管道工程测量

管道工程测量_测量学

12　管道工程测量

随着城市建设的发展，各种地上、地下和架空的市政公用设施将随之增多，从而形成一个完整的市政工程综合系统。为城市各项公用设施的设计、施工、竣工和运营管理各阶段所需要进行的测量工作称为市政工程测量。市政工程测量是在城市测量控制网和城市大比例尺地形图的基础上进行，各项市政工程的主要轴线点位，应采用城市的统一坐标和高程系统。城市道路网是城市平面布局的骨架，市政工程的用地范围，常以规划道路中线为依据来确定。规划道路中线的定线测量和以中线为依据确定建筑用地界址的拨地测量是市政工程测量的先行工序。

各个单项市政工程测量，多在其中线附近的带状范围内施测，具有线路工程测量的特点。市政工程建设各阶段的测量工作分为设计测量、施工测量、竣工测量和变形观测等，本章主要介绍市政工程测量中管道工程测量部分。管道工程是工业与民用建筑中的重要组成部分，有给水管道、排水管道、煤气管道、热力管道和电缆、输油管道等。管道工程测量的任务是：在设计前为管道工程设计提供地形图和断面图；在施工时按设计的平面位置和高程将管道位置测设于实地。

进行管道勘测设计，首先应分析原有地形图、管道平面图、断面图，并结合现场勘查，在图纸上选定拟建管道的主点（起点、终点、转折点）位置；然后进行管道中线测设和纵横断面图测量，为管道设计提供资料。施工时需进行管道施工测量。竣工后要进行竣工测量，作为维修管理的依据。由于管道大多敷设于地下，且纵横交错，因此必须严格按设计位置测设并且按规定校核。

当管道工程施工阶段分期进行，或与其他建（构）筑物有结构衔接时必须进行全面联测，其定位偏差必须经过调整后方可施工。调整原则是：

（1）建筑物内管道与建筑物外管道连接时，以建筑物内管道为准。

（2）建筑区内管道与建筑区外管道连接时，以建筑区内管道为准。

（3）新建管道与原有管道连接时，以原有管道为准。

（4）新建管道与原有建筑物关系不符时，以原有建筑物为准。

12．1　踏勘选线及中线测量

《工程测量规范》规定，铁路、公路、架空索道、架空送电线路、各种自流和压力管线的线路测量，应实行勘测、设计、施工（建设）单位的三结合，选定技术先进、经济合理的线路。线路的测量，一般分为踏勘选线和定测两个阶段。踏勘选线阶段是协同设计部门进行现场踏勘，确定线路方案，必要时应进行草测或实测带状地形图。定测阶段是在主体方案确定后，按选定的线路或根据设计坐标等数据在实地定线、测角、量距、设置曲线及断面测量等。当地形简单、方案选定的情况下，亦可一次进行测量。

12．1．1　踏勘选线

踏勘选线阶段包括资料收集、路线设计、现场踏勘调查和撰写踏勘报告等环节。1）资料收集

为了满足踏勘选线的需要，应在踏勘之前收集以下基本资料：

（1）规划设计区域1∶10　000（或1∶5　000）、1∶2　000（或1∶1　000）地形图，国家及有关部门设置的三角点、导线点、水准点资料，原有管线平面图和断面图等资料。

（2）沿线自然地理概况、工程地质、水文、气象、地震资料。

（3）沿线农林、水利、铁路、公路、电力、通讯、文物、环保等部门与本案有关系的规划、设计资料。

2）备选线路设计

根据工程可行性研究报告拟定的线路可行性方案，在收集的地形图上进行各可行性方案的研究，运用各种先进手段对路线方案做深入、细致的研究，经过对路线方案的初步比选，筛选出需要勘测的备选方案及现场需要重点调查和落实的问题。选线时应遵循以下原则：

（1）路线设计应使工程数量小、造价低、费用省、效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不应轻易采用最小指标或低限指标，也不应片面追求高指标。

（2）选线应同农田基本建设相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等。

（3）应与周围环境、景观相协调，并适当照顾美观。注意保护原有自然状态和重要历史文物遗址。

（4）选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测，查清其对工程的影响。对于滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等严重不良地质地段和沙漠、多年冻土等特殊地区，应慎重对待。一般情况下应设法绕避；当必须穿过时，应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。

（5）选线应重视环境保护，注意由于管道运营所产生的影响与污染等问题，具体应注意以下几个方面：①路线对自然景观与资源可能产生的影响；②占地、拆迁房屋所带来的影响；③路线对城镇布局、行政区划、农业耕作区、水利排灌体系等现有设施造成分割而产生的影响；④对自然环境、资源的影响和污染的防治措施及其对策实施的可能性。

各类城市管线的走向、位置、埋设深度应当综合规划，并按照下列原则实施：（1）沿道路建设管线，走向应平行于规划道路中心线，避免交叉干扰。（2）同类管线原则上应当合并建设，性质相近的管线应当同沟敷设。

