隧道控制測量

1、隧隧道道控控制制測測量量蒲新錄 二O一O年十二月n 線路定測后，隧道兩端洞口的位置就確定了，并標定在地面上。n 直線隧道直線隧道 隧道兩端洞口點，是利用線路上的直轉(zhuǎn)點標定出來的 。 在建立洞外（地面）控制網(wǎng)時，必須將各洞口外直線上的兩個點作為控制點（洞口點包括在內(nèi)）。如果不能將它們作為首級網(wǎng)的控制點，可用插點的方法。n 曲線隧道曲線隧道 隧道兩端的洞口點，是利用每條切線上的兩個點標定出來的 在建立洞外（地面）控制網(wǎng)時，除了洞口點包括在控制網(wǎng)中，還應(yīng)該將兩切線上的點也包括在控制網(wǎng)內(nèi)。n在隧道施工時，將洞外的坐標系統(tǒng)通過洞口、橫洞、豎井或斜井傳遞到地下，在地下坑道中用導(dǎo)線測量的方法建立洞內(nèi)（地下）

2、控制系統(tǒng)。 n隧道由兩端洞口相向掘進，為了增加作業(yè)面，有時增設(shè)橫洞、豎井、斜井等。n貫通l在隧道施工中兩個相向開挖的施工中線在設(shè)計的位置（里程）按放樣將隧道挖通，稱為貫通，該設(shè)計的位置稱為貫通點，貫通點所在的橫斷面稱為貫通面。n貫通誤差 l在隧道施工中，由于地面控制測量、聯(lián)系測量、地下控制測量以及細部放樣產(chǎn)生的誤差，使得兩個相向開挖的工作面的貫通點，不能理想的銜接而使成為兩個點，這兩個點之間的空間線段長稱為貫通誤差。l 貫通誤差在線路中線方向的投影長度稱為縱向貫通誤差。l 貫通誤差在垂直于線路中線方向的投影長度稱為橫向貫通誤差。l 在豎直方向的投影長度稱為高程貫通誤差。n隧道貫通誤差的限差l各

3、項貫通誤差的限度（用表式）一般取為中誤差的兩倍。 對于縱向誤差，通常都是按定測中線的要求， 即L=2mL1/2000*L 對于橫向誤差和高程誤差，按鐵路測量技術(shù)規(guī)則根據(jù)開挖洞口間的長度確定，如表7-1所示，按公路勘測規(guī)范對貫通誤差的規(guī)定如表7-2所示。表7-1兩相向開挖洞口間長（km）448810101313171720橫向貫通誤差（mm）100150200300400500高程貫通誤差（mm）50表7-2兩相向開挖洞口間長度（km）3366橫向貫通誤差（mm）150200*高程貫通誤差（mm）70n隧道貫通誤差的來源及分配l 隧道貫通誤差主要來源于洞內(nèi)外控制測量和豎井（斜井）聯(lián)系測量的誤差。

4、 l對洞外控制測量而言，洞外的條件要較洞內(nèi)好，故對洞外控制測量的精度可要求高一些 ，按照新建鐵路工程測量規(guī)范的規(guī)定，洞外、洞內(nèi)控制測量誤差對每個貫通面上產(chǎn)生的誤差不應(yīng)超過表73的規(guī)定。表7-3測 量 部 位橫向中誤差（mm）高 程兩開挖洞口間長度（km）中誤差448810101313171720（mm）洞外3045609012015018洞內(nèi)40608012016020017洞外、洞內(nèi)總和507510015020025025 按照新建鐵路工程測量規(guī)范的規(guī)定 將洞外控制測量的誤差作為影響隧道貫通誤差的一個獨立因素，而將兩相向開挖的洞內(nèi)導(dǎo)線測量各作為一個獨立因素（有豎井或斜井各作為一個獨立因素），

5、將各獨立因素按等精度影響，來求各獨立因素的影響。 設(shè)隧道總的橫向貫通誤差為總，則總的橫向貫通中誤差的限差為M總=q/2.因此，當沒有豎井或斜井時，獨立因素是三個，由M總2= M外2+ M內(nèi)2+ M內(nèi)2得l洞外控制測量的誤差所引起的橫向貫通中誤差的影響值為： M外=（1/3） *M總=0.58M總 l洞內(nèi)控制測量的誤差所引起的橫向貫通中誤差的影響值為： M內(nèi)=（2/3） *M總=0.82M總 l當洞內(nèi)開挖面愈多，則對洞外控制測量的精度要求就愈高，以彌補洞內(nèi)控制測量因開挖面的增多而降低的精度。 對于高程控制測量，將洞外與洞內(nèi)按等影響分配。 設(shè)隧道總的高程貫通允許中誤差為Mh，則洞外高程貫通中誤差的

