隧道工程测量实施方案以张家界庄塔引水隧道为例开题报告

学生毕业设计（论文）开题报告书课题名称隧道工程测量实施方案——以张家界庄塔引水隧道为例姓名翟彬彬学号1002601-04学院市政与测绘工程学院专业测绘工程指导教师曹元志（讲师）2014年3月15日※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2014届学生毕业设计(论文)材料（二）设计（论文）题目隧道工程测量实施方案——以张家界庄塔引水隧道为例课题的根据：1）说明本课题的理论、实际意义2）综述国内外有关本课题的研究动态和自己的见解1.本课题研究的理论意义隧道通常指用作地下通道的工程建筑物，一般可分为两大类。一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道。在很多书籍中均或多或少的阐述了工程施工测量，但是绝大部分均是理论力而的论述，而极为缺少实际的现场可操作反映。正是因为不清楚隧道施工工艺的工序，相当一部分的工程测量技术者在进入岗位后，往往会感觉到无从着手，因而在具体的操作中便出现了顾此失彼的不良情况，甚至还导致了工程的严重浪费。所以，加强隧道工程施工测量，有着十分重要的意义[1]。由于隧道形式不同，施工方法不同，对测量工作的要求也不同，但总的来说，施工测量一般是包括在地面上建立平而的与高程的控制网，随着施工的进展，将地而上的坐标、方向和高程传递到地下。在地下进行平而与高程的控制测量，再根据地下控制点进行施工放样、指导开挖、衬砌的施工。进行这些测量工作的目的，就是在地下标定出工程设计中心线与高程，为开挖衬砌指定方向、位置。保证在两个相向开挖而的掘进中，施工中线及高程能够正确贯通，符合设计要求，保证开挖不超过规定的界线，保证所有的建筑物在贯通前能正确修建，不侵入规定的界限，并能为各种变形观测提供方便[2]。隧道测量属于地下工程测量的一种，较之于常规工程测量，隧道测量施工条件差；不便于组织检核，出现误差不易发现；由于作业环境的要求，需要一些特殊的作业方法和仪器。隧道施工测量的工作包括洞外控制测量、隧道进洞测量、隧道洞内控制测量、隧道施工测量等几个主要步骤,其中后两个是隧道测量的主要内容[3]。通常贯通是同一隧道在不同的地点，以两个或两个以上的工作面，分段掘进，然后彼此相通。在掘进施工过程中不可避免地带有误差，它们的误差会对隧道贯通产生竖向误差、横向误差和纵向误差。由于高程控制误差对竖向误差影响的规律相对简单，而纵向误差并不直接影响隧道的贯通，因此施工测量人员最为关注的是地而控制网误差对横向贯通的影响。如果因贯通测量过程中发生误差而未能贯通或者贯通处的误差值超限，将严重影响隧道的质量和使用，甚至导致报废，这会在经济上和时间上给国家和企业造成不可挽回的损失，所以隧道施工控制测量方案的可行性对隧道施工有着直接的影响。因此，保证隧道的准确贯通，是施工测量人员最为主要的任务。为此，设计一个可行的隧道施工测量方案，就显得尤为重要[4]。2.本课题研究的实际意义隧道测量是在隧道工程设计、施工和运营管理阶段所进行的测量工作。隧道施工测量的目的是保证隧道相向开挖时能按规定的精度正确的贯通，并使各项建筑物按规定精度和设计位置修建，以确保运营安全[5]。为保证隧道的准确贯通，本着先整体后碎步的原则，在隧道沿线建立精密的控制网，覆盖所有隧道，使之总体受控，以便根据它进行隧道的洞内控制测量或中线测量。施工前尽快将对业主所交付的导线网进行复测并加密到各作业场地，采用精密水准测量复测业主所交水准网并延伸至各作业场地。要坚持各作业面间的联系测量，确保贯通误差在允许范围内。根据业主提供的工程定位资料和测量标志资料,对所给导线网、水准网及其它控制点进行复测；同时测设施工过程中使用的固定桩,并将测量成果书报请监理工程师及业主审查、批准。利用业主及工程师批准的测量成果书由处精测组以最近的导线点为基点，至少引测三个导线点至工地附近，布设成三角形，形成闭合导线网[6]。