（3）新建管线应避让已建成的管线，临时管线应避让永久管线，非主要管线应避让主要管线；小管道应避让大管道，压力管道应避让重力管道，可弯曲的管道应避让不宜弯曲的管道。

（4）除管线相互交叉处外，各种管线不得重叠。

（5）新建城市管线不得擅自穿越、切割城市规划用地。

（6）沿城市道路两侧的建筑，其专用管线及附属设施不得占压道路规划红线。

3）现场踏勘调查

应组织专业技术人员并邀请当地政府和有关部门参加备选路线方案的现场踏勘工作。踏勘的主要内容和要求如下：

（1）核查所搜集的地形图与沿线地形、地物有无变化，对拟定的路线方案有无干扰，并研究相应的路线调整方案。

（2）核查沿线居民的分布、农田水利设施、主要建筑设施并研究相应的路线调整方案。

（3）核查各种地上、地下管线、重要历史文物、名胜古迹、旅游风景区、自然保护区、景观区点等，应注意线路布设后，对环境和景观的影响。

（4）对沿线重点工程和复杂的大、中桥、隧道、互通式立体交叉交通系统等，应逐一核查落实其位置与设置条件。

（5）了解沿线地形、地貌、地物、通视、通行等情况。

踏勘选线工作应与当地政府或主管部门取得联系，对重要的线路方案、同地方规划或设施有干扰的方案，应征求相关部门的意见。

4）撰写踏勘报告

上述三个环节完成之后，应撰写踏勘报告：

（1）根据已掌握的资料，概略说明沿线的地形、河流、工程地质、水文地质、气象等情况，指出采用路线方案的理由。

（2）提供沿线主要工程和主要建筑材料情况，提出市政工程测量中应注意的事项，需要进一步解决的问题等。

（3）估计野外工作的困难程度和工作量，确定测绘队伍的组织及必需的仪器工具和其他装备，并编制野外工作计划和日程安排。

12．1．2　中线测量

中线测量即按照踏勘选线阶段确定的线路方案测设管线的主点和中桩位置。管线主点一般可根据原有建筑物用图解法进行定位，也可以根据控制点按主点坐标用解析法进行定位。

1）主点测设

（1）根据已有建筑物图解定位

在城市建筑区，管线一般与道路中心线或建筑物轴线平行或垂直。管道位置可以在现场直接选定，也可以在大比例尺地形图上设计。若主点附近有可靠的明显地物时，可根据管线与原有地物间的关系，用图解法获得测设数据。

如图12－1所示，在设计管道主点A、B、C附近，有道路、房屋及已有管道MN。在图上量取长度a、b、c、d、e、f、g、h作为测没数据，便可用直角坐标法、距离交会等方法测设出A、B、C点。为使点位准确无误，测设时应有校核条件。如利用a、b测设A点后，以c作校核，利用d、e测设B点后，以f作校核，利用g测设C点后，以h作校核等。

（2）根据测量控制点解析定位

若管线主点坐标是给定的，且附近有测量控制点时，可根据控制点坐标定位主点。图12－2中，A、B、C、D为设计主点，M、N、P、Q、K为控制点。根据控制点的坐标和主点的设计坐标反算线长a、b、c、d、e、f及角度α1、α2、α3、α4，则可用极坐标法测设A、D点，用距离交会法测设B点，用角度交会法或距离交会法测设C点。以相邻主点间距离和转角的实测值和根据设计坐标反算值比较进行检核。

图12－1　图解定位法

图12－2　解析法定位主点

需要说明两点：①若线路精度要求较高时，一般采用解析法测设主点；②若设计线路附近控制点不足数时，应首先进行控制点补测或加密。

2）中桩测设

为了设计与施工的需要，管线长度测定、中线上某些特殊点的相对位置以及管线纵横断面图的测绘，从起点开始，沿中线方向各主点之间设置里程桩或中桩，这项工作称为中桩测设。里程桩是在中线测量的基础上进行设置的，一般采用边测量中线边设置里程桩。若用钢尺设置里程桩，应在相邻点间丈量两次，丈量的相对精度为1／1　000，读数至厘米即可。里程桩分整桩和加桩两种。

（1）整桩

整桩指从起点开始每隔一整米数设置的里程桩。按《工程测量规范》规定，线路直线段上的中桩间距，应根据地形变化确定，一般不大于50　m，因此，根据管线不同种类，整桩之间距离一般为20　m、30　m或50　m。

（2）加桩

中线方向上整桩之间地形起伏变化处、水平方向变化处以及线路与建（构）筑物的交叉处要增设加桩。

为了方便计算，管线中桩均按管线起点到该桩的里程进行编号，并用红油漆写在木桩侧面。不同种类的管线起点也有不同规定，如排水管道起点为下游出水口；给水管道起点则为水源处；气、热管道以来气方向作为起点；电力管道则以电源为起点，等等。图12－3中自管道起点开始，每隔50　m设置一里程桩，如图中的0＋150，＋号前为千米数，＋号后为米数，表示该里程桩离起点150　m；图中的0＋108、0＋309为地物加桩；0＋083为地形加桩。

