隧道施工测量1

第十二章隧道施工测量隧道施工测量•隧道进洞测量和进洞计算•由洞外向洞内传递方向和坐标•由洞外向洞内传递高程隧道洞外、洞内联系测量•进洞关系的计算和进洞测量•由洞外向洞内传递方向和坐标•由洞外向洞内传递高程进洞关系的计算和进洞测量•洞外控制测量完成以后，应把各洞口的线路中线控制桩和洞外控制网联系起来。由于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，故必须先进行坐标变换计算，得到控制点在变换后的新坐标。其坐标变换计算公式可以采用解析几何中的坐标转轴和移轴计算公式。一般在直线段以线路中线作为x轴；曲线上则以一条切线方向作为x轴。用线路中线点和控制点的坐标，反算两点的距离和方位角，从而确定进洞测量的数据。把中线引入洞内，可按下列方法进行：•直线隧道•曲线隧道直线隧道•1．移桩法•如图14－2所示，空口两端线路控制点A、B、C、D是按定测精度测设的，•它们并不是严格位于同一条直线上。经精测A、B、C、D后，可以A为原点，AB方向为纵轴，计算出C、D两点相应的偏离值yc、yd和β角，将经纬仪分别安置在C和D上，拔角量出垂线yc和yd，即可移桩定出C‘和D‘点，再将经纬仪安置于D‘点，照准C’即得进洞方向。当偏移量较大时，为保持原设计的线路平面位置和方向的一致性，可用洞口两端的A、D两点连线作纵轴，将B、C移至中线上。直线隧道•2．拔角法•如图14－3，当以AD为坐标纵轴时，可根据A、B及C、D点的坐标，反算出水平角α和β，即可得到进洞方向。通常为了施工测量方便，亦可将B、C两点移到中线上的B‘、C’点上。曲线隧道•曲线隧道两端洞口的每条切线上已有两个投点的坐标在控制网中得到，如图14－4中的A、G和D、E。经坐标变换后，以A点为坐标系原点，AG的切线方向为y轴，其进洞关系的计算步骤如下：曲线隧道•1．坐标变换后，得到A、G、D、E各点的新坐标。根据这些新坐标反算得到AG、DE的方位角；两方位角相减得到曲线精测的转向角α，它的精度较之定测角值精确，并与各点的坐标相一致。•2．计算交点的坐标•因为AG切线与y轴重合或平行，故JD的x坐标为零或选定值，它是已知的；只需计算出JD的y坐标值即可。•（14－4）•3．根据精测算得的α和选定的曲线半径R和缓和曲线长，计算出曲线要素。EDAGEDEDEEJDJDyyyxxxxy)(000yxmpLT、、、、、、0l曲线隧道•4．选定洞口外面一个中线控制桩的里程，使其和定测里程一致，例如选定A点。由此从A推算隧道范围内其它中线控制点的里程，到隧道另一端洞口外的中线控制点上出现断链，这是由于精测长度和定测长度不一致所致，这种里程称为隧道施工里程。•5．计算任一中线点的坐标•要想在洞中测设出任一中线点的位置，必须先知道该点的施工里程，使它与曲线控制桩的施工里程相比较，才能确定该点是在直线上，还是在曲线上，并且知道该点距中线控制桩有多远。由于任一中线点的位置不同，所以计算坐标的方法也不同，现分别说明如下：•(1)中线点在直线上•如图14－4所示，进口洞门在一直线上，而N1点在出口端的另一直线上。在已知各点的施工里程DK进口、DKN1（不能用定测里程）的情况下，则•x进口＝0•y进口＝DK进口－DKA•（14－5）cos)]([sin)]([1111HZNJDNHZNNDKDKTyyDKDKTx曲线隧道•(2)中线点在缓和曲线上•首先计算出它们的切线坐标（计算到mm或0.1mm），然后将切线坐标转换为统一坐标。曲线隧道•例如在图14－5中，统一坐标系的坐标轴为x、y轴；ZH端的切线坐标系为x’、y’轴；HZ端的切线坐标系为x”、y”轴。假设统一坐标系的y轴平行于x‘轴，则中线点N2、N3的统一坐标推算如下：•（14－6）••（14－7）•式中、——N2点的切线坐标；•、——N3点的切线坐标。