隧道施工测量方法

第七章隧道施工测量§7-1隧道施工的特点及施工测量的任务和内容§7-2隧道贯通误差§7-3隧道洞外控制测量§7-4进洞关系计算和进洞测量§7-5隧道洞内控制测量§7-6隧道施工中线测设§7-1隧道施工的特点及施工测量的任务和内容•为了保证工期，常利用增加开挖面的方法，将整个隧道分成若干段同时施工；一、隧道施工的特点•开挖顺着中线不断地向洞内延伸，衬砌和洞内建筑物（避车洞、排水沟、电缆槽等）的施工紧跟其后，不等贯通，隧道内的大部分建筑物已经建成；增加开挖面的主要方法有：设置平行导坑或在隧道中部设置横洞、斜井或竖井。二、隧道施工测量的主要任务•保证洞内各项建筑物以规定的精度按照设计位置修建，不得侵入建筑限界。•保证相向开挖的工作面，按照规定的精度在预定位置贯通；两个开挖面相向开挖，在预定位置挖通称为贯通。贯通后，由两端分别引进的线路中线，应按设计规定的精度正确衔接。1.洞外总体控制作为指导隧道施工的测量工作，在隧道开挖前一般要建立具有必要精度的、独立的隧道洞外施工控制网，作为引测进洞的依据；对于较短的隧道，可不必单独建立洞外施工控制网，而以经隧道施工复测、调整后并确认的洞外线路中线控制桩为引测进洞的依据。三、隧道施工测量的特点2.洞内分级控制洞内控制点控制正式中线点（正式中线点是洞内衬砌和洞内建筑物施工放样的依据），正式中线点控制临时中线点；临时中线点控制掘进方向。洞内高程控制与平面相仿，临时水准点控制开挖面的高低，正式水准点控制洞内衬砌和洞内建筑物的高程位置。•对于采用全断面开挖法开挖的隧道，其测量过程与先挖导坑后扩大成型开挖的隧道基本一样，不同的是对临时中线点、临时水准点的测设精度要求较高，或者是直接测设正式中线点、正式水准点。3.开挖方法影响测量方式先导坑后扩大成型法对隧道的位置还有一定的纠正余地，隧道施工测量可先粗后精；全断面开挖法一次成型，隧道施工测量必须一次到位。4.隧道施工的特殊环境对控制点布设提出特殊要求隧道贯通前，洞内平面控制测量只能采用支导线的形式，测量误差随着开挖的延伸而积累。洞外控制网和洞内施工控制测量应保证必要的精度。控制点应设置在不易被破坏的位置处。四、隧道施工测量的主要内容•洞外平面控制测量；•洞外高程控制测量；•洞内平面控制测量；•洞内高程控制测量；•进洞测量；•洞内中线测设；•贯通误差调整；•竣工测量。§7-2隧道贯通误差一、贯通误差及其对隧道贯通的影响相向开挖的两条施工中线上，具有贯通面里程的中线点不重合，两点连线的空间线段称为贯通误差。实际的贯通误差只有在贯通后才能确定！贯通面1.贯通误差的分类•贯通误差在水平面上的正射投影称为平面贯通误差；•在铅垂面上的正射投影称为高程贯通误差，简称高程误差。贯通面平面贯通误差在水平面内可分解为两个分量：•与贯通面平行的分量，称为横向贯通误差，简称横向误差；•与贯通面垂直的分量，称为纵向贯通误差，简称纵向误差。贯通面2.贯通误差对隧道贯通的影响•高程误差主要影响线路坡度。•纵向误差影响隧道中线的长度和线路的设计坡度。•横向误差影响线路方向，如果超过一定的范围，就会引起隧道几何形状的改变，甚至造成侵入建筑限界而迫使大段衬砌拆除重建，既给工程造成重大经济损失又延误了工期。因此，必须对横向误差加以限制。3.横向误差和高程误差的限差两开挖洞口间长度（km）＜44~88~1010~1313~1717~20横向贯通误差（mm）100150200300400500高程贯通误差（mm）±504.影响贯通误差的主要因素及其分解•由于洞外控制测量、洞内外联系测量、洞内控制测量和洞内中线放样等项误差的共同影响。•一般将洞外平面控制测量的误差做为影响隧道横向贯通误差的一个独立的因素，将两相向开挖的洞内导线测量的误差各为一个独立的因素，按照等影响原则确定相应的横向贯通误差。•高程控制测量中，洞内、洞外高程测量的误差对高程贯通误差的影响，按相等原则分配。5.