3）转向角测量

转向角为管线方向转变处转变后的方向与原方向之间的水平夹角，也称偏角，角值一般为0～90°，如图12－3中主点B处的α左和主点C处的α右分别表示左偏和右偏；也可以转折角βB和βC表示主点B和C处的转向角，但必须注意转折角的方向。若观测转向角α左时，将经纬仪安置于点B，盘左瞄准点A，读取水平度盘值，转动照准部瞄准目标C，读取水平度盘值，两读数之差即为转向角值；倒转望远镜盘右位置重复上述过程，若两次观测结果符合限差要求，取其平均值作为该转向角的观测结果。如果管线主点位置以解析法确定时，应以解析计算结果为准，与实测值进行比较作为检核。

4）带状地形图的测绘

管道中桩测定后，应将其展绘到大比例尺的地形图上，标明各主点和中桩的位置以及管道转折角。当没有大比例尺地形图，或管道沿线地形起伏较大时，应在现场实测带状地形图，作为管道设计和绘制断面图的重要资料，这种带状地形图也叫里程桩手簿。实测带状地形图时一般测绘管线两侧各20　m的地物和地貌。测图时，可将管道主点作为测站点，用皮尺交会法或直角坐标法测绘地物，用视距法测绘地物和地形。测图比例尺按表12－2进行选择。

图12－3　中桩示意图

12．2　管线纵、横断面测量

线路中线测量完成后，还要进行纵、横断面测量，以便为进一步进行施工图设计提供资料。纵断面测量，又称中线水准测量，它的任务是测定中线各里程桩的地面高程，绘制中线纵断面图，计算中桩填挖尺寸并且作为设计管道埋深、坡度及计算土方量的主要依据。横断面测量则是测定中桩两侧垂直于线路中线方向线上各特征点距中线的距离和高程，绘成横断面图，供设计时计算土石方量和施工时确定开挖边界之用。

12．2．1　纵断面测量

按照由整体到局部的测量顺序，纵断面测量分两步进行：首先沿线路方向设置水准点，建立路线的高程控制，称为基平测量；然后根据各水准点的高程，分段进行中桩水准测量，称为中平测量。视管线种类不同，基平测量可按三等或四等水准测量的精度要求进行；中平测量低于基平测量精度要求，若按等外水准要求进行，可只作单程观测；最后根据纵断面测量结果绘制纵断面图。

1）基平测量

基平测量时首先沿线路附近设立水准点，点位应选在稳固、醒目、易于引测以及施工干扰范围外不易遭受破坏的地方。点的间距一般为2　km，复杂地段可每隔1　km增设一个，在桥梁两端、涵洞和隧道洞口附近均应设立水准点，根据需要在点位上埋设永久性或临时性标石。

高程系统一般采用1985国家高程基准，将起始水准点与附近国家水准点进行连测，以获取绝对高程；对于沿线其他水准点，也应尽可能与附近高等级水准点进行连测，以增强检核条件。路线附近如果没有国家水准点或无法与其连测，也可以附近标志性建筑物高程为参考，采用假定高程系统。

水准点连测通常采用往返观测，所测高差较差之允许值规定为

对于大桥和涵洞两端的水准点，规定

式中：L——水准路线长度，以千米为单位。

　　　2）中平测量

中平测量一般附合于基平测量所测定的水准点，即以两相邻水准点之间为一测段，从一水准点出发，用普通水准测量方法逐个测出中桩的地面高程，然后附合于另一水准点上。观测时，在每一测站上先观测转点，再观测相邻两转点之间的中桩即中间点。由于转点起传递高程的作用，因此水准尺应竖立于较为稳固的桩顶或与桩顶等高的尺垫上，读数至毫米；中间点处水准尺立于紧靠中桩的地面上，读数至厘米即可。

图12－4和表12－1是由水准点BM．1到0＋342的中平测量示意图和记录手簿，施测步骤为：

图12－4　中平测量示意图

（1）点1处安置水准仪，后视水准点BM．1，读数1．629，前视0＋000，读数1．930。

（2）迁至测站2，后视0＋000，读数1．615，前视0＋100，读数2．219，仪器保持不动，先后将水准尺竖立于中间点0＋050和0＋083，分别读取中视读数2．07和1．45。

（3）依次将仪器迁至测站3和测站4上，重复步骤2，直至附合于另一水准点上。

将观测数据分别记录于表12－1中后视、前视和中视读数栏内，一个测段的中平测量，应进行下列各项计算：

表12－1　纵断面水准测量记录手簿

（1）高差闭合差的计算

（2）中桩地面高程计算

设BM．1点的高程为85．972　m，首先根据测站1的后视读数和前视读数计算0＋000的地面高程，然后根据式（12－3）计算各转点和中间点的高程。

（3）检核计算

为了防止计算错误，一测段中平测量完成后应进行以下检核：

表12－1中∑行高差栏为各测站高差之和，该数字应等于该行后视栏与前视栏计算值之差，也等于高程栏0＋342和BM．1两点高程之差，经计算均为0．196　m，说明计算无误。

