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
=
ab1:298.257。 a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。
1
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
2
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C1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C2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HA，B点的设计高程为HB，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
Hi=HA+a （3—1）
要使B点高程为设计高程HB，则在B点的水准尺上的读数应为
b=Hi—HB (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HB，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HB，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HB。
【例3-1】设HA=35.255m，欲使设点B的高程为HB=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Hi=HA+a=35.255+1.587=36.842(m)，在B点水准尺上的读数应为：
b=Hi—HB=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DAP和坐标方位角aAB、aAP。
DAP=(xpxA)2(ypyA)2 （3—3）
aABarctan
yByA (3—4)
xBxA 3
aAParctan
yPyA (3—5)
xPxA测设用的水平角为
aAPaAB (3—6)
测设P点时，将经纬仪安置在A点，瞄准B点，顺时针方向测设角，得一方向线，然后在该方向线测设水平距离DAP，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，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
D'AP A实测D'AP后再根据D'AP与DAP的差值DDAPD'AP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hA，坡度为i，则
ih （3—7） D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
4
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HA，A、N点的水平距离为DAN，直线A、N的测设坡高为iAN，则可算出N点的设计高程为
HNHAiANDAN （3—8）
按测设高程的方法，在N点测设出HN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T1到P点后，转向PT2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 TRtga 2曲线长 LR· （3—9） ·180外矢矩 E=R(sec
a1) 2切曲差 J2TL
5
（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，由转角平分线方向量出外矢距E，定出QZ点。由于道路中线不经过交点JD，所以曲中点QZ和圆直点YZ的桩号，必须从起点ZY的桩号沿曲线长度推算出来。
主点桩号计算公式
ZY桩号=JD桩号—T
QZ桩号=ZY桩号+L/2 （3—10）
YZ桩号=QZ桩号+L/2
为了避免计算中的错误，可用下式进行计算检核： YZ桩号=JD桩号+T—J （3）主点的测设
经纬仪置于交点JD上，将望远镜照准ZY方向，自交点沿此方向量切线长T便定出曲线的起点ZY。然后将望远镜照准YZ方向，自交点沿此方向量切线长T定出曲线的的终点YZ。以0°00†00〞瞄准终点YZ,测设角度/2，可得两切线得分角线方向，沿此方向从JD量外距E便定出曲中点QZ。
