隧道工程 隧道测量 知识详解(一套)

1CH.14隧道测量（介绍）第1节概述第2节洞外控制测量第3节隧道进洞测量第4节隧道洞内控制测量第6节隧道施工测量第7节隧道峻工测量2要点•1、隧道测量的目的、测量工作内容▲•2、隧道贯通测量概念•3、隧道贯通误差、横向贯通误差•4、洞外控制各方法比较•5、洞内导线控制的特点（P282）•6、隧道贯通精度预计实质（横向贯通中误差的估算）3§14.1概述14.1.1隧道测量的内容和作用隧道工程施工主要测量工作：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；2．洞内外联系测量：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：测定竣工后实际中线位置和断面净空及各建、构筑物的位置尺寸。4•铁路隧道测量的主要目的: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。7§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2～3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作为隧道的中线；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的控制桩，以精确曲线元素。3、洞口传算方位角的边长不宜小于300m。4、避免使用高标85、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。6、主网与插网（点）作整体平差。二、隧道洞外控制测量的目的是：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。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。914.2.1洞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。102．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。11三角锁、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12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（″）13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。14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。3、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。15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。1614.2.2洞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。17表14-3各等级水准测量的路线长度及仪器等级的规定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18§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，可按极坐标方法或其它方法测设出进洞的开挖方向，并放样出洞门内的待定点点位。1914.3.1正常进洞关系的计算和进洞测量洞外控制测量完成之后，应把各洞口的线路中线控制桩和洞外控制网联系起来。如若控制网和线路中线两者的坐标系不一致，应首先把洞外控制点和中线控制桩的坐标纳入同一坐标系统内，即必须先进行坐标转换。一般在直线隧道以线路中线作为X轴；曲线隧道上以一条切线方向作为X轴，建立施工坐标系。用控制点和隧道内待测设的线路中线点的坐标，反算两点的距离和方位角，从而确定进洞测量的数据。把中线引进洞内，可按下列方法进行：1．直线隧道进洞；2．曲线隧道进洞201．直线隧道进洞直线隧道进洞计算比较简单，常采用拨角法。如图14-2所示，A、D为隧道的洞口投点，位于线路中线上，当以AD为坐标纵轴方向时，可根据洞外控制测量确定的A、B和C、D点坐标进行坐标反算，分别计算放样角β1和β2。测设放样时，仪器分别安置在A点，后视B点；安置在D点，后视C点，相应地拨角β1和β2，就得到隧道口的进洞方向。图14-2212．曲线隧道进洞曲线隧道每端洞口切线上的两个投点的坐标在平面控制测量中已计算出，根据四个投点的坐标可算出两切线间的偏角α（α为两切线方位角之差），α值与原来定测时所测得的偏角值可能不相符，应按此时所得α值和设计所采用曲线半径R和缓和曲线长l0,重新计算曲线要素和各主点的坐标。221、曲线进洞测量方法：（1）洞口投点移桩法即计算定测时原投点偏离中线(理论中线)的偏移量和移桩夹角,并将它移到正确的中线上,再计算出移桩后该点的隧道施工里程和切线方向,于该点安置仪器，就可按第11章的曲线测设方法，测设洞门位置或洞门内的其它中线点。（2）洞口控制点与曲线上任一点关系计算法将洞口控制点坐标和整个曲线转换为同一施工坐标系。无论待测设点位于切线、缓和曲线还是圆曲线上，都可根据其里程计算出施工坐标，在洞口控制点上安置仪器用极坐标法测设洞口待定点。2314.3.2辅助坑道的进洞测量1．由洞外向洞内传递方向和坐标如图14-3所示,当用斜井、横洞或竖井来增加隧道开挖工作面时，都要布设导线，把洞内外控制测量联系起来,从而把洞外控制的方向和坐标传递给洞内导线，构成一个洞内、外统一的控制坐标系，保证各施工段正确贯通,这种导线称为联系导线。联系导线是一种支导线，其测角误差和边长误差将直接影响洞内控制测量并进而影响隧道的贯通精度，故必须进行多次重复精密测定。图14-3联系导线24当经由竖井传递方向和坐标,进行联系测量时，由于不能直接布置联系导线,过去一直采用联系三角形法。此法设备笨重、劳动强度大、效率低、精度差，已逐步被淘汰。现多采用垂准仪光学投点、陀螺经纬仪定向的方法、向地下传递坐标和方位。若相近邻的竖井投点能够通过平洞相互通视，则可大大提高定向精度。此方法在地铁隧道和其他管线的盾构施工中已广泛采用。2．由洞外向洞内传递高程1）经由斜井或横洞传递高程：水准测量方法：由于斜井坡度较陡，使观测视线很短，测站数增多，加之观测环境差，故误差累积较大。应每隔10站在斜井边脚设一临时水准点，以便往返测量时校核，用以减少返工的工作量。近年来采用