3）绘制纵断面图

一般在毫米方格纸上进行纵断面图的绘制，以管线的里程为横坐标，高程为纵坐标，高程比例尺应是水平比例尺的10～20倍，以明显反映地面起伏情况和坡度变化，各类管线纵横断面比例尺选择标准可参照表12－2确定。

表12－2　线路测图的比例尺

以图12－5为例，介绍纵断面图的具体绘制步骤：

首先，在方格纸中央靠下部适当位置画一条水平线。在水平线下各栏依次注记管线设计坡度、埋深、地面高程、管底高程、各中桩之间的距离、桩号、管线平面图；在水平线上绘制管线的纵断面图。

第二步，按照水平比例尺，在管线平面图栏内标明各中桩的位置，桩号栏内标注各桩号，在距离栏内注明各桩之间的距离，在地面高程栏内注记各桩的地面高程。

第三步，根据中线测量阶段测绘的带状地形图在管线平面图栏绘制管线平面图，转向后的管线仍按原直线方向绘出，但应以箭头表示管线转折的方向；根据中平测量结果，在水平线上部按高程比例尺在中桩的对应位置确定各自的地面高程，并用直线连接相邻点，得到纵断面图。

第四步，根据设计要求，在纵断面图上绘出管线的设计线，在水平线下坡度栏内标注坡度方向，上坡、下坡和平坡分别以“／”、“＼”和“—”表示，坡度方向线之上注记坡度值，以千分数表示，坡度方向线之下注记对应坡段的距离。

第五步，按照管线起点0＋000的管底高程（由设计部门给出）、设计坡度以及各中桩之间的距离，依次推求各桩的管底高程，如0＋000的管底高程为83．62　m，管道坡度为－6‰，则0＋050的管底高程为83．62　m－6×50　mm＝83．32　m，地面高程与管底高程之差即为管线的埋深（有的管线称该项内容为填挖高度）。

图12－5　纵断面图绘制

除上述内容外，纵断面图上还应标出新旧管线连接与交叉处，地下建（构）筑物的位置以及桥涵的位置等内容。

12．2．2　横断面测量

在管线中线各里程桩（包括整桩和加桩）处，测定垂直于中线的方向线，观测该方向线上里程桩两侧一定范围内各坡度变化特征点的高程及特征点与该里程桩的距离，根据观测结果绘制断面图，这项工作称为横断面测量。横断面图反映了管线两侧的地面起伏情况，供设计时计算土石方量和施工时确定开挖边界用。横断面施测宽度由管道的直径、埋深以及工程的特殊要求共同确定，一般为每侧各20　m。高差和距离观测结果精确到0．05～0．1　m即可满足一般管线工程要求，因此可采用简易工具和方法进行横断面测量以提高工作效率。

1）横断面方向测定

横断面方向一般以方向架或经纬仪进行测定。如图12－6所示，方向架为一简易测量工具，由一根长越1．2　m的竖木杆支撑两根相互垂直的横木杆构成，横木杆中线两端各钉一个瞄准用的小钉。使用时将方向架置于中桩上，以其中一个方向瞄准相邻中桩，则另一方向为横断面施测方向。如果用经纬仪测定横断面方向，则可在需要测量横断面的中桩上安置经纬仪，后视相邻中桩，用正倒镜分中法测设与中线垂直的方向即为横断面方向。

图12－6　方向架法测定横断面方向

2）横断面的测量方法

由于中平测量时已经测出中线上各中桩的地面高程，所以进行横断面测量时只要测出横断面方向上各特征点至中桩的水平距离和高差即可。常见的横断面测量方法有水准仪皮尺法、标杆皮尺法、经纬仪视距法和全站仪对边测量法等，下面分别加以介绍。

（1）水准仪皮尺法

当横断面精度要求较高、横断面较宽且高差变化不大时，宜采用这种方法。这种方法可以与中平测量同时进行，特征点作为中间点看待，但要分别记录。如图12－7所示，水准仪安置后，以中桩为后视，其两侧横断面方向上各特征点为中视，读数至厘米，用皮尺分别量取各特征点至中桩的水平距离，量至分米即可。测量记录见表12－3。

图12－7　水准仪皮尺法测量横断面

表12－3　横断面水准测量记录手簿

（2）标杆皮尺法

图12－8　标杆皮尺法测量横断面

如图12－8所示，在中桩0＋050及其横断面方向各特征点上竖立标杆，从中桩沿左右两侧依次在相邻两点拉平皮尺丈量两点间水平距离，在标杆上直接读取两点间高差，测量数据直接记在示意图中或填入表12－4中。标杆也可以水准尺代替，该方法易于操作，但精度较低，适于精度要求较低的管线横断面测量。

