隧道工程 隧道测量 知识详解(一套) (1)

1测量学第十四章隧道测量本章学习要点1、隧道测量的内容和作用；2、隧道洞外控制测量；3、隧道进洞测量；4、隧道洞内控制测量;5、隧道贯通误差预计;6、隧道施工测量与竣工测量。测绘工程系2目录第一节概述第二节洞外控制测量第三节隧道进洞测量第四节隧道洞内控制测量第五节隧道贯通误差预计第六节隧道施工测量第七节隧道峻工测量3§14—1概述14.1.1隧道测量的内容和作用•隧道工程施工需要进行的主要测量工作包括：1．洞外控制测量：在洞外建立平面和高程控制网，测定各洞口控制点的位置；2．进洞测量：将洞外的坐标、方向和高程传递到隧道内，建立洞内、洞外统一坐标系统；3．洞内控制测量：包括隧道内的平面和高程控制；4．隧道施工测量：根据隧道设计要求进行施工放样、指导开挖；5．竣工测量：测定隧道竣工后的实际中线位置和断面净空及各建、构筑物的位置尺寸。4•隧道测量的主要目的:是保证隧道相向开挖时，能按规定的精度正确贯通，并使各建筑物的位置和尺寸符合设计规定，不使侵入建筑限界，以确保运营安全。514.1.2隧道贯通测量的含义在长大隧道施工中，为加快进度，常采用多种措施增加施工工作面，如图14-1所示。图14-1增加施工工作面的方法(a)竖井(b)平洞(c)斜井1、贯通测量------两个相邻的掘进面，按设计要求在预定地点彼此接通，称为隧道贯通，为此而进行的相关测量工作称为~。贯通测量涉及大部分的隧道测量内容。62、贯通误差-------由于各项测量工作中都存在误差，导致相向开挖中具有相同贯通里程的中线点在空间不相重合，此两点在空间的连接误差（即闭合差）称为~。纵向贯通误差:该线段在线路中线方向的分量称为~;横向贯通误差:在水平面内垂直于中线方向的分量称为~;高程贯通误差:在高程方向的分量称为~。纵向误差----对贯通在距离上有影响；高程误差-----对坡度有影响；横向误差------对隧道质量有影响。不同的隧道工程对贯通误差的容许值有各自具体的规定。如何保证隧道在贯通时，两相向开挖的施工中线的闭合差（包括横向、纵向及高程方向）不超过规定的限值，成为隧道测量的关键问题。7fxfhfyEEEE纵向贯通误差:在线路中线方向的投影长度EE横向贯通误差:在垂至于中线方向的投影长度EE高程贯通误差:在竖直方向的投影长度（影响里程、坡度）（影响质量）（影响坡度）hiS2dhhdidSSS全微分纵向误差对坡度影响高程误差对坡度影响仅考虑纵向贯通误差时：21hhdidSdSSSS仅考虑高程贯通误差时：dhdiS110.012SkmdSmdi则当，纵向误差时，‰10.050.05Skmdhmdi则当，高程误差时，‰12ii限设取‰8§14.2洞外控制测量隧道的设计位置，一般是以定测的精度初步标定在地面上。在施工之前必须进行施工复测，检查并确认两端洞口的中线控制桩（也称为洞口投点）的位置，它是进行洞内施工测量的主要依据。一、控制点的设置：《测规》规定1、在每个洞口应测设不少于3个平面控制点（包括洞口投点及其相联系的三角点或导线点）2个高程控制点。2、直线隧道上，两端洞口应各确定一个中线控制桩，以两桩连线作为隧道的中线；3、在曲线隧道上，应在两端洞口的切线上各确定两个间距不小于200m的中线控制桩，以两条切线的交角和曲线要素为依据，来确定隧道中线的位置。9洞外控制测量各洞口外两点纳入控制网，洞口投点包含其中。曲线隧道时，必须包含切线上的转点，以便精确确定转向角及曲线其他元素。首级不便，插点形式也可（如上图）。图直线隧道曲线隧道《测规》：直线隧道＞1000m，曲线隧道＞500m，即须平面控制设计，高程路线＞5000m即须高程控制设计。103、平面控制网应尽可能包括隧道各洞口的中线控制点，这样既可以在施工测量时提高贯通精度，又可减少工作量。4、同时进行高程控制测量,联测各洞口水准点的高程，以便引测进洞，保证隧道在高程方向准确贯通。