隧道施工及隧道施工测量的关键技术指标是横向贯通误差。地面控制测量、地下导线测量及联系测量的误差是导致隧道贯通误差的三个主要因素。为保证贯通误差小于设计值，需从贯通误差的限差出发，对各阶段的精度指标进行整体设计，给出各阶段的测量精度要求，从而既能让各阶段的测量工作顺利进行，又能保证最终的工程质量。如果没有测量精度的整体分析，则可能由于测量精度要求偏低造成质量事故，或是由于测量精度要求过高，使得测量工作量大大增加，造成人力物力的浪费和工期的延误。因此隧道测量必须以规定的精度认真、慎重的进行，避免产生严重后果，造成资源的浪费和返工横向贯通误差是评价隧道工程施工质量的重要精度指标。合理分配允许贯通误差并进行相应的施测精度方案设计是隧道工程测量工作的关键。对影响隧道贯通的不同测量阶段的精度及其对贯通误差的影响进行了详细分析，提出了基于贯通误差限差“按需分配”原则进行测量方案设计的方法。通过必要的数值计算，为多种隧道工程的测量方案设计提供比较直观的理论参考。由于隧道施工的特殊性，测量工作对于保证隧道施工质量以及进度都起到十分重要的作用。隧道工程由地上部分及地下部分组成，而且大型隧道工程往往分为不同的标段，由多个施工单位在若干个工作面施工完成一个完整的、合理的测量技术方案，是协调施工的各阶段、各单位的基本保证[7]。一套合格的隧道工程控制测量方案是保证隧道工程施工质量的前提，对满足隧道工程施工所必须的准确定位、实时监控、进程监控和工程的顺利贯通起到了决定性的作用。隧道控制测量的目的即是保证隧道在两个或两个以上开挖面的相向施工中，使其中的线形符合线路平面和纵断面的设计要求，并在满足限界要求的条件下、在允许的误差范围内，使两个相向施工的开挖面正确贯通[8]。对隧道贯通，规范要求贯通精度很高，隧道洞内控制测量精度的高低直接影响到贯通的精度，为了保证隧道在允许精度内贯通，首先要对洞内控制测量进行设计，在未贯通前对已施测的测量成果进行相应的精度估算，为了保证相应的控制测量精度还要采取相应的测量方案设计[9]。3.国内外研究动态数字化的隧道断面测量开始于上世纪的80年代初期，伴随着计算机技术和电子测距仪(EDM)的发展，瑞士安伯格测量技术公司首先研制出专门针对隧道断面测量的专用测量仪器AMTPROFILE2000断面仪，由于这种仪器大大提高隧道断面测量的工效，一经投放市场，受到用户的热烈欢迎[10]。90年代，安伯格测量技术公司又推出了更新一代的断面测量产品AMTPROFILE3000和AMTPROFILE4000型。这两种型号的产品于90年代中期被介绍到中国，在中国的许多重点工程中得到了应用，在指导隧道施工和质量控制等方面发挥了重要的作用，如二滩水电站、小浪底水电枢纽工程、秦岭铁路隧道、陕西高速公路隧道等。其中二滩水电站和小浪底水电枢纽工程由国外施工企业负责施工总承包，其在对中国分包施工企业的施工质量管理和控制等方面的许多做法给中国企业留下了深刻的印象。进入21世纪以后，随着全自动全站仪技术的发展，使得以全站仪为基础的隧道断面测量成为可能。一种全新的LEICATMS隧道测量系统应运而生，LEICATMS隧道测量系统是安伯格测量技术公司与徕卡测量系统股份公司强强联合的结晶。它吸取了前六代隧道断面测量的精髓，并赋予全新的设计理念，以智能化的应用软件配合LEICATPS1100/1200系列的通用全站仪，实现一机多用，能同时完成隧道断面测量和施工放样测量等多种测量任务。以高速相位式扫描为基础的隧道测量技术——TMSTunnelScan，每秒测的点云数量超过50万个，能够快速获得衬砌表面影像与其扫描点三维坐标，通过软件处理可获得真三维影像，已经在瑞士、德国应用于隧道测量和竣工验收测量[11]。目前，GPS技术在工程测量中作用愈发突出。常规测量控制网在地形地势条件恶劣时布设比较困难，通过采用GPS测量技术，有效解决施工过程中各种难题，保证隧道高精度贯通。一个非常典型的例子，利GPS测量技术在我国杭州湾跨海大桥中的应用也是用GPS技术布设首级控制网，可以满足后续隧道工程各节点施工的需要。