隧道地鐵施工測(cè)量和竣工測(cè)量

1、地下工程測(cè)量,第七章、隧道、地鐵施工測(cè)量和竣工測(cè)量,欒元重 山東科技大學(xué),我國(guó)目前擁有8600多座鐵路、公路隧道，總長(zhǎng)度約4370多公里，居世界第一。其中，鐵路隧道6876座，總長(zhǎng)3670公里，為世界第一；公路隧道總數(shù)1782座，總長(zhǎng)704公里，是世界上公路隧道最多的國(guó)家。 我國(guó)目前最長(zhǎng)的隧道是鐵路線上的秦嶺隧道，全長(zhǎng)18.456公里。 近10年來(lái)，我國(guó)修建了不少長(zhǎng)隧道、特長(zhǎng)隧道以及隧道群。,隧道測(cè)量的主要任務(wù)：在勘測(cè)設(shè)計(jì)階段是提供選址地形圖和地質(zhì)填圖所需的測(cè)繪資料、以及定測(cè)時(shí)將隧道線路測(cè)設(shè)在地面上，即在洞門前后標(biāo)定線路中線控制樁及洞身頂部地面上的中線樁；在施工階段是保證隧道相向開(kāi)挖時(shí)，能按規(guī)

2、定的精度正確貫通，并使建筑物的位置符合規(guī)定，不侵入建筑限界，以確保運(yùn)營(yíng)安全。,7.1 隧道施工測(cè)量,7.1.1 隧道進(jìn)洞測(cè)量 洞外控制測(cè)量包括平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量。 洞外平面控制測(cè)量常用的方法有：中線法、精密導(dǎo)線法、三角測(cè)量、三邊測(cè)量、邊角測(cè)量或綜合使用，此外還可以來(lái)用GPS測(cè)量。,1. 中線法 所謂中線法，就是將隧道線路中線的平面位置，按定測(cè)的方法先測(cè)設(shè)在地表上，經(jīng)反復(fù)核對(duì)無(wú)誤后，才能把地表控制點(diǎn)確定下來(lái)，施工時(shí)就以這些控制點(diǎn)為準(zhǔn)，將中線引入洞內(nèi)。,圖7-1 中線法示意圖,2. 精密導(dǎo)線法 導(dǎo)線法比較靈活、方便，對(duì)地形的適應(yīng)件比較大。目前在全站儀已經(jīng)普及的情況下，導(dǎo)線法不失為隧道洞外控

3、制形式的良好方案之一。 在進(jìn)行導(dǎo)線邊長(zhǎng)丈量時(shí)，應(yīng)盡量接近于測(cè)距的最佳測(cè)程，邊長(zhǎng)不應(yīng)短于300m；導(dǎo)線盡量以直伸形式布設(shè)，減少轉(zhuǎn)折角的個(gè)數(shù)，以減弱邊長(zhǎng)誤差和測(cè)角誤差對(duì)隧道橫向貫通誤差的影響。,導(dǎo)線的測(cè)角中誤差按下式汁算，并應(yīng)滿足測(cè)量設(shè)計(jì)的精度要求： （7-2） 式中 f附合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線環(huán)的方位角閉合差（）； n計(jì)算時(shí)f的測(cè)站數(shù)； N附合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線環(huán)的個(gè)數(shù)。,3.三角測(cè)量 三角測(cè)量的方向控制較中線法、導(dǎo)線法都高，如果僅從橫向貫通精度的觀點(diǎn)考慮，則它是最理想的隧道平面控制方法。 三角測(cè)量除采用測(cè)角三角鎖外，還可采用邊角網(wǎng)和三邊網(wǎng)。但從精度、可靠性、工作量、經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮，以測(cè)角三角鎖為好。,