3.圆曲线细部点的测设
圆曲线的详细测设，就是指测设除主要点以外的一切曲线点，包括一定距离加密点、百米点。圆曲线的详细测设的方法有很多种，下面主要介绍实践中用得比较多的切线支距法。
切线支距法的原理、主要公式及放样要素
原理：平面曲线的施工测量，就是依据曲线上的坐标值进行施工放样。平面曲线施工放样测量的计算，就是依据曲线的数学方程式，由已知弧长，求算曲线坐标。
由于采用的坐标不同，支距法可以分为切线支距和弦线支距法两种。切线支距法是以曲线起点ZY为坐标顶原点，其切线为x轴、过ZY的半径为y轴的直角坐标系统。利用曲线上各点在此坐标系统中的坐标，便可采用直角坐标法测设曲线。其作法主要是在地面上沿切线方向自ZY量出xi，在其垂线方向上量取yi,便可得曲线上的i点（见图3-9）
关键的问题是由圆曲线上任意一点 i的曲线长li及半径R确定i点的坐标xi与yi即建立参数方程。
由图3-9可以看出，曲线上任意一点i的坐标为
xiRsinai yiR(1cosai)
以aili/R代入上式并用级数展开，可得圆曲线的参数方程。
li2li5 xili246R120R （3—11）
li2li4li6 yi352R24R720R这样根据曲线半径与i点曲线长li代入上式即得i点的坐标。所以切线支距法放样圆曲线所要求的放样参数即为（xi,yi）。
用切线支距法测设的细部是相互独立的，误差不累积。若支距不太长，用此法具有操
6
作方便、精度较高的特点。但切线支距法不得自行闭合检查，必须用钢尺丈量曲线上相邻两点的距离作为检核。
3.3 渠道测量
渠道是常见的水利工程，在渠道勘测，设施和施工过程中进行的测量工作，称为渠道测量，渠道测量的内容和方法与一般道路测量基本相同。
渠道测量是根据规划和初步设计的要求，在地面上选定中心线，并测定纵、横断面，绘制成图。然后，计算工作量，编制概算和预算，作为方案比较和施工放样的依据。渠道测量，一般分为选线测量和定线测量。选线一般在规划阶段进行。当设计部门已初步确定路线的最佳方案，再进行定线测量。渠道施工前应进行施工放样。工程竣工后，应提交竣工测量资料。由此可见，测量工作始终贯穿于渠道工程建设的始末。
渠道测量主要内容包括：踏勘选线，中线测量，纵横断面测量，土方计算和施工测量等。本章只介绍渠道测量一般测量方法。
3.3.1 渠道选线测量
渠道选线的任务是在地面上选定合理路线，标定渠道中心位置。中线尽量短而直，尽量少占耕地，要避免修建过多的渠系和过水建筑物，沿线应有较好的地质条件。选线时尽可能确定一条既经济又合理的渠道中线。
1.踏勘选线
对于渠线较长的渠道一般经过实地查勘，室内选线，外业选线等步骤，对于渠线不长的渠道，可以根据资料，在实地查勘选线。渠道选线工作应有经验的规划人员配合测量人员一同进行，必要时，最好应有地质人员参加。
（1）实地查勘。搜集和了解有关资料，如土壤、地质、施工条件等资料。最好先在地形图上初选几条渠线，然后实地依次对所经地带实地查勘，进行分析比较，选取合理的渠线。
（2）室内组成。在室内进行图上选线，选定渠道中心线的平面位置，并在图上标出渠道转折点到附近明显地物点距离和方向。如果该地区没有适用的地形图，应根据查勘时确定渠道线路，测绘沿线宽约100—200m的带状地形图。
（3）外业选线。外业选线是将室内选线在实地标定出来，主要是把渠道的起点、转折点和终点标定出来，一般用大木桩或水泥桩来标定，并绘制该桩的点之记，以便以后寻找。外业选线有时要根据现场的实际情况，对图上所定渠线进行补充修改，使之完善。尤其对关键性地段和控制性点位，更应反复勘测，认真研究，从而选定合理的渠线。
2.水准路线布设
在渠道选线时，应沿渠线附近布设一些水准点，以便满足渠道纵横断面测量的需要。水准点点位即要便于日后用来测定渠道高程，又要能够长期保存，点位间隔在1—2km路线组成附合或闭合水准路线，一般用四等水准测量的方法施测。
3.3.2 中线测量
渠道中线测量的任务主要是把渠道中心线在地面上标定出来，测定渠线长度，用一系列里程桩标定渠线经过的位置。
1.中线的测设
中线测设的方法很多，穿线放样法是一种常用的方法，具体做法如下：
出发作（1）准备数据。如图3-10在带状地形图上，从初测时的导线点C2、C3、导线边的垂线，它们与设计中线交于D2、D3等点，图上量取垂线的长度，直角和垂线的长度就是放样数据，有时为了通视需要，在中线通过高地的地方放样点(如D1)，这时可以从图上量取极坐标放样所需的角度与距离S。
