第十三章 隧洞施工测量

第十三章隧洞施工测量Unit13Constructionandmeasuringinhollows西安理工大学工程管理系马斌ProjectManagementDepartmentofXI’AnUniversityofTechnologyMaBin2005年1月22日22.1.2005概述Summarize洞外控制测量Measuringanddominationoutside隧洞掘进中的测量工作Measuringworkwhiledigging竖井和旁洞的测量Measuringsiloandhollow§13.1概述§13.1summarize在水利工程建设中，为了施工导流、引水发电、或修渠灌溉，常常要修建隧洞。本章将介绍中小型隧洞施工测量的基本方法。隧洞施工测量与隧洞的结构型式、施工方法有着密切的联系，一般情况下隧洞多由两端相向开挖，有时为了增加工作面还在隧洞中心线上增开竖井，或在适当的地方向中心线开挖平洞或斜洞（图13-1)，这就需要严格控制开挖方向和高程，保证隧洞的正确贯通。所以，隧洞施工测量的任务是：标定隧洞中心线，定出掘进中线的方向和坡度，保证按设计要求贯通，同时还要控制掘进的断面形状，使其符合设计尺寸。§13.2洞外控制测量§13.2Measuringanddominationoutside一、地面控制测量（一）平面控制隧洞平面控制网可以采用三角锁或导线的形式，但水利工程中的隧洞一般位于山岭地区，故多采用三角锁的形式。当具有电磁波测距仪时，也可采用电磁波测距导线作为平面控制。如果有测图控制网能满足施工要求，应尽量加以检核使用。坝轴线的两端点在现场标定后，应用永久性标志标明。为了防止施工时端点被破坏，应将坝轴线的端点延长到两面山坡上。1．三角测量敷设三角锁时应考虑将隧洞中线上的主要中线点包括在锁内，尽可能在各洞口附近布置有三角点，以便施工放样，并力求将洞口、转折点等选为三角点，以便减小计算工作量提高放样精度。2.导线测量采用导线作为平面控制时，其距离丈量相对误差不得大于1/5000，角度用DJ6经纬仪测一测回或DJ‘经纬仪测两测回，角度闭合差不应超过士24″√n．（n为角的个数）。导线的相对闭合差不应大于1/50000（二）高程控制为了保证隧洞在竖直面内正确贯通，将高程从洞口及竖井传递到隧洞中去，以控制开挖坡度和高程，必须在地面上沿隧洞路线布设水准网。一般用三、四等水准测量施测，可以达到高程贯通误差容许值为士50mm的要求。建立水准网时，基本水准点应布设在开挖爆破区域以外地基比较稳固的地方。作业水准点可布置在洞口与竖井附近，每一洞口要埋设两个以上的水准点。二、隧洞洞口位里与中线掘进方向的确定在地面上确定洞口位置及中线掘进方向的测量工作称为洞外定线测量，它是在控制测量的基础上，根据控制点与图上设计的隧洞中线转折点、进出口等的坐标，计算出隧洞中线的放样数据，在实地将洞口位置和中线方向标定出来，这种方法可称为解析法定线测量。另外，当隧洞很短，没有布设控制网时，则在实地直接选定洞口位置，并标定中线掘进方向，这种方法称直接定线测量。现分述如下。（一）直接定线测量对于较短的隧洞，可在现场直接选定洞口位置，然后用经纬仪按正倒镜定直线的方法标定隧洞中心线掘进方向，并求出隧洞的长度。如图13-2所示，A、B两点为现场选定的洞口位置，且两点互不通视，欲标定隧洞中心线，首先约在AB的连线上初选一点C‘，将经纬仪安置在C’点上，瞄准A点，倒转望远镜，在AC‘的延长线上定出D‘点，为了提高定线精度可用盘左盘右观测取平均，作为D’点的位置；然后搬仪器至D‘点，同法在洞口定出B’点，图13-2隧洞直接定线示意图。（二）解析法定线测量1.洞口位置的标定在实地布设的三角网，若洞口不可能选为三角点时，则应将图上设计的洞口位置在实地标定出来。如图13-3所示，ABC为隧洞中线，A、C为洞口位置，B为转折点，其中洞口A正好位于三角点上，而洞口C不在三角点上，这样，就可根据5、6.7三个控制点用角度交会法将C点在实地测设出来。2.开挖方向的标定为了在地面上标出隧洞开挖方向AB和CB，同样是根据各点的坐标先算出方位角，然后算出定向角.3.隧洞长度根据洞口点和路线转折点的坐标可求得隧洞的长度。如果是直线隧洞，其进出口分别在转折处设有圆曲线，再根据第十一章第五节介绍的方法算出切线长T和曲线长L，最后求得曲线隧洞的长度。§13.3隧洞掘进中的测量工作§13.3Measuringworkwhiledigging一、隧洞中线及坡度的测设在隧洞口劈坡完成后，就要在劈坡面上给出隧洞中心线，以指示掘进方向。如图13-5(a)，安置仪器在洞口点A，瞄准掘进方向桩1、2，倒转望远镜即为隧洞中线方向，一般用盘左、盘右取平均的方法，在洞口劈坡面上给出隧洞开挖方向。随着隧洞的掘进，需要继续把中心线向前延伸，应每隔一定距离（如20m），在隧洞底部设置中心桩。施工中为了便于目测掘进方向，在设置底部中心桩的同时，做三个间隔为1.5m左右的吊桩，用以悬挂锤球，如图13-5(b)所示。