表12－4　标杆皮尺法横断面测量记录表

表12－4中按管线前进方向分左侧和右侧，中间一列填写桩号，由下往上依次填写。分数中分母表示各特征点与中桩的水平距离，分子表示该两点间的高差，＋号表示上坡，－号表示下坡。

（3）经纬仪视距法

将经纬仪安置在中桩上测定横断面方向后，量取仪器高i，瞄准横断面方向上各地形特征点所立视距尺，分别读取上、中、下丝读数和竖直度盘读数，即可按照视距测量方法同时计算出各特征点至中桩的水平距离和高差。该方法适合于地形复杂、横坡较陡的管线横断面测量。

（4）全站仪对边测量法

若测站S分别与T1、T2两目标点通视，不论T1与T2间是否通视，都可以测定它们之间的距离和高差，这种方法称为对边测量。全站仪对边测量法进行横断面测量时，在中桩上安置全站仪，瞄准横断面左侧第1个特征点上的棱镜，按距离测量键；然后依次瞄准第2、第3个特征点，每次按对边测量键，都可以显示两点之间的水平距离和高差，同样方法进行右侧特征点间的水平距离和高差测量。该方法适用范围比较广，且观测精度高。

3）横断面图的绘制

根据横断面观测结果，在毫米方格纸上手工绘制或计算机自动绘制横断面图。图12－9为手工绘制的某中桩横断面图。图中以中桩为坐标原点，水平距离为横坐标，高程为纵坐标；最下一栏为相邻特征点之间距离，其上一栏竖写的数字是特征点的高程。为了计算横断面的面积和确定管线开挖边界的需要，应设置相同的水平和高程比例尺。

图12－9　手工绘制的某中桩横断面图

12．3　管道施工测量

管道施工测量的任务是将管道中线及其构筑物按照图纸上设计的位置、形状和高程正确地在实地标定出来。一般而言，在施工前及施工过程中，均需要恢复中线、测设挖槽边线等，作为施工的依据；但各类管道按敷设位置不同，施工方法也不尽相同，多数采用明挖方法施工，但当管道穿过铁路、公路及重要建筑物时，为使交通不受影响、原有建筑物不受破坏，可采用管道顶进的方法进行施工，这种施工方法也叫顶管施工测量。

12．3．1　准备工作

在施工测量进行之前，一般应进行中线校核、施工控制桩测设和槽口放线等工作，为管线施工做好准备。

1）中线校核

如果设计阶段在地面上所标定的管道中线位置与管道施工所需要的管道中线位置一致，而且在地面上测定的管道起点、转折点、管道终点以及各整桩和加桩的位置无损坏、丢失，则在施工前只需进行一次检查测量即可。如管线位置有变化，则需要根据设计资料，在地面上重新定出各主点的位置，并进行中线测量，确定中线上各整桩和加桩的位置。

管道大多敷设于地下，为了方便检修，设计时在管道中线的适当位置一般应设置检查井。在施工前，需根据设计资料用钢卷尺在管道中线上测定检查井的位置，并以木桩标定。

2）施工控制桩测设

在施工时，管道中线上各整桩、加桩和检查井的木桩将被挖掉。为了在施工进程中随时恢复各类桩的位置，在施工前应在不受施工干扰、引测方便、易于保存桩位的地方测设中线控制桩和井位控制桩。中线控制桩一般测设在中线起止点及各转折点处的中线延长线上，井位控制桩测设在与中线垂直的方向上。图12－10

中，点1为管道起点，点3为转折点，在中线延长线两端分别埋设两个中线控制桩；点2、4、5为中线上检查井位置，分别在与中线垂直的方向两侧各埋设两个检查井控制桩，利用这些控制桩可及时恢复中线的方向和各类桩的位置。

图12－10　中线控制桩的测设

3）槽口放线

根据设计要求的管线埋深、管径和土质情况，计算开槽宽度，并在地面上用石灰线标明槽边线的位置，如图12－10中虚线所示。

当地面平坦，开槽断面如图12－11（a）所示时，槽口半宽采用式（12－5）计算；如开槽断面为图12－11（b）所示情形时，槽口半宽采用式（12－6）计算；当地面倾斜，横向坡度较大时，中线两侧槽口宽度会不一致，如图12－11（c）所示，则应根据横断面图，用图解法或按式（12－6）和式（12－7）分别计算槽口两侧宽度。

图12－11　槽口宽度确定

式中：d、d1——槽口半宽；

　　　b——槽底半宽；

　　　1∶m，1∶m1，1∶m2——管槽边坡的坡度；

　　　c——工作面宽度；

　　　h——挖深；

　　　h1——下槽挖深；

　　　h2、h3——上槽挖深。

12．3．2　管道施工测量

管道施工测量的主要任务是根据工程进度的要求，测设控制管道中线和高程位置的施工测量标志，通常采取龙门板法和平行轴腰桩法。

1）龙门板法

管道中线测量时，中桩之间的距离一般较大，管道施工时，应沿中线每隔10～20　m和检查井处加密设置龙门板，以保证管道位置和高程的正确。如图12－12所示，龙门板由坡度板和高程板组成，通常跨槽设置，板身牢固，板面水平。管道的施工包括挖槽和埋设管道，相应的测量工作主要是管道中线的测设和高程的测设。

