长安大学《测量学》第十四章 隧道测量

第十四章隧道测量长安大学公路学院§14-1概述一、公路隧道隧道:位于地表以下，一个方向的尺寸远大于另两个方向的尺寸，两端起联通作用功能的人工建筑物称地道。横截面较小时称坑道，横截面较大时称隧道。1．隧道类型按其所处的位置不同分可为:山岭隧道、水下隧道（河底和海地）以及城市隧道等；按其横断面形状分为圆形、椭圆形、马蹄形、眼睛形（孪生形）等；按其用途可分为交通隧道和运输隧道.§14-1概述一、公路隧道1．隧道类型按其长度的不同又分为四类。隧道分类特长隧道长隧道中隧道短隧道隧道长度L(m)L＞30001000L3000500L1000L500公路隧道的分类§14-1概述一、公路隧道2.隧道组成与结构主体建筑物和附属建筑物。主体建筑物包括洞身衬砌和洞门，后者包括通风、照明、防排水、安全设施等。3.隧道设计阶段特长隧道和对路线有控制作用的长隧道，以及地形、地质状况比较复杂的隧道，在勘测设计上采用两阶段设计，隧道的测量工作也包括初侧和定测两个阶段。§14-1概述一、公路隧道3.隧道设计阶段（1）初测的主要任务和要求初测的主要任务是根据隧道选线的初步结果，在选定的隧道线位走廊带进行控制测量、地形测量、纵断面测量，为地质填图和隧道的深入研究和设计提供点位参数、地形图条件及技术说明。初测的基本要求：①布设控制点，进行控制测量。②按隧道选定方案进行带状地形图测量。③按隧道中线地面走向测量纵断面图。§14-1概述一、公路隧道3.隧道设计阶段（1）初测的主要任务和要求（2）定测的主要任务根据批准的初步设计文件确定隧道洞口位置，测定隧道洞口上面的隧道路线，进行洞外控制测量。§14-1概述二、隧道施工测量1.隧道施工测量的任务隧道施工测量的任务是保证隧道各施工洞口相向开挖能够正确贯通，并使各项建筑物按照设计位置和尺寸修建，不得侵入限界。2.隧道施工测量的内容隧道施工测量包括施工前洞外控制测量、施工中洞内测量及竣工测量。施工中洞内测量又包括洞内控制测量、施工中线测量、高程测量、断面测量及衬砌施工放样测量等。§14-1概述二、隧道施工测量2.隧道施工测量的内容（1）地面（洞外）控制测量：在地面上建立平面和高程控制网；（2）联系测量：将地面上的坐标、方向和高程传到地下，建立地面地下统一坐标系统；（3）地下控制测量：包括地下平面与高程控制；（4）道施工测量：根据隧道设计进行放样、指导开控及衬砌的中线及高程测量。§14-2隧道洞外控制测量一、洞外平面控制测量1.中线法（1）原理及方法中线法是在隧道洞顶地面上用直线定线方法，把隧道中线，每隔一定距离用控制桩精确地标定在地面上，作为隧道施工引测进洞的依据。§14-2隧道洞外控制测量一、洞外平面控制测量1.中线法（2）适用范围该法宜用于隧道较短、洞顶地形较平坦，且无较高精度的测距设备的情况下。但必须反复测量，防止错误，并要注意延伸直线的检核。中线法的优点是中线长度误差对贯通的横向误差几乎没有影响。§14-2隧道洞外控制测量一、洞外平面控制测量2.导线法（1）原理及方法隧道洞外导线测量与路线导线测量方法相同，但它的精度要求较高，导线布设必须按照隧道建筑的要求来确定。（2）适用范围长隧道、洞外地形复杂量距又特别困难等。§14-2隧道洞外控制测量一、洞外平面控制测量3.三角测量法（1）原理及方法隧道三角网一般布置成与路线同一方向延伸的三角锁。隧道全长及各进洞点均包括在控制范围内，三角点应分布均匀，并考虑施工引测方便和使误差最小。§14-2隧道洞外控制测量一、洞外平面控制测量3.三角测量法（2）适用范围当隧道较长地形起伏多变，不便用导线法作洞外平面控制时，常采用三角测量法。4．用GPS定位系统建立控制网（1）原理及方法§14-2隧道洞外控制测量一、洞外平面控制测量4．