二、折线与曲线段中线的测设对于不设曲线的折线隧洞（图13-6)在掘进至转折点J时，可在该点上安置经纬仪，瞄准D，右转角度360°一a，定出继续掘进的方向。由于开挖前不便在前进方向上标志掘进方向，这时可在掘进的相反方向(180°—a)上，作出方向标志，如1,2点，用1,2,J三点指导开挖。对于需要设置圆曲线的较短隧洞，Z,Y分别为圆曲线的起点和终点，J可采用偏角法测设曲线隧洞的中线。测设时，当隧洞沿直线部分掘进至曲线的起点Z，并略过Z点后，根据直线段的长度和中线方向，准确标出Z点。取两次放样的中间位置作为Z-1的方向，沿该方向用钢尺自Z点丈量弦长d,即得曲线上的点1。点1标定后，再安置经纬仪于点1，后视Z点，拨转角180°＋φ，即得1-2方向（拨转角180°十φ／2得点1的切线方向，再拨转φ/2才得弦线1-2方向），按上述方法掘进，沿视线方向量弦长d，得曲线上的点2。用同样的方法定出3,4……直至曲线终点Y.三、洞内导线测量对于较长的隧洞，为了减少测设洞内中、线的误差累积，应布设洞内导线来控制开挖方向。洞内导线点的设置以洞外控制点为起始点和起始方向，每隔50-100m选一中线桩作为导线点（图13-8)0对于曲线隧洞，曲线段的导线边长将受到限制，此时应尽量用能通视的远点为导线点，以增大边长，应将曲线的起点、终点包括在导线点内。为了避免施工干扰，保证点位的稳定，一般用混凝土包裹钢筋，以钢筋顶所刻十字线的交点代表点位，埋设在健洞底部，且低于底面约10cm的地方，其上设置活动盖板加以保护（图13-9)四、隧洞开挖断面的放样隧洞断面放样的任务是：开挖时在待开挖的工作面上标定出断面范围，以便布置炮眼，进行爆破；开挖后进行断面检查，以便修正，使其轮廓符合设计尺寸；当需要衬砌浇筑混凝土时，还要进行立模位置的放样。断面的放样工作随断面的型式不同而异。通常采用的断面型式有圆形、拱型和马蹄形等。图13-10为一圆拱直墙式的隧洞断面，其放样工作包括侧墙和拱顶两部分，从断面设计中可以得知断面宽度S、拱高h。，拱弧半径R和起拱线的高度L等数据。放样时，首先定中垂线和放出侧墙线。其方法是：将经纬仪安置在洞内中线桩上，后视另一中线桩，倒转望远镜，即可在待开挖的工作面上标出中垂线AB，由此向两边量取S12，即得到侧墙线。然后根据洞内水准点和拱弧圆心的高程，将圆心O测设在中垂线上，则拱型部分可根据拱弧圆心和半径用几何作图方法在工作面上画出来，也可根据计算或图解数据放出圆周上的a‘、b‘、c'，……等点。§13.4竖井和旁洞的测量§13.4Measuringsiloandhollow一、竖井、旁洞的洞外定线竖井是在隧洞地面中心线上某处，如图13-11(a）中的才处，向下开挖室该处隧洞洞底，以增加对向开挖工作面。它的测量工作包括：在实地确定竖井开挖位置，测定高程以求得竖井开挖深度，在开挖至洞底时再将地面方向及高程通过竖井传递至洞内（后面详细介绍），作为掘进依据。旁洞是在隧洞一侧开挖打洞，与隧洞中心线相交后，沿隧洞中心线对向开挖以增加工作面。根据洞口的高低可分平洞和斜洞，前者沿隧洞设计高程开挖，后者洞口高于隧洞设计高程。图13-11（b）为平洞的平面示意图，E为洞口，EF为开挖方向，EO为平洞开挖深度，Y为平洞与隧洞中心线的交角（由平洞传递的主洞开挖方向）。二、通过竖井传递开挖方向和高程采用开挖竖井来增加工作面时，需要将洞外的隧洞中线通过竖井传递到洞内，以控制开挖方向。其方法较多，现仅介绍方向线法。如图13-13所示，A、B为隧洞中线上的方向桩，为了将方向传递到洞内，可在B点上安置经纬仪，瞄准A点，仔细移动井筒内悬挂吊有重锤的两条细钢丝（如用绞车控制移动），使其严格位于经纬仪的视线上。钢丝的直径与吊锤的重量随井深而不同，当井深20m时，钢丝直径为0.5mm，吊锤重15kg;井深40m时，钢丝直径0.8mm，吊锤重25kg并将吊锤浸入盛有稳定液（废机油或水等）的桶中，为了提高传递方向的精度，两条钢丝之间的距离应尽可能大些，但不能碰着井壁，为此，待悬锤稳定后可从井上沿钢丝下放信号圈（小铅丝圈），看其是否顺利落下，并在井上、井下丈量两悬锤线间的距离，其差不大于2mm则满足要求，然后在井下将经纬仪安置在距钢丝4-5m处，并用逐渐趋近的方法，使仪器中心严格位于两悬锤线的方向上，此时根据视线方向即可在洞内标定出中线桩（如点1、点2,点3等），控制开挖方向。由竖井传递高程，如图13-14所示，是根据地面上已知水准点A的高程（HA）测定井底水准点B的高程（HB）。方法是：在地面上和井下各安置一架水准仪，并在竖井中悬挂一图13-13由竖井传递开挖方向图13-14由竖井传递高程根经过检定的钢尺（分划零点在井下），钢尺的下端悬挂重锤（重量与检定钢尺时的拉力同），浸入盛油桶中，以减小摆动，A、B点上竖立水准尺，观测时，两架水准仪同时读取钢尺上及水准尺上的读数，分别为a1、b1,和a2、b2，由此按下式即可求得B点的高程为了校核，应改变仪器高2一3次进行观测，各次所求高程的差值若不超过士5mm,则取其平均值作为B点的高程。