6、允許值為 mh=Mh/2=0.71Mh 對鐵路隧道，高程貫通誤差的限差為50mm，則高程貫通允許中誤差Mh=25mm。按上式計算的mh=18mm。 四等水準測量每公里高差中數(shù)偶然中誤差為5mm，三等水準為3mm。因此，若按四等水準測量觀測，則洞外高程貫通允許中誤差不超過18mm的限度最大長度為13km，而若按三等水準得L=35km。 對公路隧道，由于高程貫通誤差限差放大，用三、四等水準測量相應(yīng)路線允許最大長度也增大。 可見，一般隧道采用三、四等水準測量，其精度已可滿足高程貫通的精度要求，所以可用紅外三角高程施測。但應(yīng)注意的是，平面控制點間邊長有些較長，而采用紅外三角高程一般應(yīng)把邊長控制在500

7、m內(nèi)，故對于長邊，應(yīng)增設(shè)轉(zhuǎn)點，專為傳遞高程之用。n 洞外控制網(wǎng)布設(shè)的方法及工作步驟l 收集資料 在布設(shè)洞外控制網(wǎng)前，首先要從設(shè)計文件中了解隧道的形狀，各洞口的設(shè)計位置，各洞口的間隔距離，各貫通面的設(shè)計位置。然后搜集測區(qū)的地形圖（1：50001：2000），隧道地段的線路平面圖，其次還應(yīng)搜集勘測單位過去所完成的測量資料，隧道地區(qū)的氣象、水文、地質(zhì)以及交通運輸?shù)确矫娴馁Y料。l 現(xiàn)場踏勘與交樁 在研究了這些資料后，在進行實地踏勘。進一步判明這些資料的正確性，并詳細了解隧道兩側(cè)的地形，兩端洞口線路的走向，里程樁點特別是主點的設(shè)置等。踏勘的過程也是勘測設(shè)計單位向施工單位現(xiàn)場交樁的過程。l 選點布網(wǎng) 在了

8、解了測區(qū)各有關(guān)資料，現(xiàn)場實際情況后，即可進行測量設(shè)計，研究洞外控制網(wǎng)的布網(wǎng)方案。平面控制網(wǎng)的設(shè)計，可以結(jié)合隧道的長度以及線路通過地區(qū)的地形情況，分別布設(shè)成三角網(wǎng)、邊角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、GPS網(wǎng)等。高程控制網(wǎng)一般均采用水準測量，也可采用光電測距三角高程來代替三、四等水準測量。l控制網(wǎng)等級的確定n洞外控制測量的外業(yè)工作洞外控制測量的外業(yè)工作l測量的準備工作測量的準備工作 測區(qū)踏勘與選點、埋石測區(qū)踏勘與選點、埋石 測量儀器、工具的檢測測量儀器、工具的檢測 l洞外平面控制測量洞外平面控制測量 三維導(dǎo)線測量三維導(dǎo)線測量 隧道洞外導(dǎo)線測量用全站儀同時進行量邊和測角的工作，當觀測方向只有兩個時，用測回法觀測，當觀

9、測方向多于兩個時，用方向觀測法觀測。 規(guī)范中通常取一測回測角中誤差為J1型：m=3，J2型：m=4.5，觀測水平角時，為了達到設(shè)計所需的測角中誤差m，其測回數(shù)為n=m2/m。 觀測時，以總測回數(shù)的奇數(shù)測回側(cè)左角，偶數(shù)測回測右角。 測站的圓周角閉合差=左角均+右角均-360，應(yīng)不大于限。 二、三、四等導(dǎo)線，限分別取2.0、3.5和5.0。 導(dǎo)線環(huán)閉合差應(yīng)小于W限 W限=2 mn 式中：m設(shè)計所需的測角中誤差。 n導(dǎo)線環(huán)內(nèi)角的總數(shù)。導(dǎo)線環(huán)的測角中誤差， 按圓周閉合差推算測角中誤差，其估算式為 m=/2n 式中：n為的個數(shù)。l按環(huán)的閉合差推算測角中誤差，則估算式為 m=1/Nff/n 式中：fi為環(huán)