用GPS定位系统建立控制网（2）适用范围利用GPS定位系统建立洞外的隧道施工控制网，由于无需通视，故不受地形限制，减少了工作量，提高了速度，降低了费用，并能保证施工控制网的精度。§14-2隧道洞外控制测量二、地面高程控制测量1.隧道高程控制测量隧道高程控制测量的任务，是按照规定的精度，施测隧道洞口附近水准点的高程。根据两洞口点间的高差和距离，可以确定隧道底面的设计坡度，并按设计坡度控制隧道底面开挖的高程。2.精度要求一次相向贯通的隧道，在贯通面上对高程要求的精度为±25mm。对地面高程控制测量分配的影响值为±18mm，分配到洞内高程控制的测量影响值是±17mm。地面水准测量等级选定及技术要求，符合规范要求。§14-2隧道洞外控制测量二、地面高程控制测量3.水准路线方案设计水准路线应选择在连接两端洞口最平坦和最短的地段，以期达到设站少，观测快，精度高的要求。水准路线应尽量直接经过辅助坑道附近，以减少联测工作。每一洞口埋设的水准点应不少于两个。两个水准点间的高差，以能安置一次水准仪即可联测为宜，两端洞口之间的距离大于lkm时，应在中间增设临时水准点，水准点间距以不大于1km为宜。洞外高程控制通常常采用三，四等水准测量方法，往返观测或组成闭合水准路线进行施测。水准点应埋设在坚实、稳定和避开施工干扰之处。§14-3路线引测进洞数据的计算一、直线隧道1.原理两洞口控制桩位于三角网的两端，各三角点的坐标为(xi，yi)。其引进数据的计算是要算出隧道中线与某一已知边的夹角β1、β2和AB的水平距离DAB。中线N24B31A2ββABαα1A11123ABABAB22()()BABADxxyy§14-3路线引测进洞数据的计算一、直线隧道2.测设方法在实地置仪器于A点后视1点，拨角β1即为AB进洞方向；同样置仪器于B点后视3点，拨角β2即为BA进洞方向。中线N24B31A2ββABαα1A1§14-3路线引测进洞数据的计算二、曲线隧道三角网控制的曲线隧道，设各三角点坐标为(xi，yi)，路线转折点JD、曲线起点B(ZH)、曲线终点C(HZ)的坐标根据设计图也可求得。有了这些洞外洞内坐标，同样按坐标反算的方法可求得夹角β1、β2和AB、CD的水平距离DAB、DCD。从而可在实地标定出AB及CD之进洞开挖方向和控制其开挖长度。DC(HZ)B(ZH)JD1ββ2AN中线§14-3路线引测进洞数据的计算三、隧道内横洞引进数据的计算，主要是算出CD与正洞中线的交角β2；C(或D)点到正洞与横洞交点E的距离和A点到E点的距离等。2ββ1EC横洞DBA§14-4竖井联系测量一、竖井联系测量的任务按照地下控制网与地面上联系的形式不同，定向的方法可分为下列四种：（1）经过一个竖井定向（简称一井定向）；（2）经过两个竖井定向（简称两井定向）；（3）经过横洞（平坑）与斜井的定向；（4）应用陀螺经纬仪定向。§14-4竖井联系测量二、几何定向几何定向分一井定向和两井定向。1．一井定向（1）投点投点所用垂球的重量与钢丝的直径随井深而异。由于井筒内受气流、滴水的影响，使垂球线发生偏移和不停的摆动，故投点分稳定投点和摆动投点。§14-4竖井联系测量二、几何定向1．一井定向（2）连接测量选择C和C′时应满足如下要求：①CD和C′D′长度应大于20m；②C和C′点应尽可能在AB的延长线上，即γ、α，和γ′β′不应大于2°③b/c、b′/c一般应小于1.5，即C和C′应尽量靠近垂球线。§14-4竖井联系测量二、几何定向1．一井定向（3）内业计算规范规定：地面上不应超过±2mm；地下不应大于±4mm。'ccosabbac2222算cosbabac2222算算测算测ccccccc§14-4竖井联系测量二、几何定向1．一井定向（3）内业计算当时，时，可用正弦公式计算αβ。