•(3)中线点在圆曲线上•当中线点位于圆曲线上时，最好通过圆心来计算它们的坐标。•如图14－6中，N4点在圆曲线上，则圆心O的统一坐标为：•（14－8）•而ON4的坐标方位角为：•（14－9）•（14－10）2222NZHNNZHNxyyyxxsincoscoscossinsin333333NNJDNNNJDNyxTyyyxTxx2Nx2Ny3Nx3NymyyRpxxZHoZHo18018044RDKDKHYNoON4444sincosONoNONoNRyyRxx曲线隧道•按上述方法计算出测设中线点的坐标后，再根据控制网点的坐标，反算出两点间的距离和方位角，利用极坐标法即可确定洞门的位置和进洞方向。如图14－7，H为出口洞门的设计位置，D、E为切线方向的控制点，根据D、H点坐标可以算出距离SDH及方位角αDH；根据D、E坐标可以算出方位角αDE，根据两方位角之差可以求得水平角β。将经纬仪按在D点，后视E点，转一角度β，沿此方向丈量距离SDH，即可定出洞门出口位置H点。由洞外向洞内传递方向和坐标•为了加快施工进度，隧道施工中除了进出洞口之外，还会用斜井、横洞或竖井来增加施工开挖面。为此就要经由它们布设导线，把洞外导线的方向和坐标传递给洞内导线，构成一个洞内、外统一的控制系统，这种导线称为联系导线，如图14－8。联系导线属支导线性质，其测角误差和边长误差直接影响隧道的横向贯通精度，故使用中必须多次精密测定、反复校核，确保无误。•当由竖井进行联系测量时，可以采用垂准仪光学投点、陀螺经纬仪定向的方法，来传递坐标和方位。由洞外向洞内传递高程•经由斜井或横洞向洞内传递高程时，一般均采用往返水准测量，当高差较差合限时取平均值的方法。由于斜井坡度较陡，视线很短，测站很多，加之照明条件差，故误差积累较大，每隔10站左右应在斜井边脚设一临时水准点，以便往返测量时校核。近年来用光电测距三角高程测量的方法来传递高程，已得到愈来愈广泛的应用，大大提高了工作效率，但应注意洞中温度的影响，以及应采用对向观测的方法。•经由竖井传递高程时，过去一直采用悬挂钢尺的方法，即在井上悬挂一根经过检定的钢尺（或钢丝），尺零点下端挂一标准拉力的重锤，如图14－9所示，在井上、井下各安置一台水准仪，同时读取钢尺读数l1和l2，然后再读取井上、井下水准点的尺读数a、b，由此可求得井下水准点B的高程：由洞外向洞内传递高程•HB=HA+a-[(l1-l2)+Δt+Δk]-b（14－11）•式中HA——井上水准点A的高程；•a、b——井上、井下水准尺读数；•l1、l2——井上、井下钢尺读数，L＝l1-l2；•Δt——钢尺温度改正数，Δt＝αL（t均-t0）；•α——钢尺膨胀系数，取1.25×10-5/℃；•t均——井上、井下平均温度；•t0——钢尺检定时的温度；•Δk——钢尺尺长改正数，Δk=(L÷l)×Δl；l和Δl分别是钢尺的名义长度和它的尺长改正数。由洞外向洞内传递高程•如果在井上装配一托架，安装上光电测距仪，使照准头向下直接瞄准井底的反光镜测出井深Dh，然后在井上、井下用两台水准仪，同时分别测定井上水准点A与测距仪照准头转动中心的高差（a上－b上）、井下水准点B与反射镜转动中心的高差（b下－a下），即可求得井下水准点B的高程HB，如图14－10所示。•HB=HA+（a上－b上）+（b下－a下）（14－12）•式中HA为井上水准点A的已知高程。•用光电测距仪测井深的方法远比悬挂钢尺的方法快速、准确，尤其是对于50m以上的深井测量，更显现出其优越性。隧道洞内控制测量•平面控制测量•洞内高程测量平面控制测量•为了给出隧道正确的掘进方向，并保证准确贯通，应进行洞内控制测量。由于隧道洞内场地狭窄，故洞内平面控制常采用中线或导线两种形式。•（一）中线形式•中线形式是指洞内不设导线，用中线控制点直接进行施工放样。一般以定测精度测设出新点，测设中线点的距离和角度数据由理论坐标值反算，这种方法一般用于较短的隧道。