高程送电线路施工测量培训教材

A

目 录

第一章 绪 论........................................................................................................................0

第一节 测量学及其在送电线路工程建设中的作用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0

第二节 地面点位的确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

第三节 测量工作的基本原则和程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

第四节 测量误差的基本知识. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

第二章 测量仪器基本知识及其应用.................................................................................12

第一节 光学经纬仪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

第二节 水准仪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

第三节 全站仪基本知识. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

第四节 GPS简介及应用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

第五节 仪器维护和注意事项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

第三章 测量基本方法.........................................................................................................37

第一节 角度测量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

第二节 距离测量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

第三节 高程测量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51

第四章 线路施工复测.........................................................................................................53

第一节 直线塔位桩复测. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

第二节 转角塔位桩复测. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

第三节 档距和高程复测. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59

第四节 线路复测注意事项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

第五章 基础施工及检查测量.............................................................................................64

第一节 测定施工基面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

A

A

第二节 基础分坑. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

第三节 基坑放样. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

第四节 基础操平找正. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

第五节 基础检查测量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

第六章 杆塔垂直校正及检查.............................................................................................88

第一节 铁塔检查. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

第二节 拉线塔垂直校正及检查. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90

第三节 杆塔校正、检查测量注意事项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92

第七章 架空线弧垂观测及检查...........................................................................................94

第一节 弧垂的概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94

第二节 弧垂观测档的选择和计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94

第三节 弧垂观测. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

第四节 弧垂检查. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

第五节 弧垂调整. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116

第八章 交叉跨越测量.......................................................................................................118

第一节 交叉跨越测量的技术要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118

第二节 交叉跨越测量方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118

第三节 最高温度时导线对被跨越物最小垂直距离的计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121

A

A

第一章 绪 论

第一节 测量学及其在送电线路工程建设中的作用

一、测量的概念

测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面包含空中和地下点位的学科。它的内容包括测设和测定两部分。测定是指使用测量仪器和工具通过测量和计算得到一系列测量数据或把地球表面的地形缩绘成地形图供科学研究、经济建设、规划设计和国防建设使用。测设是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来作为施工的依据。

测量学是随着科学的发展和技术的进步其研究范围已十分广泛。按照研究范围和对象的不同产生了多门独立的学科。

大地测量学是研究地球表面广大区域内建立国家大地控制网测定整个地球形状、大小和重力场的理论、技术和方法的学科。它为其他测量工作提供基础数据和有关资料。

普通测量学也称地形测量学它是研究地球表面较小区域内测绘地形图的基本理论、技术、方法和应用的学科。它是测量学的基础。

摄影测量学是研究如何利用摄影像片、遥感技术或辐射能技术测定地球表面物体的形状、大小和空间位置的学科。早期的摄影测量的主要研究对象是地球表面用于绘制地形图。由于20世纪60年代以来遥感、遥测技术摄影方式以及信息处理和信息载体技术的发展摄影测量广泛应用于其他科学领域。

工程测量学是研究城市建设、矿山、道路、 电力、水利等工程建设在规划设计、施工和运行管理各个阶段所进行的各种测量工作的理论、技术、方法和应用的学科。

送电线路测量分为设计测量和施工测量它是电力工程建设所进行的专门测量属于工程测量学范畴。

二、测量在送电线路工程建设中的作用

测量工作在送电线路工程建设中起着十分重要的作用。

1、在工程规划阶段要依据地形图确定线路的基本走向得到线路长度、曲折系数等基本数据用以编制投资框算进行工程造价控制论证规划设计的可行性。

2、在工程设计阶段要依据地形图和其他信息进行选择和确定线路路径方案实地对路径中心进行测定测量所经地带的地物、地貌并绘制成具有专业特点的送电线路平

A

A

断面图为线路电气、杆塔结构设计、工程施工及运行维护提供科学依据。

3、在施工阶段要依据上述平断面图对杆塔位置进行复核和定位要依据杆塔中心桩位准确地测设杆塔基础位置施工阶段各过程测量包括架空线的弧垂测量。

4、施工完毕后对基础、杆塔、架空线弧垂的质量须进行检测确保工程质量符合设计要求 以保证送电线路的运行安全。

线路路径纵断面、横断面和路径区域带状平面内的地物、地貌测定以及绘制平断面图是由专业勘测人员负责完成的称为设计测量。而根据设计图纸拟建的送电线路工程图样、杆塔位置测设到地面上即准确地放样到实地上去的测量称为施工测量。它的特点是综合协作性强业务牵涉面多技术专业面杂工作条件艰苦。它的主要内容线路复测定位基础施工分坑、操平杆塔垂直校正及检查架线弧垂观测交叉跨越测量质量检查验收等项测量工作。

