第3章 施工测量本章要求：（一）了解水利工程测量的主要任务和施工测量控制网布设。
（二）熟悉水利工程中主要基本测设工作的测设方法步骤。
（三）了解园曲线的测设方法，园曲线主点与细部点测设与计算。
（四）掌握渠道测量中选线测量，中线测量、断面测量、土方计算及渠道施工测量方法。
（五）掌握土坝施工测量，水闸施工测量、隧洞施工测量的程序、方法步骤。
3.1 概述测绘学主要是测定地球表面的点位和几何形状，并绘制成图。
水利工程测量主要任务是：1.为水利工程设计提供地形资料，及建筑物设计大比尺地形图；2.施工阶段施工放样；3.管理运行阶段进行变形观测，确保工程安全。
为了测定地球表面的定位，需要确定地面定位的参照标准——坐标系。
我国的大地坐标系所使用的椭球最初称“1954年北京坐标系”，后来根据新的测量数据，建立了“1980年国家大地坐标系”，其椭球长半径a=6378140m ，短半径为b ，偏率α=257.298:1=-aba 。
由于椭球偏率很小，普通测量中近似看作球体，其球半径R=6371km ，在测量范围内将水准面当作水平面。
地面点的大地坐标系需要三个参数：大地径度、大地纬度、大地高。
高程系表示有绝对高程与相对高程。
绝对高程是地面点沿铅直方向至大地水准面的距离称之，亦称海拔。
我们规定的黄海平均海水面作大地水准面，称为“1956年黄海高程系”。
如果地面点至任意水准面的垂直距离称相对高程，亦称独立高程。
多用绝对高程表示。
测量基本工作是将地面点平面位置和高程的三维坐标（x ，y ，H ）施测于图纸上，需要测量点位之间的方位角和水平距离及高差，即水平角，水平距离和高程，再按比尺测绘到纸上。
3.1.1 施工测量主要内容施工测量的内容主要包括：施工控制网的建立；将图纸上设计好的建筑物或构筑物的平面位置和高程标定在实地上，即施工放样（测设）；施工竣工后对建筑物或构筑物的竣工测量以及在施工期间检查施工质量的变形观测等。
3.1.2 施工测量的原则为了保证建筑物和构筑物的平面位置和高程都能满足设计要求，施工测量和测绘地形图一样，也要遵循“从整体到局部”、“先控制后碎部”的原则，即先在施工现场建立统一的平面控制网和高程控制网，然后以此为基准，测没出各个建筑物的平面位置和高程。
水工建筑物一般先由施工控制测设建筑物的主轴线，用它来控制建筑物的整个位置。
再来测设建筑物细部，测设细部的精度往往比测设主轴线的精度为高。
3.1.3 施工测量的精度要求施工放样的精度与建筑物的大小，结构形式、建筑材料等因素有关。
例如，水利工程施工中，钢筋混凝土工程较土石方工程的放样精度高，而金属结构安装放样的精度要求则更高。
因此，应根据不同施工对象，选用不同精度的仪器和测量方法，既保证工程质量又不致浪费人力物力。
3.1.4 施工控制网的布设在规划设计阶段所进行的勘测工作，首先是建立测图控制网，因此，控制点的密度和精度是以满足测图为目的。
当建筑物的总平面设计确定，开始进行土建工程时，原有测图控制网点大多不能满足放样的要求。
因此，除了小型工程或放样精度要求不高的建筑可以利用测图控制网作为施工控制以外。
一般较复杂的大中型工程，在施工阶段需重新建立施工控制网。
施工控制网分为平面控制网和高程控制网。
1. 平面控制网的布设平面控制网一般布设成两级：一级为基本网，它起着控制水利枢纽各建筑主轴线的作用，组成基本网的控制点称基本控制点；另一级为定线网（或称放样网），它直接控制建筑物的辅助线及细部位置。
水工建筑物大多位于起伏较大的山岭地区常采用三角网作为基准，用它来布设矩形网。
