地铁隧道控制测量技术(地面控制测量、联系测量、洞内控制测量)

地铁隧道施工控制测量第1页.共16页地铁隧道施工控制测量地铁隧道施工控制测量第2页.共16页目录一、地铁隧道施工测量的内容及特点二、编制目的三、编制依据四、地面控制测量五、联系测量六、高程传递测量八、洞内施工测量九、贯通误差测量十、断面测量十一、结束语地铁隧道施工控制测量第3页.共16页地铁隧道施工控制测量中铁X局集团有限公司万海亮一、地铁隧道施工测量的内容及特点地铁工程主要有车站和隧道组成，多建于城市地下，但也有些区段会采用地面或者高架线路。隧道施工控制测量是地铁施工测量的重点和难点，所以这里主要介绍地铁隧道施工控制测量。1.1地铁隧道施工测量的内容地铁隧道控制测量一般是要通过已完成的车站（盾构始发井）、竖井、或地面钻孔把地面(井上)控制点的坐标、方位及高程传递到地下(井下)，从而将地面和地下控制网统一为同一坐标（高程）系统，作为地下导线的起算坐标、起始方位角和起始高程基准，依此指导和控制地下区间隧道开挖并保证正确贯通。因此，地铁隧道施工测量的内容主要有：地面平面控制测量、地面水准控制测量、联系测量、竖井高程传递、洞内控制测量、隧道施工测量、贯通测量。地铁隧道施工产生的测量误差除地面控制点的因素外，还包括井上与井下联系测量误差以及区间隧道施工控制测量误差。因此，地面控制测量、联系测量及区间隧道施工控制测量是地铁施工测量的三个关键因素，也是直接影响地铁贯通精度的关键控制点。1.2地铁隧道施工测量的特点1、地铁工程线路长，全线分区段施工，各区段开工时间、施工方法各异，且由不同承包商施工，要确保贯通，每个区段不仅要完成本段的测量任务，还要注意与邻接工程的衔接。地铁隧道施工控制测量第4页.共16页2、地铁线路长，且在主要地下施工，控制网要采取分级分段建立。3、地铁暗挖隧道，施工工艺复杂，地下施测条件差，测量工作量大。4、地铁隧道贯通精度及建筑限界都有要求严格，在隧道施工的各个阶段必须对地面和地下控制网进行联系测量。因此应结合城市地铁的工程的特点建立合理、满足精度要求的地铁施工控制网对地铁隧道的顺利、准确贯通非常关键。二、编制目的为使地铁施工优质、高效、顺利进行，施工过程中不出现由于测量错误或误差超限而引起的结构物返工或整改等质量问题，在施工过程中必须通过科学的测量方法，按照规范要求定期对控制网进行复测，使施工测量全过程处于受控状态。最终保证按期完成施工任务并交付验收。三、编制依据1、《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）2、《工程测量规范》（GB50026-2007）3、《城市测量规范》（CJJ8-99）4、《西安地铁建设工程施工测量管理细则》5、《西安地铁工程施工测量、监测管理管理办法（暂行）》6、业主测量队所交测点，控制点数据资料。四、地面控制测量4.1地面平面控制测量《城市轨道交通工程测量规范GB50308－2008》规定：向隧道内传递坐标和方位时，应在每个井（洞）口或车站附近至少布设三个平面控制点及两个水准控制点作为联系测量的依据。地铁隧道施工控制测量第5页.共16页平面控制网测量严格按照《城市轨道交通工程测量规范GB50308－2008》中精密导线网测量的方法与要求进行。4.1.1平面控制网测量主要技术要求如下表：表1精密导线测量主要技术要求边长测回数Ⅰ级全站仪Ⅱ级全站仪Ⅰ、Ⅱ级全站仪3503--4±41/60000±2.546往返测距各2测回±5√n1/35000±8方位角闭合差（″）全长相对闭合差相邻点的相对点位中误差(mm)平均边长（m)闭合环或附合导线总长度（km)每边测距中误差(mm)测距相对中误差测角中误差（″）水平角测回数注：1、精密导线网应沿线路方向布设，并应布设成附合导线、闭合导线或结点导线网的形式；2、n为导线的角度个数，一般不超过12；3、附合导线线路超长时，宜布设结点导线网，结点间角度个数不超过8个。