（1）管道中线的测设

中线测设时，将经纬仪安置在一端的中线控制桩上，瞄准另一端的中线控制桩，即得管道中线方向。固定仪器照准部，俯下望远镜，把管道中线投影到各坡度板上，并用小钉标明其位置，称为中线钉，如图12－12所示，各坡度板上中线钉的连线就是管道中线的方向。槽口开挖时，在各中线钉上吊垂球线，即可将中线位置投测到管槽内，以控制管道中线及其埋设。

（2）高程的测设

图12－12　龙门板示意图

为了控制管槽的开挖深度和管道的埋设，安置水准仪于管道中线的一侧，后视附近的水准点，用视线高法测出各坡度板顶的高程。根据管道起点的管底设计高程、管道坡度和各坡度板之间的距离，可以计算出各坡度板处管底的设计高程。各坡度板顶高程与其对应管底设计高程之差即为由坡度板顶往下 开挖的深度（实际开挖深度还应加上管壁和垫层的厚度），通常称为下返数。下返数不可能恰好为整数，且各坡度板的下返数也不一致，因此施工时以此数来检查各坡度板处的挖槽深度极不方便。如果能够使某一段管线内各坡度板的下返数为一预设的整分米数，该段管道施工时，施工人员只需用一木杆，其上标定预设下返数的位置，便可随时检查管槽是否已经挖到管底的设计高程。为此应对各坡度板加一调整数ε，即

式中：ε——每一坡度板顶向上或向下量的调整数，上量为正，下量为负；

　　　C——下返数的预设整分米数；

　　　H板顶、H管底——分别表示坡度板顶高程与对应管底设计高程。

根据计算出的ε，在高程板上自板顶用钢卷尺向上或向下量取ε，以小钉标定其位置，该小钉称为坡度钉，见图12－12。这样相邻坡度钉连线便与管底设计坡度平行，且高差为预设的下返数C。

表12－5为坡度钉测设记录表，表中第3栏为管道的设计坡度，第4栏是根据管道起点的设计高程、设计坡度和相邻龙门板间距计算的管底高程，第5栏是由视线高法观测的板顶高程，第6栏为实际下返数，即第5栏与第4栏之差，第8栏是按公式（12－8）计算得的调整数ε，最后一栏坡度钉高程等于板顶高程与调整数之和，即第5栏与第8栏之和，可以由第4栏与第7栏之和即管底高程与预设值C之和加以检核。

表12－5　坡度钉测设记录表

龙门板上坡度钉的位置是管道施工时的高程标志，在坡度钉钉好后，应重新进行一次水准测量，检查是否有误。另外，由于在施工过程中龙门板可能经常会被碰动或因阴雨而下沉，所以应定期进行坡度钉的高程检查。

2）平行轴腰桩法

当管道坡度较大、管道直线段较长、管径较小且精度要求不高时，可在中线的一侧或两侧设置一排平行于管道中线的轴线桩，桩位应位于槽口灰线之外，平行轴线与管道中线的距离为a，各桩间距10～20　m，各检查井位也应在平行轴线上设桩。当管道沟槽挖至一定深度时，为了控制管底高程，可根据平行轴线在槽坡上打一排木桩，使这排木桩的连线与中线平行，这排桩称为腰桩，如图12－13所示。在腰桩上钉一小钉，并用水准仪测出各腰桩上小钉的高程。小钉高程与该处管底设计高程之差即为下返数。施工时只需用水准尺量取小钉到槽底的垂直距离与下返数进行比较，便可检查槽底是否挖到管底设计高程。

由于各腰桩的下返数不一致，给施工检查带来不便，可预设一整分米数作为下返数，按下式计算各腰桩的高程：

图12－13　平行轴腰桩示意图

式中：H腰——腰桩高程；

H底——管底设计高程；

C——下返数的预设值。

按10．2．4中测设已知H底高程的方法测设H腰，并以小钉标示其位置，此时各腰桩上小钉的连线便与设计坡度平行，且小钉的高程与对应管底设计高程之差均为下返数的预设值C。

12．3．3　顶管施工测量

当地下管道穿过交通线路或其他重要建（构）筑物时，为了保障正常的交通运输、建（构）筑物的正常使用以及避免施工中大量繁杂的拆迁工作，一般不允许开槽施工，而是采用顶管施工的技术。顶管施工前应挖好工作坑，在工作坑内安放导轨，将管材放在导轨上，用顶镐的办法，将管材沿设计方向顶进土中，边顶进边从管内将土方挖出来，直到贯通。顶管施工测量的工作主要包括中线测设和高程测设。