控制测量对贯通精度影响的限值测量部位横向中误差（mm）高程中误差mm相邻两开挖洞口间长度（km）＜44~88~1010~1313~1717~20洞外30456090120150±18洞内406080120160200±17洞外、洞内总影响5075100150200250±25二、贯通误差估算1.导线测量误差对横向贯通精度的影响（mm）2XyRmm•测角误差的影响设RX为导线环在隧道两洞口连线的一列边上的各点至贯通面的垂直距离（m），则导线的测角中误差m（″）对横向贯通中误差的影响为：贯通误差估算的方法因控制网的形式不同而异RX1RX2RX3RX4RX5RX6RX7RX812345678（mm）2XyRmmxy贯通面•测距误差的影响设导线环在邻近隧道两洞口连线的一列测边上的各边对贯通面上的投影长度为dy(m)，导线边长测量的相对中误差为ml/l，则由于测距误差对贯通面上横向中误差的影响为：2ylyldlmmdy2dy412345678dy1贯通面dy5dy72ylyldlmm22ylymmm•受角度测量误差和距离测量误差的共同影响，导线测量误差对贯通面上横向贯通中误差的影响为：方法1.按照严密公式计算(公式与方法见《新建铁路测量规范（条文说明）》)2.三角测量误差对横向贯通精度的影响估算12345678方法2.按导线估算（偏于安全，目前不提倡）3.高程控制测量对高程贯通误差的影响估算•在贯通面上，受洞外或洞内高程控制测量误差影响而产生的高程中误差为：）（47LMmh式中，M为每千米水准测量的偶然中误差，以mm计；L为洞外或洞内两开挖洞口间高程路线长度的公里数。算例•［例7-1］某铁路隧道为直线隧道，设计长度为L=1136.29m，洞外平面控制设计为单导线，其布设如图。试确定测量等级并判定该设计方案能否满足贯通的精度要求。ABB'C'E'D'F'DEFCYX贯通面图7隧道洞外导线布置示意图（1）图解相关数据•A、F为导线的始、终点，亦为隧道洞口控制点。•以洞外导线的始点A做为坐标系原点，以隧道中线按里程增加方向为X轴正向，建立测量坐标系。在地形图上，各导线点A、B、C、D、E、F在贯通面方向上的垂足分别为A′、B′，C′、D′、E′、F′，量算出各导线点的垂距RX及各导线边在贯通面方向上的投影长度dy，其结果于表7-3中。［解］（2）确定隧道洞外平面控制测量等级本例隧道长度小于2km，根据表7-5洞外导线测量适用长度知，洞外导线可布设为五等，即导线测角中误差为mβ=±4.0″，边长相对中误差为ml/l=1/20000。（3）估算洞外导线测量误差对贯通的影响洞外导线测量误差对贯通的影响列表计算如下表7-3洞外导线测量误差对横向贯通影响各导线点至贯通面的垂距RX各导线边在贯通面方向的投影长度dy点名RX（m）RX2（m2）导线边dy（m）dy2（m2）B400160000A~B14019600C15025500B~C401600D25062500C~D16025600E480230400D~E704900E~F13016900∑475400∑686002000010.4lmml=±13.4（mm）2XyRmm2ylyldlmm=±13.1（mm）22ylymmm=±18.7（mm）•洞外导线测量中误差对隧道的影响预计是18.7mm，其允许值是30mm，显然该洞外导线测量设计可行。注意：计算洞外导线测角误差影响值时，不应计入始、终点（即洞口控制桩）。但在引入洞内导线时，两洞口控制桩上需测角，故其测角误差应计入洞内的测量误差。§7-3隧道洞外控制测量•直线隧道长度大于1000m，曲线隧道长度大于500m，均应根据横向贯通精度要求进行隧道平面控制测量设计。•两相邻开挖洞口（包括横洞口、斜井口）高程路线长度大于5000m，应根据高程贯通精度要求进行隧道高程控制测量设计。