7
（2）实地放样。实地在相应的导线点上设置直角，并量距，定出一系列D2、D3等点。如果距离较短，可以用直角镜或方向架设置直角，如果距离较长，宜用经纬仪设置直角。
（3）穿线。中线某一直线上几个点由于图解量取放样数据误差原因，放样到实地后不会正好在一条直线上；为此要在实地决定出一条离这些点最近的直线——即中线，然后在经纬仪的帮助下，设置一系列标桩把中线表示出来。
（4）定出交点。定出相邻两中线段的交点，并测量路线的转向角。当用一台经纬仪工作时，先延长一中线，并在估计交点位置前后各设一骑马桩A、B（见图3-11），然后延长另一直线与A、B桩连线相交即得交点JD。得交点后，测量转向角a。
这种方法简单，外业工作不复杂，也不易出错，即使出错了也容易发觉，在工程测量中往往采用的方法。
2.里程桩测设
为了便于计算线路的长度和测绘纵横断面图，需要沿路方向在地面上设置桩，从起点开始，按规定每隔某一整数设一桩，此为整桩。根据不同的线路，整桩之间的距离也不同，一般为20m、30m、50m等（曲线上根据不同半径，每隔20m、10m或5m），在相邻整桩之间穿越重要地物处（如铁路、公路）要增设加桩，整桩和加桩统称里程桩。为了便于计算，线路里程桩均按桩的里程进行编号，并用红油漆写在木桩侧面，如整桩号为1+100,即此桩距渠道起点1km又100m(“+”号前的数为公里数，“+”号后的数为米数)，为了避免测设里程桩错误，量距一般用钢尺丈量两次，精度为1/1000。当精度要求不高时，可用皮尺或测绳丈量一次，再在观测偏角时用视距法进行检核。
中线测量完成后，一般应绘出渠道测量路线平面图，在图上绘出渠道走向，主要桩点，主要数据等等。
3.3.3 纵继面测量
纵断面测量又称路线水准质量，它的任务是测定中线上各里程桩的地面高程，绘制
8
路线断面图，供渠道纵坡设计之用。
1.纵断面测量
进行纵断面测量时，利用渠道沿线布设的水准点，每段从一个水准点出发，将渠线分成许多段，逐个测定该段渠上各中桩的地面高程，再附合到另一个水准点上，其闭合差不得超过±40lmm(l为附合路线长度，以km为单位)，或者±10nmm(n为测站数)，闭合差不用调整，但超限必返工。纵断面高程测量要求如下：
（1）观测时，以成像清晰、读数可靠为原则，前后视距不等差不加限制。
（2）一般由两台水准仪同时施测，其中一台仪器测定标石点及临时水准点高程；另一台仪器观测里程桩及沿线主要地物点高程。这样做法较为灵活，不会因一台仪器观测超限而全部重测。
（3）穿过河沟时的加桩，应连测高程。穿过铁路时，应测出轨面高程；穿过公路时，应测路面高程，还要测出路面高度。
（4）与地面高差小于2cm时，可以用桩顶高代替地面高，否则，应另测桩旁地面高程。
纵断面高程测量是利用间视法测量中心线上里程桩的地面高程，如图3-12所示，每一测站首先读取后前两转点的标尺的计算，再读取两转点间所有地面点（间视点）的标尺读数。0+000桩，0+200桩，0+400桩为转点，0+100桩，0+265.6桩，0+300桩，„为间视点。首先从BM1（高程为76.605M）引测高程，得0+000(TP1)高程，再将水准仪置于测站2，后视转点TP1，前视转点TP2，将观测结果记入表3-1中，搬站至测站3,后视转点TP1,前视TP3，然后观测间视点0+265.5桩，0+300桩，0+361桩，观测结果记录表中。
计算各里程桩的高程：
视线高程=后视点高程+后视读数 （3—12） 例如在测站2后视TP1（77.306）,后视读数为0.933m，则视线高程：
77.306+0.933m=78.239m
转点高程=视线高程-前视读数 （3—13）
例如在测站2，前视TP2，前视读数为1.958m，则转点TP2高程为
78.239m-1.958m=76.281m
间视点高程=视线高程-间视读数 （3-14）
例如在测站2，间视0+000桩，
78.239m-1.56m=76.679m
9
