先自检合格后，将各种资料准备齐全，经作业队负责测量组长签认后，方可向总承包项目部测量组申请验线。总承包项目部测量组复检合格后，报请现场监理验线。经监理复检通过后，方可进行下道工序施工。
8.3误差预防。为防止测量过程中的系统误差、偶然误差和粗差，必须从人员、仪器、操作环境和管理四个方面着手解决。配备专业人员，熟悉操作规程，熟悉施工图纸、方案和交底。使用的仪器应在检定周期内，使用前后应认真检查仪器状态，发现问题及时检修。尽量选择最佳观测时间施测，在不利环境下施测的结果，严格按操作规程操作，施测数据资料齐全、清晰。应有严格的校核措施，合格后方可交付使用。
8.4发生测量误差的改正。发现误差后应查明原因，立即纠正。如发现已造成后果的差错，要立即向上级报告，以便得到及时的处置，并填写错误追踪记录，制定预防措施。
8.5测量资料收集管理。测量资料应该真实、有效，填写齐全、清晰，申报、交接及时，不得造假、涂改。根据江苏省和**市规定标准进行填写，资料填写一律用计算机打印，测量负责人签字。测量资料应由专职的资料人员收集，并按照规程要求进行收集和归档。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　二00七年十月十六日