测量是送电线路施工中一项重要工作它直接影响到工程的进度、质量及经济效益。因此要求每个测量人员必须有高度的责任感和较强的事业心熟练掌握测量技术认真搞好测量工作为送电事业服务。

本教材结合实际及施测经验着重介绍施工测量的基本方法及操作步骤。

第二节 地面点位的确定

一、地球的形状和大小

测量工作是在地球表面进行的而地球自然表面是不规则的有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠穆朗玛峰高出海水面不到9公里最低的马里亚纳海沟低于海水面不到12公里这样的高低起伏相对地球半径来说是很小的。再顾及到海洋约占整个地球表面的71%所以人们常把被海水面所包围的体形看作地球的形状。

自由静止的水面称为水准面。与水准面相切的平面称为水平面。水准面的特点是面上任何一点的铅垂线重力方向都垂直于该面。水准面有无数个其中与平均海水面重合并向大陆、岛屿延伸而形成的封闭曲面称为大地水准面。 由大地水准面所包围的形体称为大地体。

用大地体表示地球体形是恰当的但由于地形起伏及地球内部质量分布不均匀使铅垂线的方向产生不规则的变化致使大地体成为一个非常复杂的形体。为使用方便通常选用一个非常接近于大地体、并可用数学式表达的几何形体来代替它作为测量工作的基

A

A

准面这就是地球椭圆体又称参考椭圆体。地球椭圆体系一椭圆绕其短轴旋转而形成的形体。如图1-1其形体由长半径赤道半径 a及偏率d 或短半径b所决定。 国内外测量工作者曾多次测算出椭圆体元素的数值以资应用。我国目前采用的1979年第17届国际大地测量与地球物理联合会通过并推荐的地球椭圆体元素值为

看待其平均半径约为6371公里。

二、确定地面点位的方法

地面上各种地形都是由一系列连续不断的点所组成确定地面上的图形位置最基本的工作就是确定地面点的位置。

在数学中知道一点的空间位置需要三个量来确定。在测量工作中是将地面点A、

B、 C、D、 E图1-2沿着铅垂线方向投影到大地水准面上得到a、 b、 c、 d、 e等投影位置。地面点A、 B、 C、 D、 E的空间位置就可用a、 b、 c、 d、 e等投影位置在大地水准面上的坐标和a、 b、 c、 d、 e等点到A、 B、 C、D、 E的铅垂距离HA、HB、„„来表示。

1、地面点的高程

地面点到大地水准面的铅垂距离称为该点的绝对高程简称高程也称海拔。图1-2

图1-2 地面点的相对位置 图1-3 绝对高程和相对高程

A

A

和图1-3中的HA、HB、„„等即为A、 B、 C、D、 E等点的高程。我国在青岛设立验潮站长期观测和记录黄海海水面的高低变化取其平均值作为大地水准面的位置其高程为零作为我国计算高程的基准面。并在青岛建立了水准原点其高程为72.289米全国各地的高程都是以它为基准测算出来的这就是我国大地法式规定的1956年黄海高程系统。

当个别地区引用绝对高程有困难时可采用假定高程系统 即采用任意水准面为起算高程的基准面。图1-3中地面点到某一假定水准面的铅垂距离称为假定高程或相对高程。例如A点的假定高程为HA' 、 C点的假定高程为HC' 。

两个地面点之间的高程差称为高差。地'面点'A与C之间的高差为hCA即hCAHAHCHAHC

2、地面点在投影面上的坐标

地面点在大地水准面上投影位置的坐标一般用经度和纬度表示为了实用上方便常将其转化为平面直角坐标下面是常用的两种平面直角坐标系统。

1、独立平面直角坐标系

大地水准面虽然是曲面但当测量区域如半径不大于10公里的范围较小时球面近似于平面可以用测区中心点a的切平面p来代替曲面图1-4。既然把投影面看作平面地面点在投影上的位置就可以用平面直角坐标来确定。测量工作中采用的平面直角坐标如图1-5所示。规定南北方向纵轴并记为x轴 x轴向北为正 向南为负。 以东西方向为横轴并记为y轴 y轴向东为正 向西为负。原点O一般选在测区的西南角图1-4使测区内各点的x、 y坐标均为正值。象限按顺时针方向编号 x轴与y轴互换这与数学上是不同的其目的是便于将数学中的公式直接应用到测量计算中不需作任何变更。