表3-1 纵断面水准测量记录 测站 1 2 测点 BM1 0+00（TP1） 100 200（TP2） 265.5 300 361 400（TP3） „ 0+800（TP6） BM2 后视读数 （m） 1.245 0.933 0.486 „ 0.848 视线高（m） 77.850 78.239 76.767 „ 75.790 前视读数 中间点 转点 1.56 2.58 0.97 0.50 „ 0.544 1.958 0.425 „ 1.121 1.324 高程（m） 76.605 77.306 76.68 76.281 74.19 75.80 76.27 76.342 „ 74.942 74.466 备注 已知高程 „ 已知高程为74.451 3 „ 6 2.纵断面图的绘制 纵断面是以中线桩的里程为横坐标，以高程为纵坐标的直角坐标系中绘制，为了明显表示地面起伏，一般取高程比例尺大10倍或20倍。纵断面图一般自左至右绘制毫米方格纸上。为了节省纸张和便于阅读，图上的高程，可以不从零开始，而从某一合适的数值起绘。根据各桩点的里程和高程在图上标出相应地面点位置，依次连接各点绘出地面线，再绘出渠底设计线。根据起点（0+000）的渠底设计高程，渠道比降和离起点的距离，均可以求得相应点处的“渠底高程”。然后，再根据各桩点的地面高程和渠底高程，即可算出各点的挖深或填高数，分别填在图中相应位置。如图3-13所示。
10
3.3.4 横断面测量
垂直于线路中线方向的断面称横断面，路线所有里程桩一般都应测量其横断面。横断面测量的主要任务是测量横断面地面高低起伏情况，并绘制出横断面图。横断面图是确定横向施工范围，计算土石方数量的必要资料。
1.横断面测量
横断面测量的宽度，根据实际工程要求和地形情况而定。横断面上中线桩的地面高程已在纵断面测量时测出，只要测出各地形特征点相对于中线桩的平距和高差，就可以确定其点位和高程。平距和高差，均用下列方法测定：
（1）水准仪皮尺法。此法适用于施测横断面较宽的平坦地区。如图3-14所示，安置水准仪后，以中线桩地面高程点为后视，以中线桩两侧横断面地形特征点为前视，标尺读数至厘米。用皮尺分别量出各特征点到中线桩的水平距离，量至分米，记录格式见表3-2，表中按路前进方向分左右侧记录。以分式表示前视读数和水平距离。高差由后视读数与前视读数差得到。
（2）经纬仪视距法。安置经纬仪于中线桩上，呆直接用经纬仪测定横断面方向，量出仪器高，用视距法测出各特征点与中线桩之间的平距和高差，此法适用于任何地形。利用全站仪测量速度更快，效率更高。
2.横断面图绘制
横断面也是根据断面测量成果绘制而成的（见图3-15）。为了计算方便，纵横比例尺应一致，一般取1：100或1：200，小渠道也可采用1：50。绘图时，以中线地面高程为准，以水平距离为横坐标，以高程为纵坐标。将地面特征点绘在毫米方格纸上，依次连接各点即成横断面的地面线。
表3-2 横断面测量记录表 前视读数（左侧） 水平距离22.51.691.451.501.53 2415.812.59.97.2后视读数 桩号1.750050(右侧)前视读数 水平距离1.010.56 13.223.6
11
3.3.5 土方计算
3
渠道工程必须在地面上挖深或填高，使渠道断面符合设计要求。所填挖的体积以m为单位，称为土方。土方计算方法虽然简单，但是，计算工作量大。土方的多少，往往是总工作量的重要指标。为了编制渠道工程的经济预算，以及安排劳动力，制定合理的施工方案，必须认真做好土方的计算。土方计算的方法常采用平均断面法如图3-16所示，先算出相邻两中心桩应挖（或填）的横断面面积，取其平均值，再乘以两断面间的距离，即得两中心桩之间的土方量，以公式表示
VD(A1A2)/2 （3-15）
3
式中：V为两中心桩间的土方量，m；A1、A2分别为两中心桩应挖或填的横断面
2
的面积，m;D为两中心桩间的距离，m。
1.确定挖方或填方的面积范围
如图3-17（a）所示，在土质渠段的设计断面采用等腰梯形。组成梯形断面的要素有内边坡、外边坡、渠底宽、渠项宽、
水深、超高和内、外肩宽及坡脚宽等。在岩石地带，设计断面采用矩形，此时内边坡垂直于渠底，如图3-17(b)所示。
12
确定挖或填方面积时，可以根据设计断面的要素，绘在相应桩号的地形横断面图上，这样做，既费工，精度上也不必要。因此，在实际工作中，可按地形横断面图的比例尺，制成设计断面模片，先将模片按照渠底设计高程套绘在地形横断面图上，然后，用铅笔沿模片边缘，绘出设计横断面的轮廓。按照设计断面与地形的关系，渠道土方可分为挖方、填方、半挖半填方如图3-18所示。
2.计算面积
设计面积与地形断面交线围成的面积，即为该端面挖方或填方的面积。计算面积的方法很多，通常采用的方法有方格法和梯形法。
（1）方格法
2
以厘米方格为基本单位，分别数出挖方或填方范围内的方格数再乘以每1cm代表的实际面积，即得挖或填方面积。数方格时，先数整方格，再用目测法取长补短，将不整齐的部分，折合成几个整方格，最后加在一起，得到总方格数。