二、隧道洞外控制测量的目的是：（1）在各开挖洞口之间建立一精密的控制网，以便据此精确地确定各开挖洞口的掘进方向和开挖高程，使之正确相向开挖，保证准确贯通。（2）使各建筑物的位置和尺寸符合设计规定，不使侵入建筑限界，以确保运营安全。三、洞外控制测量：主要包括平面控制测量和高程控制测量两部分。1114.2.1洞外平面控制测量洞外平面控制测量应结合隧道长度、平面形状、线路通过地区的地形和环境等条件进行，可采用的方法有：中线法、精密导线法、三角锁网法、GPS测量。1．中线法（平面控制简单、直观，精度不高）适用于长度较短或贯通精度要求不高的隧道。方法：就是将隧道中线的平面位置，测设在地表上，经反复核对改正误差后，把洞口控制点确定下来，施工时就以这些控制点为准，将中线引入洞内。在直线隧道，于地表沿勘测设计阶段标定的隧道中线，用经纬仪正倒镜延伸直线法测设中线；在曲线隧道，则按铁路曲线测设方法，首先精确标出两端切线方向，然后测出转向角，将切线长度正确地标定在地表上，再把线路中线测设到地面上。经反复校核，与两端线路正确衔接后，再以切线上的控制点（或曲线主点及转点等）为准，将中线引入洞内。122．精密导线法在隧道进、出口之间，沿勘测设计阶段所标定的中线或离开中线一定距离布设导线，采用精密测量的方法测定各导线点和隧道两端控制点的点位。在进行导线点的布设时，除应满足6.2节的要求外，导线点还应根据隧道长度和辅助坑道的数量及位置分布情况布设。导线宜采用长边，且尽量以直伸形式布设，这样可以减少转折角的个数，以减弱边长误差和测角误差对隧道横向贯通误差的影响。为了增加检核条件和提高测角精度评定的可行性，导线应组成多边形导线闭合环或具有多个闭合环的闭合导线网，《测规》规定，在一个控制网中，导线环的个数不宜少于4个；每个环的边数宜为4～6条。导线可以是独立的，也可以与国家高等级控制点相连。导线水平角的观测，宜采用方向观测法，测回数应符合表14-1的规定。13三角锁、导线测量等级测角中误差（〃）仪器型号测回数二1.0DJ16～9DJ29～12三1.8DJ14DJ26四2.5DJ12DJ24五4.0DJ22表14-1测角精度、仪器型号和测回数14当水平角为两方向时，则以总测回数的奇数测回和偶数测回分别观测导线的左角和右角。左、右角分别取中数后应按式(14-1)计算圆周角闭合差⊿，其值应符合表14-2的规定。再将它们统一换算为左角或右角后取平均值作为最后结果，这样可以提高测角精度。⊿＝［左角］中﹢［右角］中﹣360°(14-1)导线等级二三四五⊿2.03.65.08.0表14-2测站圆周角闭合差的限差（″）15导线环角度闭合差，应不大于按下式计算的限差：)214(2nmf限式中m——设计所需的测角中误差（″）；n——导线环内角的个数。导线的实际测角中误差应按下式计算，并应符合控制测量设计等级的精度要求。)314(2Nnfm式中fβ——每一导线环的角度闭合差（″）；n——每一导线环内角的个数；N——导线环的总个数。16导线环（网）的平差计算:一般采用条件平差或间接平差。当导线精度要求不高时，亦可采用近似平差。用导线法进行平面控制比较灵活、方便，对地形的适应性强。我国长达14.3km的大瑶山隧道和8km多的军都山隧道，采用光电测距仪导线网作控制测量，均取得了很好的效果。17导线网特点：①布网自由、灵活，适应性好；②工作量小，1/3的三角测量；③内业相对简单。大瑶山隧道（14.295km）大秦线军都山隧道（8.46km）朔石线雁门关隧道（10.764km）候月线云台山隧道（8.147km）横南线分水关隧道（7.228km）南昆线米花岭隧道（8.654km）湘黔复线新雪峰山隧道（3.693km）深圳梧桐山公路隧道北京地铁复兴门折返线工程……等等。工程应用实例：上世纪80年代以来，因全站仪的普及，导线网已成为隧道控制的主要方案。