4、4. 三角鎖和導(dǎo)線聯(lián)合控制 這種方法只有在受到特殊地形條件限制時(shí)才考慮，一般不宜采用。如隧道在城市附近，三角鎖的中部遇到較密集的建筑群，這時(shí)使用導(dǎo)線穿過(guò)建筑群與兩端的三角鎖相連結(jié)。 用于隧道施工控制測(cè)量的三角鎖或?qū)Ь€環(huán)，在布設(shè)中除了前面所述要求之外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：,1）使三角鎖或?qū)Ь€環(huán)的方向，盡量垂直于貫通面，以減弱測(cè)角誤差對(duì)橫向貫通精度的影響。 2）盡量選擇長(zhǎng)邊，減少三角形個(gè)數(shù)或?qū)Ь€邊數(shù)，以減弱測(cè)角誤差對(duì)橫向貫通精度的影響。 3）每一洞口附近測(cè)設(shè)不少于三個(gè)平面控制點(diǎn)(包括洞口投點(diǎn)及其相聯(lián)系的三角點(diǎn)或?qū)Ь€點(diǎn))，作為引線入洞的依據(jù)，并盡量將其納入主網(wǎng)中，以加強(qiáng)點(diǎn)位穩(wěn)定性和入洞方向的校核。,4

5、）三角鎖的起始邊如果只有一條，則應(yīng)盡量布設(shè)于三角鎖中部；如果有兩條。則應(yīng)使其位于三角鎖兩端，這樣不僅利于洞口插網(wǎng)，而且可以減弱三角網(wǎng)測(cè)量誤差對(duì)橫向貫通精度的影響。 5）三角鎖中若要增列基線條件時(shí)，應(yīng)將基線設(shè)于鎖段兩端，但此時(shí)起始邊的測(cè)量精度應(yīng)滿足下列要求 否則，不應(yīng)加入基線條件。,5. GPS測(cè)量 由于GPS具有選點(diǎn)靈活、無(wú)需通視，定位精度高，觀測(cè)時(shí)間短，提供三維位置和速度、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便，不受天氣條件影響、可全天候作業(yè)等特點(diǎn)，GPS在公共安全、大地控制測(cè)量、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地球動(dòng)力學(xué)、氣象學(xué)、海平面監(jiān)測(cè)、時(shí)間和頻率傳輸、導(dǎo)航、軍事、航空攝影測(cè)量等等領(lǐng)域中也得到了極為廣泛的應(yīng)用，正

6、如業(yè)內(nèi)人士所言，“GPS應(yīng)用只受到人們想象力的限制”。,6. 高程控制測(cè)量 洞外高程控制測(cè)量的任務(wù)，是按照設(shè)計(jì)精度施測(cè)兩相向開(kāi)挖洞口附近水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差，以便將整個(gè)隧道的統(tǒng)一高程系統(tǒng)引入洞內(nèi)，保證按規(guī)定精度在高程方面正確貫通，并使隧道工程在高程方面按要求的精度正確修建。 水準(zhǔn)測(cè)量的精度，一般參照表7-1即可。,7.2 隧道洞外、洞內(nèi)聯(lián)系測(cè)量,7.2.1 進(jìn)洞關(guān)系的計(jì)算和進(jìn)洞測(cè)量 洞外控制測(cè)量完成以后，應(yīng)把各洞口的線路中線控制樁和洞外控制網(wǎng)聯(lián)系起來(lái)。由于控制網(wǎng)和線路中線兩者的坐標(biāo)系不一致，應(yīng)首先把洞外控制點(diǎn)和中線控制樁的坐標(biāo)納入同一坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，故必須先進(jìn)行坐標(biāo)變換計(jì)算，得到控制點(diǎn)在變換后的新坐標(biāo)

7、。,把中線引入洞內(nèi)，可按下列方法進(jìn)行。 1.直線隧道 1）移樁法，如圖7-2所示,圖7-2 移樁法示意圖,2）拔角法 如圖7-3，當(dāng)以AD為坐標(biāo)縱軸時(shí)，可根據(jù)A、B及C、D點(diǎn)的坐標(biāo)，反算出水平角和，即可得到進(jìn)洞方向。通常為了施工測(cè)量方便，亦可將B、C兩點(diǎn)移到中線上的B、C點(diǎn)上。,圖7-3 拔角法示意圖,2.曲線隧道 曲線隧道兩端洞口的每條切線上已有兩個(gè)投點(diǎn)的坐標(biāo)在控制網(wǎng)中得到，如圖7-4中的A、G和D、E。經(jīng)坐標(biāo)變換后，以A點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，AG的切線方向?yàn)閥軸，其進(jìn)洞關(guān)系的計(jì)算步驟如下： （1）坐標(biāo)變換后，得到A、G、D、E各點(diǎn)的新坐標(biāo)。,圖7-4 曲線隧道進(jìn)洞測(cè)量示意圖,（2）計(jì)算交點(diǎn)的坐標(biāo)

