隧道测量技术教程

1、盾构法隧道施工发展史2、隧道轴线控制技术3、管片拼装技术4、同步注浆技术5、隧道防水技术6、主要配套设备操作及用电7、隧道施工安全生产8、隧道测量技术9、隧道施工总体筹划10、盾构法施工对地层的影响和防治11、盾构法隧道施工技术及工程实例分析12、盾构法隧道施工质量通病及防治第一部分、测量学基础一、测量学基本概念二、角度测量三、水准测量四、距离测量五、测量误差基本知识第二部分隧道盾构施工测量一、地面控制测量二、施工网布设和近井测量（地面趋近测量）三、平面定向测量四、高程导入测量五、洞门测量和盾构机进出洞基座放样六、井下控制测量七、盾构施工测量八、贯通测量九、竣工测量十、监控量测十一、地铁隧道中的轴线计算1、地球的形状和大小概况：最高8843.13m，最低深11022m，地球半径6371km测量学中几个重要概念：大地体：是静止的平均海水面向陆地延伸，形成一个封闭的曲面所包围的地球形体，以此作为地球的形状和大小的标准。大地水准面：是静止的平均海水面，受地球重力的影响后所形成的处处与重力方向垂直的曲面。参考椭球体：是为便于研究和测定地球的形状和大小，而选用的与大地体相似并能用数学式严密表达的旋转椭球体，称其外表面为参考椭球面。一、测量学基本概念第一部分、测量学基础2、地面点位的确定测量工作中，确定地面点的位置是将其沿铅垂线投影到大地水准面上，投影点在大地水准面上的平面位置用坐标x、y表示，再加上地面点至投影点的铅直距离H，就形成了表示空间位置的三维坐标系X、Y、H.3、高斯平面直角坐标系在高斯平面直角坐标系中，纵坐标的正负向以赤道位界，向北为正，向南为负；横坐标以中央子午线为界，向东为正，向西为负。4、地面点的高程绝对高程：地面点沿铅垂线至大地水准面的距离称为该点的绝对高程或海拔，简称高程，用H表示。青岛黄海水准原点，其高程72.260m。假定高程：地面点至任意水准面的铅垂距离称假定高程或相对高程。高差：地面点的高程之差称高差，用h表示。hAB=HB-HA=HB｀-HA｀5、大地水准面用作水平面的限度由于大地水准面是弯曲的，在地面上测量两点间的距离，投影到大地水准面上的长度是弧长，需要改正才能成为水平距离。结论1：在半径为10Km的测区内进行测量工作时，可以把大地水准面当作水平面。结论2：地球曲率对高程的影响较大，即使距离较短，也要考虑其对高程的影响。6、测量的三个要素确定地面点的三个基本要素为：测量距离、角度和高差。测量工作的程序和原则是：“从整体到局部”和“先控制后碎部”。二、角度测量1、水平角和竖直角测量角度测量包括水平角测量和竖直角测量。水平角测量用于确定点的平面位置。竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离。常用仪器经纬仪、全站仪a2、水平角测量原理a、水平角：相交的两条直线在同一水平面上的投影所夹的角度。b、原理：OA投影在水平度盘上读数为a，OB投影在水平度盘上读数为b。则：ab角值范围：0˚~360˚ABOA1B1O1O2ββb水平面α1α2a、定义：在同一竖直面内，仪器中心至目标的倾斜视线与水平视线所加的锐角。角值范围：-90°~+90°视线向上倾斜，称仰角，α为正值；视线向下倾斜，称俯角，α为负值。b、原理：α=水平视线读数-目标视线读数3.竖直角测量原理4、光学经纬仪的构造(1)基座基座是支承整个仪器的底座。脚螺旋用于整平仪器。基座水平度盘照准部•(2)照准部•照准部(水平)制动、微动•望远镜(竖直)制动、微动•圆水准器8/2mm；•管水准器30/2mm•望远镜：倒像,2630倍•目镜调焦，物镜调焦，•粗瞄准器，十字丝•读数显微镜,•竖盘部分•光学对点器•复测扳手或度盘变换器•(3)水平度盘•水平度盘由光学玻璃制成•顺时针0360刻度；•仪器整平，水平度盘水平；•水平度盘与照准部相互脱离；•当照准部转动时，水平度盘并不随之转动。•改变度盘位置，要使用复测•扳手或度盘变换手轮。090180270a、测回法：用于两个目标方向之间的水平角观测。步骤：(1)安置仪器于测站O点，对中、整平(2)上半测回：盘左，LALB(3)下半测回：盘右，RBRA上半测回和下半测回构成一测回。(4)若β左-β右≤10″，认为观测合格。此时可取5、水平角测量测回法观测水平角记录手簿测站目标竖盘位置水平度盘读数半测回角值一测回平均角值备注A左02012422518422515附图B424530A右1802030422512B2224542零方向ABCDEb、方向观测法：用于两个以上目标方向的水平角观测。(1)操作步骤：盘左位置：瞄准零方向A，按顺时针旋转照准部，依次照准B、C、D各目标方向，分别读取水平度盘读数，最后再观测零方向A，称为上半测回归零，以上称为上半测回。盘右位置：先照准零方向A，按逆时针方向依次照准D、C、B各目标方向，分别读取水平度盘读数，最后再照准零方向A，称为下半测回归零，此为下半测回。方向观测法记录手簿测站测回目标水平度盘读数2C平均读数归零后的方向值测回归零方向值平均值简图与角值盘左（L）盘右（R）0///0/////0///0///0///12345678910O1A0000618000060000090000000000附图B3145182114506+12314512314503314504C9226122722606+6922609922600922558D14517393251736+3145173814517291451730A000181800006+12000122A9002302700224+690022400000B12147363014724+121214730314506C182282422818+61822821922557D2352000551948+1223519541451730A9002242700218+6900221(2)方向观测法的计算：1、水准测量原理三、水准测量利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，有已知点高程推求未知点高程。如图：高差法hAB=a–bHB=HA+hABHi=HA+aHB=Hi-b视线高法当ab时，hAB为正，B高于A；当ab时，hAB为负，B低于A。大地水准面HibHBHAhAB前进方向ABa高差法：利用高差计算高程。（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）视线高法：利用视线高计算高程。