4.1.2平面控制网测量注意事项a、采用I级全站仪进行测量，为了提高精度，测量时可采用六测回作业，采用方向观测法，六测回作业，各测回按照下表变换度盘：测回序号123度盘编制0-00-5060-24-15120-33-20测回序号456度盘编制180-30-30240-50-00360-20-20b、当观测仅有两个方向时，在观测总测回中以奇数测回和偶数测回分别观测导线前进方向的左角和右角，左角平均值与右角平均值之和与360°的差值不大于4″。c、水平角方向观测法的技术要求：半测回归零差不大于6″，一测回内2C较差不大于9″，同一方向值各测回较差不大于6″。地铁隧道施工控制测量第6页.共16页d、水平角观测误差超限时，在原来度盘位置上按上述要求进行重测。e、精密导线边长测量在成像清晰和气象条件稳定时进行，往返观测，单向由正倒镜各一测回构成，测距时测出气象数据并加以改正，测距的技术要求：全站仪等级一测回中读数间较差单程各测回间较差往返侧或不同时段结果较差Ⅰ342（a+bd)注：（a+bd）为仪器标称精度，a为固定误差，b为比例误差系数，d为距离测量值（以千米计）。f、一测回指照准目标一次读数四次。另外，测距时应读取温度和气压，测前、测后各读取一次，取平均值作为测站气象数据。温度读至0.2℃，气压读至50Pa。气象改正，根据仪器提供的公式进行改正；也可以将气象数据输入全站仪内自动改正。g、其他技术要求例如：高程归化及高斯投影改化参考规范4.2地面水准控制测量4.2.1地面水准控制测量主要技术要求如下表：根据《城市轨道交通工程测量规范GB50308－2008》，本次高程复测采用二等水准测量，技术要求如下：偶然中误差MΔ全中误差Mw与已知点连测附合或环线二等±2±42--4DS1铟瓦尺或条码尺往返测各一次往返测各一次±8√L往返较差、附合或环线闭合差（㎜）水准尺水准测量等级每千米高差中数中误差（㎜）附合水准路线平均长度（㎞）水准仪等级观测次数注：L为往返测段、附合或环线的路线长（以㎞计）。地铁隧道施工控制测量第7页.共16页4.2.1地面水准控制测量注意事项a、二等水准网测量的观测方法应符合下列规定:往测奇数站上：后—前—前—后，偶数站上：前—后—后—前，返测奇数站上：前—后—后—前，偶数站上：后—前—前—后。并且往测与返测采用分时段测量（上午往测，下午返测）；往测转为返测时，两根水准尺必须互换以抵消铟瓦尺误差，并应重新整置仪器。b、二等水准测量关于视线长度、视距差、视线高度要求（m）：视线长度20m以上视线长度21m以下二等≤60≤2≤4≥0.4≥0.3等级视距前后视距差前后视距累计差视线高度为消除i角误差的影响，用测绳或测量上下丝等方法进行量距，保证前后视距差、前后视距累计差满足要求。c、二等水准测量的测站观测限差（mm）：等级上下丝读数平均值与中丝读数之差基辅分划读数之差基辅分划所测高差之差检测间歇点高差之差二等30.50.72五、联系测量联系测量应包括：地面近井导线测量和近井水准测量；通过竖井、斜井、钻孔的定向测量和传递高程测量；地下近井导线测量和水准测量等。定向测量常用的方法有：联系三角形法；陀螺经纬仪、铅垂仪（钢丝）组合法；导线直接传递法；地铁隧道施工控制测量第8页.共16页5.1联系三角形法如图5.1所示A为地面控制点，与其他地面控制点通视（如图中T方向），实际工作中至少有两个控制点通视。A’为地下洞内定向点（地下导线点），与另外一地下导线点T’通视；O1、O2为悬挂在井口支架上的两根钢丝，钢丝下端挂重锤，并将重锤置于机油桶内，使之稳定。A'wT'定位板支架绞车YaB滑轮cA稳定液重锤钢丝Twba绞车桶B'a'c'Yb'a'图5.1：联系三角形定向法5.1.1联系三角形布设要求：（1）竖井中悬挂钢丝的距离a应尽可能长；（2）联系三角形锐角宜小于1°，呈直伸三角形；（3）b/a及b’/a’宜小于1.5,b为近井点至悬挂钢丝的最短距离。