（2）梯形法
梯形法是将欲测图形分成若干等高梯形，然后按梯形面积的计算公式进行量测和计算。如图3-19所示，将中间挖方图形划分为若干梯形，其中li为梯形的中线长 ,h为梯形的高，为了计算方便，常将梯形的高采用1cm，这样只需量取各梯形的中线长并相加，按下式即可求图形面积A
Ah(l1l2ln) （3-16）
13
3.计算土方体积
根据相邻中心桩的设计面积及两断面间的距离，按公式化（3-15）计算出相邻横断面间的挖方或填方。然后，将挖方和填方分别求其总和。总土方量应等于总挖方量与总填方量之和。如果相邻断面有挖方和填方，则两断面之间必有不挖也有填点，该点称为零点。
3.3.6 渠道施工测量
渠道施工测量主要包括：恢复中线测量、施工控制桩的测设，渠道边坡桩的测设等工作。 1.恢复中线测量
从工程勘测开始，经过工程设计到开始施工这段时间里，往往会有一部分中线桩被碰动或丢失。为了保证线路中线位置的正确可靠，施工前应进行一次复核测量，并将已经碰动或丢失过的交点桩、里程桩恢复和较正好，其方法与中线测量相同。
2.施工控制桩的测设
中线桩在施工过程中要被告锯掉或填埋。为了施工中及时方便，可靠地控制中线位置，需要在不易受施工破坏，便于引测，易于保存桩位的地方测设施工控制桩。控制桩有以下两种测设方法。
（1）平行线法，平行线法是在设计渠道宽度以外测设两排平行于中线的施工控制桩如图3-20所示，控制桩的间距一般取10～20m。此法多用于地势较平坦，直线段较长的路段。 （2）延长线法。延长线法是渠道转折处的中线延长线上，以及曲线中点至交点的延长线上打下施工控制桩，如图3-21所示，延长线法多用于地形起伏较大，直线路段较短的山区。
14
3.1 渠道边坡放样
为了指导渠道的开挖和填土，需要在实地标明开挖线和填土线，这些挖、填线在每个断面处是用边坡桩标定的。所谓边坡桩，就是设计横断面线与原地面线交点的桩。标定边坡桩的放样数据与中心桩的水平距离，通常直接从横断面图上量取。放样时，先在实地用“+”字直角器定出横断面方向，然后根据放样数据，在横断面方向将边坡桩标定在地面上。如图3-22所示，从中心桩O向左侧方向量取L1的左内边坡桩e,量L3得左外边坡村d。同样，从中心桩向右侧量取的内边坡桩f，分别打下木桩，即为开挖、填筑界线的标志，连接各断面相应的边坡桩，洒以石灰，即为开挖线和填土线。
最后，为了保证渠道的修建质量，还要进行验收测量，验收测量一般是用水准测量的方法检测渠底高程，有时还需检测渠堤顶的高程、边坡坡度等，以保证渠道按设计要求完工。
3.4 水工建筑物施工放样
水利工程一般由若干建筑物组成，这些建筑物的综合体称为水利枢纽。 3.4.1 土坝施工放样 1.土坝控制测量
建立土坝施工控制网应首先根据基本网确定坝轴线，然后以坝轴线为依据布设坝身控制网以控制坝体细部的放样。兹分述如下。 （1）坝轴线的确定
对于中小型土坝的坝轴线，一般是由工程设计人员和勘测和员组成选线小组，深入现场进行实地勘测，根据当地的地形，地质和建筑材料等条件，经过方案比较，直接在现场选定。
对于大型土坝以及与混凝土坝衔接的土质副坝，一般经过现场踏勘，图上规划等多次调查研究和方案比较，确定建坝位置，并在坝址地形图上结合枢纽的整体布置，将坝轴线标于地形图上，如图3-23中的M1、M2。再根据预先建立的基本控制网用角度交会法将 M1和M2放样到地面上。
坝轴线的两端点在现场标定后，应用永久性标志标明。为了防止施工时端点被破坏，应将坝轴线的端点延长到两面山坡上，如图3-23中的
'M1'、M2。
（2）建立平面控制网
直线型坝的放样控制网通常采用矩形网或正方形方格网作平面控制。网格的大小与坝体大小和地面情况有关。
1）测设坝轴垂直线
具体测设步骤和方法如下： A．在坝轴线两端找出与坝顶设计高程相同的地面点（即坝顶端点）。为此，将经纬仪安置在坝轴线上，以坝轴线定向，从水准点向上引测高程，当水准仪的视线高达到略高于坝顶设计高程时，算出符合坝顶设计高程应
15
有的前视标尺读数，再指挥标尺在坝轴线上移动寻找两个坝轴端点，并打桩标定，如图3-24中的M和N。
B．以任一个坝顶端点作为起点，每隔一定距离设置里程桩，在坡度显著变化的地方设置加桩。当距离丈量有困难时，可采用交会法定出里程桩的位置。如图3-24所示，在便于量距的地方作坝轴线MN的垂线EF,用钢尺量出EF的长度，测出水平角∠MFE，算出平距ME。
1ME20这时，设欲放样的里程桩号为0+020，先按公式tg计算出角，然