10、閉合差，ni為環(huán)內(nèi)角數(shù)， N為閉合環(huán)數(shù)。l 對復(fù)測的導(dǎo)線網(wǎng)，根據(jù)每一角度復(fù)測的較差d計算測角中誤差 m=dd/2m 式中：m為復(fù)測導(dǎo)線網(wǎng)復(fù)測角總數(shù)。 這時，復(fù)測精度應(yīng)和初測精度一致。l由以上各式計算的m應(yīng)小于設(shè)計時擬定的測角中誤差m。 對豎直角的觀測，為了有較高的精度，一般應(yīng)觀測6個測回。 邊長觀測一般觀測3次。儀器高和反光鏡高丈量兩次，兩次丈量值之差不得大于2mm。每條邊長應(yīng)進行往返觀測，以消除地球曲率和大氣折光誤差的影響。 距離測量的單位權(quán)中誤差由下式評定 ms=pdd/2n 式中： di往、返測距離之差， n測距邊數(shù) pi距離測量的權(quán)，可令Pi=1/msi2，其中msi2可根據(jù)儀器的標稱

11、精度按msi2=a2+（bppm*Si）2來計算。 在按上式計算ms時，需要注意的是，由于往返的平距位于不同的儀器高和鏡高所在的平均高程面上，因此其往返差不好比較，這時應(yīng)把各對向邊長化算到同一隧道平均設(shè)計面上，再在這個面上求出各邊往返測距離差。 測距三角高程往返測較差或環(huán)形閉合差的限差按三、四等水準測量的規(guī)定為：三等，12L；四等，20L。L為兩點間邊長或環(huán)線長。 往、返測高差的較差來估算每公里高差中數(shù)中誤差 mkm=hh/S/4n 式中：hi為往返高差之差，Si為邊長。n 三角網(wǎng)（邊）測量 每個三角形觀測完畢之后，應(yīng)立即計算三角形閉合差，其限差按下式計算 f=2m3 式中，m為設(shè)計的測角中誤

12、差，以秒計。 三角形閉合差符合限差要求之后，按下式計算測角中誤差 m=ww/2N 式中，N為三角形個數(shù)。所得m應(yīng)小于設(shè)計值。n 全部外業(yè)工作完成后，應(yīng)對觀測數(shù)據(jù)進行初步處理，目的是為平差計算做好準備。n 洞外水準測量 對于一、二等水準測量和三、四等水準測量的施測方法，在前面已經(jīng)介紹過，可按其中所述方法進行。 在布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)和三角網(wǎng)時，用全站儀同時觀測水平角、邊長并按測距三角高程測定控制點高程的方法，由于隧道高程控制測量一般僅需三、四等水準測量的精度，測距三角高程已可達到。但是，用水準測量方法來建立高程控制，水準測量的施測還是很方便的，特別是當需要二等水準測量的精度時，就只有用水準測量來作高程控制

13、了。 水準測量外業(yè)工作結(jié)束之后，計算每公里高差中數(shù)中誤差。計算結(jié)果應(yīng)不大于相應(yīng)等級的mkm允許值。n觀測數(shù)據(jù)處理根據(jù)閉合差和往返值評定觀測值的精度。投影面的選擇及邊長歸算l在鐵路隧道或者橋梁測量中，一般以測區(qū)線路平均縱斷面高程作為控制網(wǎng)平差計算的投影面（參考橢球面）。由于隧道長度較小，參考橢球面投影到高斯投影面所產(chǎn)生的長度變形和方向改正可忽略不計。距離改化計算公式如下： DH=Dp 1+(Hp-Hm)/R 式中：DH歸算到測區(qū)平均高程面的平距 Dp兩測站平均高程面的平距 Hp測區(qū)平均高程 Hm兩測站平均高程 R地球平均曲率半徑 將野外采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X用平差軟件平差，提交資料。l 在公路測量

14、中，采用高斯投影面作為導(dǎo)線平差的基準面。邊長歸算公式 V1=-S(Hm+hm)/R V2=SYM2/(2R2) D=S+V1+V2 式中：S水平距離觀測值 V1歸算到參考橢球面上的邊長改正數(shù) V2由參考橢球面上歸算到高斯投影面上的邊長改正數(shù) Hm兩測站平均高程 hm測區(qū)大地水準面高出參考橢球面的高差 YM測區(qū)邊兩端點距中央子午線的垂直距離的平均值（兩端點Y坐標去掉帶號減去500km后的平均值） R地球平均曲率半徑 D歸算到高斯投影面上的距離l 在公路測量中，采用抵償高斯投影面作為導(dǎo)線平差的基準面。邊長歸算公式 V1=-S(Hm+hm+H抵)/R V2=SYM2/(2R2) D=S+V1+V2式