5.1.2联系三角形测量采用方向观测法观测地上和地下联系三角形角度w、w’a、a’各4～6测回，角度中误差应在±2.5″；联系三角形边长测量可采用光电测距仪（配合反射棱镜片）或者经检定的钢尺丈量，每次独立测量三测回，每测回三次读数，各测回较差应小于1㎜。地上与地下丈量的钢丝间距较差应小于2㎜，同时实测值a(a’)与由余弦定理计算的联系三角形同一边长差值也应小于2㎜。钢尺测距注意加力、倾斜、温度尺长改正。地铁隧道施工控制测量第9页.共16页5.1.3联系三角形计算(1)根据传递方向应选择小角B(B’)的原则，定向边坐标方位角α(A’T’)为：α(A’T’)=α(AT)+w+a+B-B’+w’(范围0°～360°)α(AT)为地面已知点坐标方位角；w、w’为观测角值；B、B’为联系三角形推算值。(2)地下定向点A’的坐标X(A’)、Y(A’)为：X(A’)=X(A)+c*cos(AO2)+b’*cos(O2A’)Y(A’)=Y(A)+c*sin(AO2)+b’*sin(O2A’)对于联系三角形定向法的精度不做讨论。5.1.4联系三角形法注意事项(1)具体测量中为提高定向精度，一般在进行一组测量后稍微一动吊锤线，使传递经过不同的三组联系三角形独立进行。(2)有条件时可以悬挂三根钢丝，组成双联系三角形，这样传递过程中可以同时获取地下定向边的两个方位角，提高地下定向边方位角精度。5.1.4工程实例西安地铁一号线玉～洒区间联系测量采用联系三角形法，从盾构接收井和出土井分别挂钢丝GS1、GS2，相对于一井中两根钢丝这样做最大的优点是两钢丝间的距离大大增加，使投向误差明显减小。如图5.2所示地面近井点通过Y1、Y2、Y3将悬挂钢丝GS1、GS2与AD、SG（GPS点）组成闭合导线（局部为结点导线网），以此可以求得近井点（Y1、Y2、Y3）、钢丝（GS1、GS2）的坐标及坐标方位角。地铁隧道施工控制测量第10页.共16页5.2井下如图5.3所示，置镜S1，后视GS1，前视S3，测出边长GS1-S1、边长S1-S3及角度A；置镜S3，后视GS2，前视S1，测出边长GS2-S3、边长S3-S1及角度B；5.3通过解三角形的方法求得边长S3-GS1、边长S1-GS2,角C、角D；进而求得S1、S3坐标及其坐标方位角。5.2两井定向两井定向的外业测量与一井定向类似。也包括投点、地面和井下连接测量，只是两井定向时每个井筒只悬挂一根钢丝。两井定向与一井定向相比，两钢丝间的距离大大增加，使投向误差明显减小。这是两井定向的最大优点。由于两井定向中两根钢丝间往往不能直接通视，而是通过导线连接起来。通过联测测出井上、井下导线各边的边长及其连接水平角，在内业计算时必须采用假定坐标系。地铁隧道施工控制测量第11页.共16页两井定向是在两个井筒内各投下一个点，它们的坐标是通过地面连接导线测设后计算出来的。而到了井下，它们之间是不能通视的，这样井下连接导线A′—1—2—3—4—B′就形成一条定向符合导线。具体计算如下：（1）根据地面连接测量的成果，按照导线的计算方法，计算出地面两钢丝点A、B的平面坐标（xA，yA）、（xB，yB）。（2）计算两钢丝点A、B的连线在地面坐标系统中的方位角和边长：tanyyxx22ABDxy（3）以井下导线起始边A′1为x′轴，A点为坐标原点建立假定坐标系，计算井下导线各连接点在此假定坐标系中的平面坐标，设B′点的假定坐标为（xB′，yB′）。（4）计算AB连线在假定坐标系中的方位角αAB′''''arctan'''BABABBAByyyxxx（5）计算井下起始边在地面坐标系统系统中的方位角'1'ABAB（6）然后根据'1和A点的地面坐标计算出井下导线各点在地面坐标系统中的坐标和方位角，最后算得悬线垂线B的坐标。5.3陀螺经纬仪、铅垂仪（钢丝）组合法一井定向也可以采用激光垂准仪与陀螺经纬仪组合的方法进行。如图5.4所示投点前先于竖井底合适位置布设点J1、J2，再将垂准仪依次架于J1、J2之上，垂准仪激光向下对点J1、J2；竖井上方架设简易平台，将配套激光靶固定于简易平台之上，垂准仪激光向上投于激光靶上