图1-4 切平面代替曲面 A 图1-5 坐标象限图

A

当测区范围较小时,把大地水准面当作平面看待是可以的,而我国面积达九百多万平方公里,显然不能用一个独立平面直角坐标系统来表示点位。为了使全国有一个统一的坐标系统,并且测量计算又能在平面上进行起见,我国采用高斯投影的方法,用高斯平面直角坐标表示地面点在投影面上的位置。

高斯投影的方法是将地球划分成60个带然后将每带投影到平面上。投影带是从首子午线起每经差6°划一带称为六度带 自西向东将整个地球划分成经差相等的60个带。带号从首子午线开始编用阿拉伯数字表示。位于各带中央的子午线称为该带的中央子午线第一个六度带的中央子午线的经度为3° 任意的中央子午线经度λ 0 。可按下式计算

λ 0=6N-3  1-1式中N——为投影带的号数。

为说明简单起见将地球看作是一个圆球并设想把一个平面卷成一个空心圆柱把它横着套在圆球外面使横圆柱的轴线通过圆球的球心使圆球上某六度带的中央子午线与横圆柱相切。在圆球上和圆柱上保持等角的条件下将整个六度带投影到空心圆柱的表面上。然后将横圆柱沿着通过南北极的母线切开并展成平面便得到六度带在平面上的形象。中央子午线经投影展开后是一条直线以此直线作为纵轴即x轴赤道是一条与中央子午线垂直的直线将它作为横轴即y轴两直线的交点作为原点则组成高斯平面直角坐标系统。

我国位于北半球 x坐标值均为正号而y坐标值则有正有负。设YA=±137680米YB=-274240。为避免横坐标出现负值故将每带的坐标原点向西移500公里这样每点的横坐标值均为正值。YA=500000+137680=637680米 YB=500000-274240=225760米。

为了根据横坐标值能确定该点位于哪一个六度带内还应在横坐标值前冠以带的编号。例如 A点位于第20带内则其横坐标YA为20637680米。

高斯投影中离中央子午线近的部分变形小离中央子午线愈远变形愈大两侧对称。当要求投影变形更小时应采用三度分带投影法。它是以东经1° 30†起每经差3°划分一带将整个地球划分为120个带每带中央子午线的经度/0,可按下式计算

/03n (1-2)

式中 n——为三度带的号数。

三、用水平面代替水准面的范围

A

A

用水平面代替水准面只有测区很小时才允许那么这个区域的范围究竟多大呢如图1-6 A、 B、 C是地面点它们在大地水准面上的投影点是a、 b、 c用该区域中心点的切平面来代替大地水准面后地面点在水平面上的投影点是a† 、 b†和c† 点现分析由此产生的影响。

图1-6中设A、 B两点在水准面上的距离为D在水平面上的距离为D† 两者之差为⊿D这就是用水平面代替水准面所引起的距离差异。大地水准面是一个复杂的曲面在推导公式时近似地认为它是半径为R的球面故

DD/DRtgRRtg 1-3已知tg得DR,故

D

或)

将地球平均半径R=6371公里,以及不同的距离D代入式(1-5),便得到表1-1所列的结果。 由表1-1可以看出 当D=10公里时所产生的相对误差为1:1000000这样小的误差对一般精密距离测量来说也是允许的。所以在以10公里为半径的圆面积之内可用水平面代替水准面。

关于用水平面代替水准面对高程的影响仍以图1-6说明之。地面点B的高程应是铅垂距离bB用水平面代替水准面后 B点的高程为b† B,两者之差⊿h 即为对高程的影响。其值

hbBb'Bob'obR secRRsec1 1-6已知sec1

A

A

用不同的距离代入式1-7便得到表1-2 0

所列的结果。从表1-2可以看出用水平面代 图1-6 水平面与水准面的关系替水准面对高程的影响即地球曲率的影响

是很大的距离200米就有3.1毫米的高程误差这是不能允许的。因此在高程测量中即使距离很短也应顾及地球曲率对高程的影响。

表1-2

四、确定地面点位的三个基本要素 X

位。

由此可见地面点间的位置关系是以距离、水平角 图17 确定地面点位示意图方向和高程来确定的。所以高程测量、水平角测量和距离测量是测量学的基本内容。高程水平角方向和距离是确定地面点位的基本要素。

第三节 测量工作的基本原则和程序

地球表面复杂多样可分为地物和地貌两大类。地面上的固定性物体称为地物如河流、湖泊、道路和房屋等。地面上的高低起伏形态称为地貌。如山岭、谷地和陡崖等。

A