1）准备工作

顶管施工测量之前应设置中线控制桩、顶管中线桩、坑底临时水准点并安装导轨。（1）中线控制桩和顶管中线桩的设置

根据设计图上管线的要求，在工作坑前后设置两个中线控制桩，如图12－14；然后确定开挖边界，当条件允许时，工作坑应尽量长些，以提高中线测设精度。工作坑开挖到设计高程后，根据地面上的管道中线控制桩，用经纬仪将管道中线引测到前后坑壁和坑底，并以大钉或木桩标示，此桩称为顶管中线桩，作为顶管的中线位置。

图12－14　顶管施工测量

（2）临时水准点的设置

为了控制管道按设计高程和坡度顶进，还应在工作坑内设置临时水准点。为便于检核，最好设置两个临时水准点。

（3）导轨安装

导轨一般安装在方木或混凝土垫层上，垫层面的高程和纵坡都应当符合设计要求，为方便排水并减少管壁摩擦，其中线高程应稍低于两侧。根据导轨宽度安装导轨，根据顶管中线桩和临时水准点检查中心线和高程，然后固定导轨。

2）中线测设

如图12－14所示，通过顶管中线桩拉一条细线，并在细线上挂两垂球，两垂球的连线即为管道方向；若坑底已经设置有顶管中线桩，可将经纬仪安置在坑底中线桩上，照准坑壁上中线桩，也可以指示顶管的中线方向。在管内前端水平放置一把木尺，尺长等于或略小于管径，使它恰好能放在管内。木尺上的分划以中央为零向两侧对称增加。如果两垂球的方向线与木尺上的零分划线重合，则说明管子中心在设计中线上；若不重合，则说明管子有偏差，偏差超过±1．5　cm时，管子需要校正。

3）高程测设

在顶管内待测点处竖立一略小于管径的标尺，水准仪安置在工作坑内，后视临时水准点，将算得的待测点高程与管底的设计高程进行比较，若不符值超过±1　cm，需要校正顶管。施工过程中，每顶进0．5　m进行一次中线和高程测量，以保证施工质量。当顶管施工长度较长时，需要分段施工：每100　m挖一个工作坑，采用对向顶管的施工方法；贯通时，管子错口不得超过3　cm。

表12－6为顶管施工测量记录表。以0＋050桩号开始的顶管施工测量观测数据为例，第1栏是根据0＋050的管底设计高程、设计坡度和桩间距离推算出来的；第3栏是每顶进0．5　m时观测的管子中线偏差值；第4栏、第5栏分别为水准测量后视读数和。前视读数，即临时水准点和待测点处的水准尺读数；第6栏为待测点应有读数，即根据临时水准点处的视线高与待测点设计高程相减得到；第7栏为高程误差，即第5栏与第6栏之差。表中此项误差均未超过±1　cm的限差要求。

表12－6　顶管施工测量记录表

4）自动化顶管施工技术

对于距离长、直径大的大型管道施工，经常采用自动化顶管施工技术，不仅劳动强度大大降低，掘进速度也大为提高。该施工技术将激光水准仪安置在工作坑内，按照水准仪的操作步骤，调整好激光束的方向和坡度，用激光束监测顶管的掘进方向。在掘进机头上装置光电接收靶和自控装置。当掘进方向出现偏位时，光电接收靶便给出偏差信号，并通过液压纠偏装置自动调整机头方向，继续掘进。

12．3．4　管道竣工测量

管道竣工后，必须测绘管道竣工图，一方面可以全面反映管道施工后的成果；另外，这些资料对于竣工总平面图的编绘、管道的施工质量验收、管道运营后的管理和维修以及管道工程的改扩建都是必不可少的。竣工图的测绘必须在管道埋设后，回填土以前进行，包括管道竣工平面图和管道竣工断面图两项内容。

1）管道竣工平面图测绘

随着市政建设的高速发展，管道种类越来越多，为了管理方便，必须分类编绘单项管道竣工带状平面图，其宽度应至道路两侧第一排建筑物外20　m，如无道路，其宽度根据需要确定。带状平面图的比例尺根据需要一般采用1∶500～1∶2　000的比例尺。

管道竣工平面图的测绘可以采用实地测绘和图解测绘两种方法进行。如果以有管道施测区域更新的大比例尺地形图时，可以利用已测定的永久性建筑物用图解法来测绘管道及其构筑物的位置；当地下管道竣工测量的精度要求较高时，可采用图根导线的要求测定管道主点的坐标，其与相邻控制点的点位中误差不应大于±5　cm，地下管线与邻近的地上建筑物、相邻管线、规划道路中心线的间距中误差不应大于图上的±0．5　mm。各类管道竣工平面图的测绘要点分别陈述如下：

（1）给水管道

测绘地面给水建（构）筑物及各种水处理设施。管道的结点处，当图上按比例绘制有困难时，可用放大的详图表示；管道的起始点、交叉点、分支点应注明坐标，变坡处应注明标高，变径处应注明管径和材料；不同型号的检查井应绘详图；还应测量阀门、消火栓以及排气装置等的平面位置和高程，并用规定的符号标明。