若将上述测设的新点，再以高精度测角、量距，算出实际的新点精确点位，再和理论坐标相比较，若有差异，应将新点移到正确的中线位置上，这种方法可以用于曲线隧道500m、直线隧道1000m以上的较长隧道。平面控制测量•（二）导线形式•导线形式是指洞内控制依靠导线进行，施工放样用的正式中线点由导线测设，中线点的精度能满足局部地段施工要求即可。导线控制的方法较中线形式灵活，点位易于选择，测量工作也较简单，而且具有多种检核方法；当组成导线闭合环时，角度经过平差，还可提高点位的横向精度。导线控制方法适用于长隧道。•洞内导线与洞外导线比较，具有以下特点：洞内导线是随着隧道的开挖逐渐向前延伸，故只能敷设支导线或狭长形导线环，而不可能将全部导线一次测完；导线的形状完全取决于坑道的形状；导线点的埋石顶面应比洞内地面低20～30cm，上面加设护盖、填平地面，以免施工中遭受破坏。平面控制测量平面控制测量•洞内导线一般常采用下列几种形式：•单导线半数测回测左角，半数测回测右角。•导线环如图14－11所示，每测一对新点，如5和5‘，可按两点坐标•反算5～5‘的距离，然后与实地丈量的5～5‘距离比较，这样每前进一步均有检核。•3．主副导线环如图14－12所示，双线为主导线，单线为副导线。副导线只测角不量距离，主导线既测角又量距离。按虚线形成第二闭合环时，主导线在3点处能以平差角传算3～4边的方位角；以后均仿此法形成闭合环。闭合环角度平差后，对提高导线端点的横向点位精度很有利；并可对角度测量加以检查，同时根据角度闭合差还可以评定测角精度；另一方面又节省了副导线大量的测边工作。主副导线环在洞内控制中应推广使用。•4．交叉导线如图14－13所示，并行导线每前进一段交叉一次，每一个新点由两条路线传算坐标（如5点坐标由4和4‘两点传算），最后取平均值；亦可以实量5～5‘的距离，来检核5和5’的坐标值。交叉导线不作角度平差•5．旁点闭合环如图14－14所示，A、B为旁点。旁点闭合环一般测内角，作角度平差；旁点两侧的边长，可测可不测。平面控制测量•当有平行导坑时，还可利用横通道将正洞和导坑联系起来，形成导线闭合环。•无论是采用中线形式，还是采用导线形式作洞内控制，在测量时应注意以下几点：•1．每次在建立新点之前，必须检测前一个老点的稳定性，只有在确认老点没有发生变动时，才能用它来发展新点。•2．尽量形成闭合环、两条路线的坐标比较、实量距离与反算距离的比较等检查条件，以免发生错误。•3．导线应尽量布设为长边或等边，一般直线地段不短于200m，曲线地段不宜短于70m。•4．洞内丈量工具，在使用前应与洞外控制网丈量工具比长。•5．以导线形式作为洞内平面控制时，正式中线点由临近的导线点以极坐标法测设在地面上之后，应在中线点上安置经纬仪，以任何两个已知坐标的点为目标测其角度。用实测角值与坐标反算的角值比较，以检查中线点测设的正确性，如图14－15，中线点5由导线点C测设出来之后，将经纬仪安置在5点上，测出检查角和坐标反算出的角值比较。平面控制测量洞内高程测量•洞内高程测量应采用水准测量或光电测距三角高程测量的方法。洞内高程应由洞外高程控制点向洞内测量传算，结合洞内施工特点，每隔200m至500m设立两个高程点以便检核；为便于施工使用，每隔100m应在拱部边墙上设立一个水准点。•采用水准测量时，应往返观测，视线长度不宜大于50m；采用光电测距三角高程测量时，应进行对向观测，注意洞内的除尘、通风排烟和水气的影响。限差要求与洞外高程测量的要求相同。洞内高程点作为施工高程的依据，必须定期复测。•当隧道贯通之后，求出相向两支水准的高程贯通误差，并在未衬砌地段进行调整。所有开挖、衬砌工程应以调整后的高程指导施隧道洞内中线测量•洞内中线测量•洞内临时中线的测设洞内中线测量•隧道洞内施工，是以中线为依据来进行。当洞内敷设导线之后，导线点不一定恰好在线路中线上，更不可能恰好在隧道的结构中线上（即隧道轴线