15、中：S水平距離觀測值 V1歸算到抵償面參考橢球面上的邊長改正數(shù) V2由抵償面參考橢球面上歸算到高斯投影面上的邊長改正數(shù) Hm兩測站平均高程 hm測區(qū)大地水準面高出參考橢球面的高差 YM測區(qū)邊兩端點距中央子午線的垂直距離的平均值（兩端點Y坐標去掉帶號減去500km后的平均值） R地球平均曲率半徑 D歸算到高斯投影面上的距離 洞內(nèi)導(dǎo)線等級的確定測量部位測量方法測量等級測角精度適用長度邊長相對中誤差洞內(nèi)導(dǎo)線測量二1.0直線7201/10000曲線3.520三1.8直線3.57曲線2.53.5四2.5直線2.53.5曲線1.52.5五4.0直線2.5曲線1.5n 洞內(nèi)測距儀導(dǎo)線的布設(shè)形式洞內(nèi)測距儀導(dǎo)線

16、的布設(shè)形式 洞內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)具有以下特點： 、只能敷設(shè)成支導(dǎo)線的形式，并隨隧道的開挖而向前延伸。 、導(dǎo)線的形狀（直伸和曲折）完全取決于隧道的形狀，沒有選擇的余地。 、為了保證在貫通面處橫向貫通誤差不超過限差，應(yīng)減少導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角數(shù)，即導(dǎo)線邊應(yīng)越長越好，同時為了利用導(dǎo)線點進行放樣，邊長又不能太長。l洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)形式： 、施工導(dǎo)線。在開挖面向前推進時，用以進行放樣指導(dǎo)開挖的導(dǎo)線測量。 、主要導(dǎo)線。主要為保證正確貫通而設(shè)，邊長越長越好，在直線段導(dǎo)線邊最短不應(yīng)短于200m，在曲線段不宜短于70m。l洞內(nèi)主要導(dǎo)線布設(shè)形式 、單導(dǎo)線 、導(dǎo)線環(huán) 、主副導(dǎo)線環(huán) 單導(dǎo)線導(dǎo)線環(huán)主副導(dǎo)線環(huán)n 洞內(nèi)平面控制點的選點，埋石洞內(nèi)平

17、面控制點的選點，埋石l洞內(nèi)導(dǎo)線點應(yīng)選在底板巖石堅固的地方，并且無滴水，工作安全，便于保存；點與點之間的視線離障礙物的間距應(yīng)大于0.2m。l洞內(nèi)導(dǎo)線點的埋石和洞外導(dǎo)線點的埋石基本相同 。l標石上面蓋上鐵板或厚木板。但應(yīng)注意不要直接壓在金屬標志處。l埋石后，在邊墻上用紅油漆做上標志，標明點號、里程等，以便需要時尋找。n洞內(nèi)導(dǎo)線測量洞內(nèi)導(dǎo)線測量與洞外導(dǎo)線的施測相比，在方法上基本相同，但由于洞內(nèi)的環(huán)境條件不同與洞外，因此在有些問題上就有一些不同。l洞口內(nèi)外兩個測站的測角問題，在比較涼爽的陰天或夜間進行，并盡可能把觀測分散在不同的時段內(nèi)觀測，以減小折光誤差的影響。l測角應(yīng)在煙塵排除以后進行。 l洞內(nèi)控制

18、測量應(yīng)抓緊其他工種休假的時間進行。l測站對中和目標對中都非常重要，洞內(nèi)導(dǎo)線測量的檢測和復(fù)測，l在每一個導(dǎo)線環(huán)閉合后，應(yīng)計算導(dǎo)線環(huán)的角度閉合差，當閉合差在限差以內(nèi)時，再對所測導(dǎo)線進行平差，以全面檢核觀測成果的精度，并獲取導(dǎo)線點的精密坐標。這種平差應(yīng)在每一個新環(huán)閉合后進行一次，n 洞內(nèi)高程控制測量洞內(nèi)高程控制測量 l洞內(nèi)水準測量的精度要求洞內(nèi)水準測量的精度要求 設(shè)整個洞內(nèi)水準路線長度為S（一般以隧道全長來代替），則洞內(nèi)每公里水準測量中誤差 mkm=17.8/S 。 洞內(nèi)水準測量施測洞內(nèi)水準測量施測 洞內(nèi)水準測量的各種限差、規(guī)定及操作方法與洞外水準測量相同。但由于隧道施工及工作面限制，與洞外水準施測比較，又有以下幾個特點： （1）洞內(nèi)水準點一般利用平面控制點，主要導(dǎo)線點設(shè)置為永久水準點，而施工導(dǎo)線點則設(shè)置為臨時水準點。除此之外，還需設(shè)立一些不易破壞的水準點，這些水準點一般設(shè)置在頂板和側(cè)墻上。洞內(nèi)水準點和