EFF点的经纬仪测后两台经纬仪分别在M点和F点设站，M点的经纬仪以坝轴线定向，
设出角，两仪器视线的交点即为0+020桩的位置。其余各桩按同法标定。
C．在各里程桩上测设坝轴线的垂线。垂线测定后，应向上、下游延长至施工影响范围之外，打桩编号，如图3-25所示。
2）测设坝轴平行线
在河滩下选择两条便于量距的坝轴垂直线，根据所需间距，从坝轴里程桩起，沿垂线向上、下游丈量定出各点，并按轴距（即至坝线的平距）进行编号，如上20、上20、„，下10、下20„。两条垂线上编号相同的点连线即坝轴平行线，应将其向两头延长至施工影响范围之外，打桩编号（见图3-25）。
在测设平行线的同时，还可一道放出坝顶肩线和变坡线，它们也是坝轴平行线。 （3）高程控制网的建立
用于土坝施工放样的高程控制，可由若干永久性水准点组成基本网和临时作业水准点两级布设。基本网一般在施工影响范围之外布设水准点，用三等水准测量按环形路线（如图3-26）中由ⅢA经BM1~BM6，再至ⅢA测定它们的高程；临时水准点直接用于坝体的高程放样，布置在施工范围内不同高度的地方并尽可能做到安置一、二次仪器就能放样高程。临时水准应根据施工进程临时设置，附合到永久水准点上（如图3-26中由BM1经1～3再至BM3）从水准基点引测它们的高程，并应经常检查，以防由于施工影响发生变动。
16
2.土坝清基开挖与坝体填筑的施工测量 （1）清基开挖线的放样
清基开挖线是坝体与自然地面的交线，亦即自然地表上的坝脚线。套绘断面法是最简易的清基开挖线放样方法。
此法与渠道断面放样相仿。首先测定各里程桩高程，沿垂直线方向测绘断面图（即横断面图），在各断面图上再套绘坝体设计断面（见图3-27），从图上量出两断面线交点（即坝脚点）至里程桩的距离（见图3-27中的D1和D2），然后据此在实地垂线上放样出坝脚点。将各垂线上的坝脚点连起来就是清基开挖线。但清基有一定的深度，为了防止塌方，应放一定的边坡，因此实际开挖线需根据地质情况从所定开挖线向外放宽一定距离，撒上白灰标明，如图3-25中的虚线所示。
（2）起坡线的放样
清基完工后，位于基坑底面上的坝脚线称为起坡线。起坡线是填筑石或浇筑混凝土的边界线。起坡线的放样也可采用套绘断面法。如果采用断面法，首先必须恢复里程桩，修测横断面图（即在原断面图上修测靠坝脚开挖线部分），从修测后的横断面图上量出坝脚点的轴距再去放样。
起坡线的放样精度要求较高。无论采用哪种方法放样，都应进行检查。如图3-28所示，设所放出的点为P。检查时，用水准测量测定此点高程为HP，则此点至坝轴里程桩的实
17
地平距（或放点时所用的平距）DP应等于按下式所算出来的轴距，即
bDp(H顶HP)m
21/1000，如果实地平距与计算的轴距相差大于应在此方向移动标尺重测高程和重量平
距，直至量得立尺点的平距等于所算出的轴距为止，这时的立尺才是起坡点应用的位置。所有的坡点标定后，连成起坡线。
（3）坝体边坡的放样
土石坝边坡放样很简单，通常采用坡度尺法或轴距杆法。混凝土坝的边坡放样必须装置模板，模板的斜度用坡度尺确定。
（1）坡度尺法。按设计坝面坡度1：m特制一个大三角板，使两直角边的长度分别为1市尺和m市尺；在长为m的直角边上安一个水准管。放样时，将小绳一头系于起坡桩上，另一头系在坝体横断面方向的竹杆上，将三角板斜边靠着绳子，当绳子拉到水准居中时，绳子的坡度即等于应放样的坡度（见图3-29）。
（2）轴距杆法。根据土石坝的设计坡度，算出不同层高坡面点的轴距d，编制成表。此表按高程每隔1m计算一值。由于坝轴里程桩会被淹埋，必须以填土范围之外的坝轴平行线为依据进行量距。为此，在这条平行线上设置一排竹杆（称轴距杆），如图3-29所示。设平行线的轴距为D，则上料桩（坡面点）离轴距杆为Dd，据此即可定出上料桩的位置。随着坝体增高，轴距杆可逐渐向坝轴线移近。
上料桩的轴距是按设计坝面坡度计算的，实际填土时应超出上料位置，即应留出夯实和修整的余地，如图3-29中虚线所示。超填厚度由设计人员提出。混凝土坝的中间部分是分块立模的，应先将分块线投影到基础面或已浇好的坝块面上，再在离分块线0.2m的地方弹出一条平行墨线，以供检查和校正模板之用。在沿分块线立模上，在模板顶部钉一颗长0.2m(包括模板厚)的钉子，吊下垂线，若垂线正对平行线，则说明模板已竖直。
3.4.2 水闸施工测量