2．高程控制网的布设高程控制网一般也分两级，一级水准网与施工区域附近的国家水准点连接，布设成闭合（或附合）形式，称为基本网。
另一级是由基本水准点引测的临时性作业水准点，它应尽可能靠近建筑物，以便做到安置一次或二次仪器，就能进行高程放样。
3.2基本的测设工作3.2.1 测设已知直线长度已知水平距离的测设，就是由地面已知点起，沿给定的方向，测设出直线上另外一点，使得两点间的水平距离为设计的水平距离。
其测设方法常用的有两种。
1.钢尺测设水平距离。
如图3—1所示，A为地面上已知点，D为设计的水平距离，要在地面给定的方向上测设出B点，使得AB两点间的水平距离等于D。
2.全站仪（测距仪）测设水平距离。
如图3—2所示。
安置全站仪于A点，瞄准已知方向，沿此方向移动棱镜位置，当显示的水平距离等于待测设的水平距离时，在地面标定出过渡点B’，然后，实测AB’的水平距离，如果测得的水平距离与已知水平距离之差符合精度要求，则定出B点的最后位置，如果测得的水平距离与已知水平距离之差不符合精度要求，应进行改正，直到测设的距离符合限差要求为止。
3.2.2 测设已知水平角如图3—3所示，AB为起始边，B为设计的水平角，欲测设终边AC，实测步骤为：（1）在A点安置仪器，正镜后视B点，水平读数置为00°00’，顺时针方向转动照准部，当读数为设计角 时（若后视B点不为零，则应将B值加上后视读数），转动照准部，在前视方向上打一个木桩，并在桩顶标出视线方向上的C 1点。
（2）倒镜，后视B 点，按同样的方法，在桩顶标出倒镜后视线方向，得到C 2点。
两次所标出的点若不重合，则取正倒镜中位置C 为前视方向点。
AC 为放样的方向。
3.2.3 测设已知高点已知地面点高程的测设，就是根据一个已知高程的水准点，将另一点的设计高程标定在实地上。
如图3—4所示，设A 为已知水准点，高程为H A ，B 点的设计高程为H B ，在A 、B 两点之间安置水准仪，先在A 点立水准尺，读得读数为a ，由此可得仪器视线高程为H i =H A +a （3—1）要使B 点高程为设计高程H B ，则在B 点的水准尺上的读数应为b =H i —H B (3—2)将B 点水准尺紧靠B 桩，上、下移动尺子，当读数正好为b 时，则B 尺底部高程即为H B ，然后在B 桩上沿B 尺底部做记号，即得设计高程的位置。
如欲使B 点桩顶高程为H B ，可将水准尺立于B 桩顶上，若水准仪读数小于B 时，逐渐将桩打入土中，使尺上读数逐渐增加到b ，这样B 点桩顶高程就是设计高程H B 。
【例3-1】设H A =35.255m ，欲使设点B 的高程为H B =36.000m ，将仪器架在A 、B 两点之间，在A 点上水准尺的读数a =1.587m ，则得仪器视线高程，为H i =H A +a =35.255+1.587=36.842(m)，在B 点水准尺上的读数应为：b =H i —H B =36.842—36.000=0.842(m)故当B 尺读数为0.842m 时，在尺底划线，此线高程为36.000m ，即设计高程点B 的位置。
3.2.4 测设地面点平面位置的基本方法 1.极坐标法极坐标法是根据水平角和水平距离测设地面点平面位置的方法。
如图3—5所示，P 点为欲测设的待定点，A 、B 为已知点。
为将P 点测设于地面，首先按坐标反算公式计算测设用的水平距离D AP 和坐标方位角、a AB AP a 。
D AP =22)()(A p A p y y x x -+- （3—3）=AB a arctanAB AB x x y y -- (3—4)=AP a arctanAP AP x x y y -- (3—5)测设用的水平角为AB AP a a -=β (3—6)测设P 点时，将经纬仪安置在A 点，瞄准B 点，顺时针方向测设β角，得一方向线，然后在该方向线测设水平距离D AP ，则可得P 点。