sinsinsinsincbca1782,cbca20160§14-4竖井联系测量二、几何定向1．一井定向（3）内业计算1804DCDCCBABCAcCBABCAcyyyycyxxxxcx§14-4竖井联系测量二、几何定向1．一井定向（4）一井定向的误差定向误差包括：地面的连接误差m上；地下的连接误差m下；投向误差θ。井下一次独立定向的定向边C′D′方位角的中误差为2222222mmmmmMDCDC)()(§14-4竖井联系测量二、几何定向2．两井定向在两井筒各下放一根垂球线，然后在地面和井下分别将其连接，形成一个闭合环，从而把地面坐标系的平面坐标和方位角引测到井下。（1）投点投点的方法和要求与一井定向相同。§14-4竖井联系测量二、几何定向2．两井定向（2）连接测量对井上、井下布设的导线事先要做误差预计。根据使用的仪器、采用的测量方法、导线布设的方案，估算一次定向测量的中误差，若不超过±20″，这个方案才能使用。§14-4竖井联系测量二、几何定向2．两井定向（3）内业计算①根据地面导线计算两垂球线的坐标，反算连线的方位角αAB和长度c。②假定井下导线为独立坐标系，以A点为原点，以A1为x′轴，用导线计算方法计算出B点的坐标，得。反算AB的假定方位角和长度c′。BByx,§14-4竖井联系测量二、几何定向2．两井定向（3）内业计算cRHccfcfc不应大于2倍连接测量的中误差。1AABABBAAByyBAABxxyyfxxf)()(22yxsfff其全长相对闭合差容KSfs][。§14-4竖井联系测量三、通过竖井传递高程1．用钢尺导入高程井下B点高程其中：cptdABllllbabaHH)()(EFPPllp)(0Ellc22§14-4竖井联系测量三、通过竖井传递高程2．光电测距仪导入高程法（1）用光电测距仪测出井深L，将高程导入地下lhLLhHHAB)(221§14-4竖井联系测量三、通过竖井传递高程2．光电测距仪导入高程法（2）则井下B点的高程：lbaLbaHHAB§14-5隧道洞内导线与洞内中线测量一、洞内导线测量1.地下导线测量的特点（1）地下导线随隧道的开挖而向前延伸，所以只能逐段设支导线。而支导线采用重复观测的方法进行检核。（2）导线在地下开挖的坑道内敷设，因此其导线形状（直伸或曲折）完全取决于坑道的形状，导线点选择余地小。（3）地下导线是先敷设精度较低的施工导线，然后再敷设精度较高的基本控制导线。§14-5隧道洞内导线与洞内中线测量一、洞内导线测量2.地下导线的布设（1）施工导线：在开挖面向前推进时，用以进行放样且指导开挖的导线测量，施工导线的边长一般为25～50m。（2）基本控制导线：当掘进长度达100～300m以后，为了检查隧道的方向是否与设计相符合，并提高导线精度，选择一部分施工导线点布设边长较长，精度较高的基本控制导线，基本导线的边长一般为50～100m。§14-5隧道洞内导线与洞内中线测量一、洞内导线测量2.地下导线的布设（3）主要导线：当隧道掘进大于2km时，可选择一部分基本导线点敷设主要导线，主要导线的边长一般为150～800m（用测距仪测边）。§14-5隧道洞内导线与洞内中线测量一、洞内导线测量2.地下导线的布设§14-5隧道洞内导线与洞内中线测量一、洞内导线测量3.地下导线的外业（1）选点。隧道中的导线点要选在坚固的地板或顶板上，应便于观测，易于安置仪器，通视较好；边长要大致相等，不小于20m。（2）测角。隧道中的导线点如果在顶板上，就需点下对中（又称镜上对中），要求经纬仪有镜上中心。地下导线一般用测回法、复测法，观测时要严格进行对中，瞄准目标或垂球线上的标志。§14-5隧道洞内导线与洞内中线测量一、洞内导线测量3.地下导线的外业（3）量边。一般