（2）排水管道

测绘污水处理构筑物、水泵站、检查井、跌水井、水封井、各种排水管道、雨水口、化粪池以及明渠、暗渠等。检查井应注明中心坐标、出入口管底标高、井底标高和井台标高，管底标高由管顶高程和管径、管壁厚度算得；管道应注明管径、材料和坡度；不同类型的检查井应绘出详图。

（3）自流管道

应直接测定管底高程，相对于临近高程的起始点，其高程中误差不应大于±2　cm。管道间距离应用钢尺丈量。如果管道互相穿越，在断面图上应表示出管道的相互位置，并注明尺寸。要依靠管线本身的特点进行检查。如自流形式的管线像雨水、污水管线，管内底高都是从高到低。如果出现异常，像反坡，可能是管底高程出现错误。又如雨污水等管线井距应该是固定的，如不固定时，就需要分析原因。

（4）输电及通讯线路

测绘总变电站、配电站、车间降压变电所、室外变电装置、柱上变压器、铁塔、电杆、地下电缆检查井等；通讯线路应测绘中继线、交接箱、分压盒、电杆、地下通讯电缆入口等。各种线路的起始点、分支点、交叉点的电杆应注明坐标，线路与道路交叉处应注明净空高，地下电缆应注明深度或电缆沟的沟底标高；各种线路应注明线径、导线数、电压等数据。各种输变电设备应注明型号和容量；测绘有关的建（构）筑物及道路。

（5）原有管道

对于原有管道根据具体情况采用调查法、夹钳法、压线法、感应法等不同的探测方法。调查法分下井调查和不下井调查两种，一般用2～5　m钢卷尺、皮尺、直角尺、垂球等工具，量取管内直径、管底（或管顶）至井盖的高度和偏距，以确定管道中心线与检查井处的管道高度。一口井中有多个方向的管道，要逐个量取并测量其方向，以便连线，若有预留口应该注明。下井调查时必须事前分析掌握管道分布情况、了解基本常识并采取相应的防护措施。若检查井已被残土埋没无法寻找时，可用其他方法配合调查法进行。

图12－15为某给排水管道工程竣工平面图，图中标明了检查井的编号、井口高程、管底高程、井间距离以及管径等，还用专门的符号标明了阀门、消火栓、水表以及污水管道等。

图12－15　给排水管道竣工平面图

2）管道竣工断面图测绘

设计施工图中通常都有管道断面图，包括管底埋深、桩号、距离、坡向、坡度、阀门、三通、弯头的位置与地下障碍等。绘竣工图时，应将所有与施工图不符之处准确地绘制出来，如管道各点的实际标高，管道绕过障碍的起止部位，各部尺寸，阀门、配件的位置标高等。绘制时，断面图与平面图应对应。应认真核对设计变更通知单、施工日志与测量记录，以实际尺寸为准。

本章小结

为城市各项公用设施的设计、施工、竣工和运营管理各阶段所需要进行的测量工作称为市政工程测量。各个单项市政工程测量，多在其中线附近的带状范围内施测，具有线路工程测量的特点。市政工程建设各阶段的测量工作分为设计测量、施工测量、竣工测量和变形观测等。由于道路桥梁工程测量在第11章已经作了详细分析，本章主要介绍了市政工程测量中管道工程测量部分。管道工程是工业与民用建筑中的重要组成部分。有给水管道、排水管道、煤气管道、热力管道和电缆、输油管道等。

管道工程测量的任务是：在设计前为管道工程设计提供地形图和断面图；在施工时按设计的平面位置和高程将管道位置测设于实地。

进行管道勘测设计，首先应分析原有地形图、管道平面图、断面图，并结合现场勘查。在图纸上选定拟建管道的主点（起点、终点、转折点）位置；然后进行管道中线测设和纵横断面图测量，以及绘制纵横断面图，为管道设计提供资料。施工时需进行管道施工测量。竣工后要进行竣工测量，作为维修管理的依据。由于管道大多敷设于地下，且纵横交错，因此必须严格按设计位置测设并且按规定校核。

习题与思考题

1．管道施工测量主要包括哪些工作？

2．根据图12－16中的数据，完成以下工作：

图12－16

（1）纵断面水准测量手簿的各项计算；

（2）绘制水平比例尺为1∶2　000，高程比例尺为1∶200的纵断面图；

（3）已知起点0＋000桩地面高程为22．485　m，其管底设计高程为21．00　m，在纵断面图上设计一条坡度为－6‰的管线，并进行各项有关数据的计算和填写。

3．某管道设计坡度为＋5‰，起点0＋000桩管底设计高程为45．889　m，测得龙门板0 ＋000、0＋010、0＋020、0＋030、0＋040处板顶高程分别为47．731　m、47．682　m、48．001 m、48．054　m、48．076　m。试选定下返数，完成坡度钉测设手簿的计算。

4．管道竣工测量的目的及其内容是什么？简述管道竣工测量的特点以及竣工测量中的基本要求。