如果用全站仪按极坐标法测设点得平面位置，则更为方便（如图3—6所示）。
要测设P 点得平面位置，其施测方法如下：把全站仪安置在A 点，瞄准B 点，将水平度盘设置为0°00†00〞,然后将控制A 、B 的已知坐标及P 点的设计坐标输入全站仪，即可自动算出测设数据水平角β，并在视线方向上把棱镜安置在P 点附近的P †点。
设AP †的距离为AP D ' A 实测AP D '后再根据AP D '与D AP 的差值AP AP D D D '-=∆进行改正，即得P 点。
2.直角坐标法当施工场地布设有建筑方格网或彼此垂直的轴线时，可以根据已知两条相互垂直的方向线来进行放样。
3.角度交会法首先根据P 点的设计坐标和三个控制点A 、B 、C 的坐标，计算放样角度，测设时，在控制点A 、B 、C 三点上各安置一架经纬仪，分别以不同计算角度交会出P 点的概略位置。
4.距离交会法距离交会法是根据测设两个水平距离，交会出点的平面位置的方法。
当需测设的点位与已知控制点相距较近，一般相距在一尺段以内且测设现场较平整时，可用距离交会法。
3.2.5 坡度线的测设两点间的高差与其水平距离的比值称为坡度。
设地面上两点间的水平距离为D ，高差为h A ，坡度为i ，则Dhi =（3—7） 坡度可用百分率（%）表示，也可用千分率（‟）。
已知坡度的测设，就是根据一点的高程位置，沿给定的方向，在该方向上定出其他一些点的高程位置，使这些点的高程位置在给定的设计坡度线上。
如图3—7所示，A 点的高程为H A ，A 、N 点的水平距离为D AN ，直线A 、N 的测设坡高为AN i ，则可算出N 点的设计高程为AN AN A N D i H H += （3—8）按测设高程的方法，在N 点测设出H N 的高程位置，则A 点与N 点的设计坡度线就定出来了。
除了线路两端点定出外，还要在A 、N 两点之间定出一系列点，使它们的高程位置能位于AN 所在的同一坡度线上。
测设时，将水准仪（当设计坡度较大时可用经纬仪）安置在A 点，并使水准仪机座上的一只脚螺旋在AN 方向上，另两只脚夫螺旋的连线与AN 方向垂直，量取仪器高i ，用望远镜瞄准立于N 点的水准尺，调整AN 方向上的脚螺旋，使十字丝的中丝在水准尺上的读数为仪器高i ，这时仪器的视线平行于所设计的坡度线，然后AN 中间的各点1、2、3、…的桩上立水准尺，只要各点水准尺的读数为i ，则尺子底部即位于设计坡设线上。
3.2.6 圆曲线的测设 1、圆曲线主点 修建渠道、道路、隧洞等建筑物时，从一直线方向改变到另一直线方向，需用曲线连接、使路线沿曲线缓慢变换方向。
常用的曲线就是圆曲线。
图3-8中直线由T 1到P 点后，转向PT 2方向（a 为转折角），用一半径为R 的圆与该二直线连接（相切），切点BC 由直线转向曲线，称为圆曲线的终点；切点EC 由曲线转向直线，称为圆曲线的终点；MC 为曲线的中点；这三点控制圆曲线的形状，称为圆曲线的主点。
2. 圆曲线主点的测设 （1）圆曲线要素计算由图13-8可以看出，若a 、R 已知，则 切线长 2a RtgT = 曲线长 ︒︒=180··παR L （3—9） 外矢矩 E=R(sec12-a ) 切曲差 L T J -=2（2）主点桩号的计算由交点JD 沿两切线方向量取线长T ，可定出ZY 和YZ ，由转角α平分线方向量出外矢距E ，定出QZ 点。