水闸一般由闸室段和上、下游连接段三部分组成（见图3-30）。闸室是水闸的主体，这一部分包括底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等。上、下游连接段有防冲槽、消力池、翼墙、护坦（海漫）、护坡等防冲设施。由于水闸一般建筑在土质地基甚至软土质地基上，因此通常以较厚的钢筋混凝土底板作为整体基础，闸墩和翼墙就浇筑在底板上，与底板结成一个整体。放样时，应先放出整体基础开挖线；在基础浇筑时，为了在底板上预留闸墩和翼墙的连接钢筋，应放出闸墩和翼墙的位置。具体放样步骤和方法如下。
1.主轴线的测设和高程控制网的建立
水闸主轴线由闸室中心线（横轴）和河道中心线（纵轴）两条互相垂直的直线组成。
18
从水闸设计图上可以量出两轴交点和各端点的坐标，根据坐标反算出它们与邻近测图控制点的方位角、用前方交会法定出它们的实地位置。主轴线定出后，应在交点检测它们是否相互垂直，若误差超过10〞，应以闸室中心线为基准，重新测设一条与它垂直的直线作为纵向主轴线，其测设误差应小于10〞。主轴线测定后，应向两端延长至施工影响范围之外，每端各埋设两个固定标志以表示方向（见图3-31）
高程控制采用三等或四等水准测量方法测定。水准基点布设在河流两岸不受施工干扰的地方，临时水准点尽量靠近水闸位置，可以布设在河滩上。
2.基础开挖线的放样
水闸基坑开挖线是由水闸底板的周界以及翼墙、护坡等与地面的交线决定的。为了定出开挖线，可以采用本章第一节介绍的套绘断面法。首先，从水闸设计图上查取底板形状变换点至闸室中心线的平距，在实地沿纵向主轴线标出这些点的位置，并测定其高程和测绘相应的河床横断面图。然后根据设计数据（即相应的底板高程和宽度，翼墙和护坡的坡度）在河床横断面图上套绘相应的水闸断面（见图3-32），量取两断面线交点到测站点（纵轴）的距离，即可在实地放出这些交点，连成开挖边线。
为了控制开挖高程，可将斜高l注在开挖边桩上。当挖到接近底板高程时，一般应预留0.3m左右的保护层，待底板浇筑时再挖去，以免间隙时间过长，清理后的地基受雨水冲刷而变化。在挖去保护层时，要用水准测定底面高程，测定误差不能大于10mm，
3.水闸底板的放样
底板是闸室和上、下游翼墙的基础。闸孔较多的大中型水闸底板是分块浇筑的。底板放样的目的首先是放出每块底板立模线位置，以便装置模板进行浇筑。底板浇筑完后，要在底板上定出主轴线、各闸孔中心线和门槽控制线，并弹墨标明。然后以这些轴线为基准标出闸墩和翼墙的立模线，以便安装模板。
19
（1）底板立模线的标定和装模高度的控制
为了定出立模线，先应在清基后的地面上恢复主轴线及其交点的位置，于是必须在原轴线两端的标桩上安置经纬仪进行投测。轴线恢复后，从设计图上量取底板四角的施工坐标（即至主轴线距离），便可在实地上标出立模线的位置。
模板装完后，用水准测量在模板内侧标出底板浇筑高程的益，并弹出墨线表示。 （2）翼墙和闸墩位置及其立模线的标定
由于翼墙与闸墩是和底板结成一个整体，因此它们的主筋必须一道结扎。于是在标定底板立模线时，还应标定翼墙和闸墩的位置，以便竖立连接钢筋。翼墙、闸墩的中心位置及其轮廓线，也是根据它们的施工坐标进行放样，并在地基上打桩标明。
底板浇筑完后，应在底板上再恢复主轴线，然后以主轴线为依据，根据其他轴线对主轴线的距离定出这些轴线（包括闸孔和闸墩中心线以及门槽控制线等），且弹墨标明。因为墨线容易脱落，故必须每隔2～3m用红漆画一圈点表示轴线位置。各轴线应按不同的方式进行编号。根据墩，墙的尺寸和已标明的轴线，再放出立模线的位置。圆弧形翼墙的立模线可采用弦线支距法进行放样。
3.4.3 隧道工程测量 1.隧道测量概述
道路穿越山体要开凿隧道。为加快工程进度，缩短通风距离，要进行多头对向掘进，称为贯通。隧道施工通常是从地面开掘平峒、斜井或立井进入地下，以增加掘进工作面。如图3-33。在隧道贯通面上，两端的隧道中线一般不能完全吻合，会产生横向、竖向及纵向偏差。其中纵向偏差仅影响隧道的长度，而横、竖向偏差影响隧道的正常使用，十分重要的，应满足规定的限差要求。允许值分别为±20cm、±10cm、±5cm。为保证贯通的精度，隧道施工时要利用测量技术控制开挖位置、掘进方向及坡度。测量工作是使隧道能按设计要求正确施工的重要保证。
20
2.地面控制测量
为准确给出隧道的平面位置和高程，保证隧道贯通的精度，首先要进行地面控制测量。 （1）平面控制测量
隧道平面控制测量的任务就是测定各洞口附近控制点的平面位置，作为隧道内平面控制、指示隧道掘进方向的依据。隧道两端应有各一个平面控制点位于中线上。隧道平面控制测量的方法有以下几种：
1）直接定线。