（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用）水准测量所使用的仪器、工具：水准仪水准尺尺垫2、水准仪和水准测量的工具及构造（1）、水准仪的等级DS05、DS1、DS3、DS10、DS20D—大地测量仪器S—水准仪数字—表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的中误差（mm）。（2）、水准仪的构造主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。a、望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；放大率一般为25~30倍。视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。b、水准器水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。①圆水准器作用：粗略整平结构：如图所示精度：一般为8＇~10＇/2mm（气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角）c、基座轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架组成轴座脚螺旋连接板(3)、水准尺和尺垫a、水准尺塔尺：可以伸缩，一般全长3m、5m，用于等外水准测量。双面尺：不可伸缩，一般全长3m，用于三、四等水准测量。铟钢尺：不可伸缩，一般全长2或3m，用于二、三等水准测量。b、尺垫仅在转点处竖立水准尺时使用，防止点位移动和水准尺下沉。（1)、一个测站的水准测量工作a、安置仪器于AB之间，立尺于A、B点上；b、粗略整平；c、瞄准A尺，精平、读数a，记录1.568m；d、瞄准B尺，精平、读数b，记录1.471m；e、计算：hAB=a–b=1.568-1.471=0.115m即B点比A点高0.115m。hBA=–hAB=–0.115m，即A点比B点低0.115m。ABab3、水准测量的施测方法(2)、概念a、测站：测量仪器所安置的地点。b、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。c、后视：水准路线的后视方向。d、前视：水准路线的前视方向。e、视线高程：后视高程+后视读数。f、视距：水准仪至标尺的水平距离。g、水准点：水准测量的固定标志。h、水准点高程：指标志点顶面的高程。i、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。水准点(3)、连续水准测量当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。如图：A、B两水准点之间，设3个临时性的转点。h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3h4=a4-b4hAB=h1+h2+h3+h4BATP1TP2TP3a1b1a2b2a3b3a4b4b2b4AA、B两点高差计算的一般公式：hAB==nihi1niiiba1）（n—为测站数（1）、例：注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。BATP1TP2TP32.1421.2580.9281.2351.6641.4311.6722.074ⅠⅡⅣⅢHA=123.446mHB大地水准面前进方向4、水准测量的内业计算水准测量手簿测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ⅣⅢⅡⅠATP1TP1TP2TP2TP3TP3B2.1421.258+0.8840.9281.235-0.3071.6641.431+0.2331.6722.074-0.402计算检核Σ6.4065.998∑a－∑b＝0.4080.4080.408123.446123.854已知四、距离测量•两点间的距离：是指该两点投影到水平面上的水平距离。•量距方法：钢尺直接量距、光电测距仪测距、光学视距法测距。1、光电测距仪测距•测距原理：是通过测量光波在待测距离上往返一次所需的时间t和光波传播的速度，来确定两点间的距离D的。•公式：D=1/2c×t•测距仪分类：按测量时间t的不同，可分为直接求定时间的脉冲式和间接求定时间的相位式。五、测量误差基本知识a.定义：对未知量在观测过程中所产生的误差称为测量误差。b.观测条件：是指观测时的三个方面因数称为观测条件，例如：仪器精度、观测者的技术水平和外界自然条件。c.等精度观测与不等精度观测：观测条件相同时所进行的观测，称为等精度观测；否则称为不等精度观测。1、测量误差二、误差的种类测量误差按其性质分为系统误差和偶然误差。系统误差：在相同的观测条件下，对某量进行一系列的观测，如误差出现的符号和大小均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。偶然误差：在相同的观测条件下，对某量进行一系列的观测，如误差出现的符号和大小均不一致，表面上没有规律，而实际上是服从一定的统计规律的，这种误差称为偶然误差。系统误差可采取一定的方法消除，而偶然误差不能消除，只能合理的处理数据，以减少其影响。盾构法隧道施工测量工作是一项系统、严谨、基础的工作，要求测量工作者具有较强的责任心、较好的业务素质、良好的职业道德。教程对整个盾构法隧道施工测量的流程、要求、注意点进行讲解，并重点突出盾构施工测量这一个环节。第二部分隧道盾构施工测量一、地面控制测量地面控制测量工作一般由业主委托专业测绘部门完成，包括平面控制测量和高程控制测量。施工前期必须由甲方（业主）测量人员会同乙方测量人员踏勘施工现场，并由甲方测量人员负责对现有平面控制点与高程控制点进行现场认领，做好领桩及接桩工作。甲方必须做到认真交桩，并提供坐标成果和控制点点之记。乙方必须作到认真接桩，并根据现场通视情况拟建施工控制网等一系列测量内容，提出一些测量技术性问题，由甲方现场解释清楚。最后以双方在交桩领桩书上签名为准，完成领桩及接桩任务。1、平面控制点复核对于一区间隧道工程，一般甲方提供的平面控制点都是四个点以上。(现在甲方一般在一个车站提供3个平面控制点）在隧道施工中要以这些控制点为依据，进