一、洞外平面控制测量•对于直线隧道，洞外平面控制测量的目的主要是获取两端洞口较为精确的点的平面位置和引测进洞的方向；•对于曲线隧道，洞外平面控制测量除具有与直线隧道相同的目的外，还在于间接求算隧道所在曲线的转向角及两端洞口控制桩与交点的相对位置，进而按设计选配的圆曲线半径和缓和曲线长重新确定隧道中线的位置。1.中线法•中线法一般只能用于短于1000m的直线隧道和短于500m的曲线隧道的洞外平面控制。建立洞外平面控制的常用的方法有：中线法、精密导线法、三角网和GPS网等。•先将洞内线路中线点的平面位置测设于地面，经检核确认该段中线与两端相邻线路中线能够正确衔接后，方可以此作为依据，进行引测进洞和洞内中线测设。2.精密导线法•导线最短边长不应小于300m，相邻边长的比不应小于1：3，并尽量采用长边，以减小测角误差对导线横向误差的影响。•用导线方式建立隧道洞外平面控制时，导线点应沿两端洞口的连线布设。•导线点的位置应根据隧道的长度和辅助坑道的数量及分布情况，并结合地形条件和仪器测程选择。•导线的水平角一般采用方向观测法。当水平角只有两个方向时，可按奇数和偶数测回分别观测导线的左角和右角，这样可以检查出测角仪器的带动误差，数据处理时可以较大程度地消除此项误差的影响。•导线的内业计算一般采用严密平差法，对于四、五等导线也可采用近似平差计算•隧道洞外导线应组成闭合环，一个控制网中导线环的个数应不少于4个；每个环的边数约为4~6条，应尽可能将两端洞口控制点纳入到导线网中。3.三角网法•三角测量建立隧道洞外平面控制时，一般是布设成单三角锁的形式。•对于直线隧道，一排三角点应尽量沿线路中线布设。条件许可时，可将线路中线做为三角锁的一条基本边，布设为直伸三角锁。以减小边长误差对横向贯通的影响。•对于曲线隧道，应尽量沿着两洞口的连线方向布设，以减弱边长误差对横向贯通的影响。二、洞外高程控制测量•洞外高程控制测量的任务，是按照测量设计中规定的精度要求，以洞口附近一个线路定测点的高程为起算高程，测量并传算到隧道另一端洞口与另一个定测高程点闭合。•闭合的高程差应设断高，或推算到路基段调整。这样，既使整座隧道具有统一的高程系统，又使之与相邻线路正确衔接，从而保证隧道按规定精度在高程方面正确贯通，保证各项建筑物在高程方面按规定限界修建。洞外高程测量的等级划分测量部位测量等级每千米水准测量偶然中误差MΔ（mm）两开挖洞口间高程路线长度（km）水准仪等级/测距仪等级水准尺类型二≤±1.0＞36DS0.5、DS1因瓦水准尺DS1因瓦水准尺三≤±3.013~36DS3区格式水准尺四≤±5.05~13DS3/I、II区格式水准尺洞外五≤±7.5＜5DS3/I、II区格式水准尺•隧道高程控制测量一般采用水淮测量，对于四、五等高程控制测量也可采用光电测距三角高程测量。高程控制测量误差对高程贯通精度的影响受洞外或洞内高程控制测量的误差影响，贯通面上所产生的高程中误差按下式估算：式中：mΔ为每千米水准测量高差中数的偶然中误差，以mm计；L为洞外或洞内两开挖洞口间水准路线长度，以km计。Lmmh每千米水准测量高差中数的偶然中误差计算[例7—2]某铁路直线隧道，设计长度为5246m，分别由两端洞口相向开挖。两端洞口分别埋设四个水准点：BM23、BM23－1和BM24、BM24－1，其中BM23和BM24为定测线路水准点。洞外高程控制测量设计为四等水准测量，布设六个临时水准点。各测段水准路线长度、往返测高差观测值及高程计算列于表中，试计算每千米水准测量高差中数的偶然中误差mΔ，并估算mΔh。表7—11往返测高差观测值及高程计算实测高差（m）点号往测返测平均高差（m）高程（m）备注BM23569.760起算高程-2.3452.347-2.346BM23-1567.414-6.2996.302-6.3005P1561.1135-19.32619.322-19.324P2541.789523.632-23.62623.629P3565.418517.423-17.42717.425P4582.8435-27.57627.58