此法适用于较短的直接隧道。如图3-34，A、D为隧道两端的中线点，现要在地面上标定与A、D同在一直线上的B、C两点。确定B、C的方法为：在A大致确定A、D方向，并在该方向上标出点B'。将AB'方向依次延长至C'及D附近的D'。上述工作可用经纬仪完成，同时需测定AB'、B'C'、C'D'的距离。再量出DD',计算B'、C'到隧道中线的偏离量B'B、C'C，由偏离量可确定中线点B、C。再延长AB至C、D处，若与 C、D重合，B、C即为所求点。若不重合，则再按上述方法进行调整，直到满足要求为止。施工时，就可分别用A、B和D、C在两端给出隧道的掘进方向。
2）导线测量 如图3-35，在隧道两端中线点A、B之间布设一条或两条导线，求出各导线点的坐标。导线尽量靠近洞轴线布设。
3）三角测量。
如图3-36，若隧道较长，不适宜布设导线时，可在两端中线点A、B之间布设三角网，求得各三角点坐标。与导线相比，三角测量精度高。而且，网中除测角外，还可测量部分或全部边长，以进一步提高三角测量的精度，有效地控制贯通的偏差。
4）GPS
使用此法时，除隧道两端中线点A、B外，只需再布设几个与之通视的点（一般每端不少于两个）即可。GPS技术灵活方便，精度高，已在隧道工程中广泛使用，尤其在地形复杂的高山区。
不论用何种方法进行平面控制，都要按工程要求的精度，选择相应的控制等级。 （2）高程控制测量
隧道高程控制测量的任务就是按工程要求的精度，在各洞口附近建立高程控制点，作为隧道内高程控制、指示掘进坡高的依据。隧道高程控制通常在各洞口之间布设三、四等水准线路。每一洞口附近埋设的水准点应不少于两个，且相距不要太远，以便联测检核。
（3）隧道施工测量
（1）隧道开切时掘进方向的标定
地面控制测量完成后，可根据隧道两端的控制点（如图3-35、图3-36中的A、C和
21
B、D等）和隧道中线的方位角计算指向角，在实地测设出角即可得到隧道的掘进
方向。由于方向的测量误差对贯通的影响较大，用于标定隧道中线起始点特点重要。因此，在隧道口应埋设若干固定在实地，以保证该方向不受施工的影响。如图3-37。
此外，还应按设计要求，在隧道开切面上标出腰线点，以控制隧道开切的竖向位置。
（2）隧道内施工测量
隧道按开切方向施工后，洞内的施工测量就是要标定中线和腰线，保证隧道方向和坡度满足设计要求，标定中线和腰线的同时，还要按要求的间距标定里程桩。
为了施工方便，隧道内中、腰线点间距很短、测量误差累积较快。因此，隧道内要进行控制测量，以保证测量工作的精度。
此外，为增加掘进工作面，要开挖立井、斜井或平峒。斜井和平峒可采用导线测量、水准测量或三角高程测量方法直接将坐标和高程引入井下，指导施工。但通过立井将坐标和高程引入井下需用特殊方法。
4.隧道竣工测量
隧道竣工后，要检查施工结果是否符合设计要求，为设备安装和运营管理提供资料，应进行竣工测量。其内容有：①检测中线：每隔一定距离（直线50m、曲线20m）测定一中线点。②纵断面测量：每隔10～20m测量底板和拱顶高程，绘出纵断面图。③横断面测量：每隔10m（直线）或5m（曲线）测量隧道横断面，并绘制横断面图。
习 题
3.1 测设的基本工作有哪些？
3.2 测设点的平面位置有哪些方法？ 3.3 简述用水准仪测设坡度的方法？ 3.4 已知控制点A（150.36,247.15）、B（247.58，154.56）待定点P（100.00，200.00），试计算用极坐标法测设P点的测设数据，并简述其测设方法。 3.5 设水准点A的高程为25.362m，现要测设高程为24.500m的B点，仪器安置与AB两点之间，在A尺上的读数为1.256m，则B尺上的读数应为多少？如欲使B桩的桩顶的高程为24.500m，应如何测设？
3.6 要在AB方向上测设一条坡度为I=－5%的坡度线，已知A点的高程为32.365m，A、B两点间的水平距离为100m，则B点的高程应为多少？
22
3.7 已知圆曲线半径R=300m，转向角a=30.45†，交点JD的里程为DK3+376.86，求曲线元素及主要点的里程。 3.8 中线测量的方法？
3.9 纵断面测量方法步骤？纵断面图是如何绘制的？ 3.10 横断面测量方法步骤？横断面图是如何绘制的？ 3.11 土方量是怎样计算的？ 3.12 边坡桩是如何测设的？
3.13 土埧施工测量的内容有哪些？ 3.14 闸底板施工放样的方法步骤怎样？ 3.15 隧洞地面控制测量有哪些方法？
23
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容