例如，在我国晋南的云台山隧道全长8km，施测的GPS控制网同地面控制网的坐标较差小于1Omm。此外，日本山梨大隧道(35km)，英吉利海峡大隧道均施测了GPS控制网[12]。隧道施工方法主要有以下几种:1)掘进机法——掘进机法是挖掘隧道、巷道及其它地下空间的一种方法。简称TBM(tunnelboringmanchine）法，是用特制的大型切削设备，将岩石剪切挤压破碎，然后，通过配套的运输设备将碎石运出。分为全断面掘进机的开挖施工、独臂钻的开挖施工、天井钻的开挖施工、带盾构的TBM掘进法。隧洞掘进机开挖比钻爆法掘进速度快，用工少，施工安全，开挖面平整，造价低，但机体庞大，运输不便，只能适用于长洞的开挖，并且本机直径不能调整，对地质条件及岩性变化的适应性差，使用有局限性[13]。2)盾构法——指的是利用盾构进行隧道开挖、衬砌等作业的施工方法。盾构机在地铁隧道施工过程中，其推进方向的测量必须精度高并且有效、可靠。盾构机从一个车站(始发井)精确安装后，按设计的线路方向和纵坡掘进，再从另一个车站(接收井)中推出，其贯通误差就是盾构机掘进刀盘中心与预留洞中心的偏差值。按照《城市轨道交通工程施工测量规范》，应小于±50mm，否则盾构机就不能从接收井洞口推出。随着盾构在国内外隧道工程大量使用，盾构技术得到飞速发展，盾构的自动化、系统化有了不同程度的提高[14]。如果采用盾构机掘进，因盾构机的钻头架是专门根据隧道断面而设计的。可以保证隧道断面在掘进时一次成形，混凝土预制衬砌块的组装一般与掘进同步或交替进行，所以不需要测量人员放样断面。当采用盾构法或自动顶管法施工时，可以使用激光指向仪或激光经纬仪配合光电跟踪靶，指示掘进方向。光电跟踪靶安装在掘进机器上，激光指向仪或激光经纬仪安置在工作点上并调整好视准轴的方向和坡度，其发射的激光束照射在光电跟踪靶上,当掘进方向发生偏差时，安装在掘进机上的光电跟踪靶输出偏差信号给掘进机，掘进机通过液压控制系统自动纠偏，使掘进机沿着激光束指引的方向和坡度正确掘进。3)矿山法（钻爆法）——其施工方法是按分部顺序采取分割式一块一块的开挖，并要求边挖边撑以求安全，随着喷锚支护的出现，使分部数目得以减少，并进而发展成新奥法[15]。这种方法一般适用于基岩中的地下工程，并采用传统钻爆法或臂式掘进机开挖。盾构法隧道施工经常会遇到上软下硬不均匀地层，此时倘若隧道下穿既有线或建筑物不具备开舱换刀条件，将会导致盾构机无法正常掘进。在深圳地铁5号线盾构区间上软下硬地层中，局部改用矿山法开挖、初期支护后由盾构机拼装管片通过的施工方法，其经验可供地铁隧道施工参考。4)明挖法——指的是先将隧道部位的岩（土）体全部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术[16]。其缺点是对周围环境的影响较大。5)盖挖法——当地下工程明做时需要穿越公路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法。盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法[17]。6)浅埋暗挖法——浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上，又于1986年在具有开拓性、风险性、复杂性的北京复兴门地铁折返线工程中应用，在拆迁少、不扰民、不破坏环境下获得成功。同时，结合中国特点及水文地质系统，创造了小导管超前支护技术、8字型网构钢拱架设计、制造技术、正台阶环形开挖留核心土施工技术和变位进行反分析计算的方法，提出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”18字方针，突出时空效应对防塌的重要作用，提出在软弱地层快速施工的理念。由此形成了浅埋暗挖法，创立了适用于软弱地层地下工程设计、施工方法[18]。7)沉埋