如：（1）定测中线是采用光电测距仪测设的，且施工不设辅助导坑时，可采用单导线；（2）一般地，2KM以下的短隧道均可采用单闭合导线；（3）当两端洞口控制点与国家三角点方便联测时，可采用单附合导线；（4）除复杂的长大曲线隧道要采用GPS网、边角网或混合网外（不多见），几乎所有的中长隧道均可采用狭长的多环导线18图7-3（1）布置简况：①导线网包含四个闭合环：TC14-TC1-TC2-TC13-TC14；TC2-TC3-TC4-TC11-TC12-TC13-TC2；TC4-TC5-TC6-TC9-TC10-TC11-TC4；TC6-TC7-TC8-TC9-TC6②两洞口点进1（TC2）和出1（TC8）纳入主网，进2和出2为插点，进出洞口处各有三个控制点。③主网平均边长617.9m，最短边长315m，最长边1173m。洞口点至后视点（定向点）的最短边长（进2-TC1的边长）为301.6m，导线边最大倾角24，平均倾角815'。④由TCl610全站仪施测，测距标称精度为2mm+2ppm，测角精度1.5。主网水平角观测12个测回，附网观测9个测回（亦应观测12个测回为好），竖直角观测3个测回，边长观测3个测回。⑤估算的横向贯通误差为11.7mm（见算例7-2），实际为5.9mm，限差为55mm，隧道贯通面隧道为双洞直线型，全长3.02km和3.01km，三维导线网作平面控制。①②③④193、三角锁网法将测角三角锁布置在隧道进出口之间，以一条高精度的基线作为起始边，并在三角锁的另一端增设一条基线，以增加检核和平差的条件。三角测量的方向控制较中线法、导线法都高，如果仅从提高横向贯通精度的观点考虑，它是最理想的隧道平面控制方法。图直线隧道曲线隧道20由于光电测距仪和全站仪的普遍应用，三角测量除采用测角三角锁外，还可采用边角网和三边网作为隧道洞外控制。但从其精度、工作量等方面综合考虑，以测角单三角形锁最为常用。经过近似或严密平差计算可求得各三角点和隧道轴线上控制点的坐标，然后以这些控制点为依据，可计算各开挖口的进洞方向。4．GPS测量GPS是全球定位系统的简称，它的原理和使用方法，可参阅本书第16章有关内容。隧道洞外控制测量可利用GPS相对定位技术，采用静态测量方式进行。测量时仅需在各开挖洞口附近测定几个控制点的坐标，工作量小，精度高，而且可以全天候观测，因此是大中型隧道洞外控制测量的首选方案。2114.2.2洞外高程控制测量洞外高程控制测量，是按照设计精度施测各开挖洞口附近水准点之间的高差，以便将整个隧道的统一高程系统引入洞内，以保证在高程方向按规定精度正确贯通，并使隧道各附属工程按要求的高程精度正确修建。高程控制方法：1）常采用水准测量方法，2）四、五等高程控制亦可采用光电测距三角高程的方法进行。（但当山势陡峻采用水准测量困难时，）高程控制路线：应选择连接各洞口最平坦和最短的线路，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。每一个洞口应埋设不少于2个水准点，以相互检核；两水准点的位置，以能安置一次仪器即可联测为宜，方便引测并避开施工的干扰。高程控制水准测量的精度：一般参照表14-3的洞外部分即可。22测量部位测量等级每公里水准测量的偶然中误差M(mm)两开挖洞口间水准路线长度（km）水准仪等级／测距仪精度等级水准标尺类型洞外二≤1.0＞36DS0.5、DS1线条式铟瓦水准尺三≤3.013~36DS1线条式铟瓦水准尺DS3区格式水准尺四≤5.05~13DS3／Ⅰ、Ⅱ区格式水准尺五≤7.5＜5DS3／Ⅰ、Ⅱ区格式水准尺洞内二≤1.0＞32S1线条式铟瓦水准尺三≤3.011~32S3区格式水准尺四≤5.05~11DS3／Ⅰ、Ⅱ区格式水准尺五≤7.5＜5DS3／Ⅰ、Ⅱ区格式水准尺表14-3各等级水准测量的路线长度及仪器等级的规定23§14.3隧道进洞测量隧道进洞测量：（隧道洞外和洞内的联系测量）在隧道开挖之前，必须根据洞外控制测量的结果，测算洞口控制点的坐标和高程，同时按设计要求计算洞内待定点的设计坐标和高程，通过坐标反算，求出洞内待定点与洞口控制点（或洞口投点）之间的距离和夹角关系