8、 （3）根據(jù)精測(cè)算得的和選定的曲線半徑R和緩和曲線長(zhǎng)l0，計(jì)算出曲線要素T、L、0、p、m、x0、y0。 （4）選定洞口外面一個(gè)中線控制樁的里程，使其和定測(cè)里程一致 （5）計(jì)算任一中線點(diǎn)的坐標(biāo),由于任一中線點(diǎn)的位置不同，所以計(jì)算坐標(biāo)的方法也不同，現(xiàn)分別說(shuō)明如下： （1）中線點(diǎn)在直線上 如圖7-5所示，進(jìn)口洞門在一直線上，而N1點(diǎn)在出口端的另一直線上。在已知各點(diǎn)的施工里程DK進(jìn)口、DKN1（不能用定測(cè)里程）的情況下，則,（7-4）,（7-5）,圖7-5 中線點(diǎn)在直線上坐標(biāo)計(jì)算 圖7-6 中線點(diǎn)在緩和曲線上坐標(biāo)計(jì)算,（2）中線點(diǎn)在緩和曲線上 首先計(jì)算出它們的切線坐標(biāo)（計(jì)算到mm或0.1mm），然后

9、將切線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一坐標(biāo)。例如在圖7-6中，統(tǒng)一坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸為x、y軸；ZH端的切線坐標(biāo)系為x、y軸；HZ端的切線坐標(biāo)系為x、y軸。假設(shè)統(tǒng)一坐標(biāo)系的y軸平行于x軸，則中線點(diǎn)N2、N3的統(tǒng)一坐標(biāo)推算如下：,（7-6）,（7-7）,（3）中線點(diǎn)在圓曲線上 當(dāng)中線點(diǎn)位于圓曲線上時(shí)，最好通過(guò)圓心來(lái)計(jì)算它們的坐標(biāo)。如圖7-6中，N4點(diǎn)在圓曲線上，則圓心O的統(tǒng)一坐標(biāo)為： 而ON4的坐標(biāo)方位角為：,（7-8）,（7-9）,（7-10）,7.2.2 由洞外向洞內(nèi)傳遞方向和坐標(biāo),圖7-8 聯(lián)系導(dǎo)線,7.2.3 由洞外向洞內(nèi)傳遞高程 圖 7-9經(jīng)由斜井或橫洞向洞內(nèi)傳遞高程時(shí)，一般均采用往返水準(zhǔn)測(cè)量，當(dāng)高差較差合

10、限時(shí)取平均值的方法。 經(jīng)由豎井傳遞高程時(shí)，過(guò)去一直采用懸掛鋼尺的方法，即在井上懸掛一根經(jīng)過(guò)檢定的鋼尺（或鋼絲），尺零點(diǎn)下端掛一標(biāo)準(zhǔn)拉力的重錘，如圖7-9所示，在井上、井下各安置一臺(tái)水準(zhǔn)儀，同時(shí)讀取鋼尺讀數(shù)l1和l2，然后再讀取井上、井下水準(zhǔn)點(diǎn)的尺讀數(shù)a、b，由此可求得井下水準(zhǔn)點(diǎn)B的高程。,如果在井上裝配一托架，安裝上光電測(cè)距儀，使照準(zhǔn)頭向下直接瞄準(zhǔn)井底的反光鏡測(cè)出井深Dh，然后在井上、井下用兩臺(tái)水準(zhǔn)儀，同時(shí)分別測(cè)定井上水準(zhǔn)點(diǎn)A與測(cè)距儀照準(zhǔn)頭轉(zhuǎn)動(dòng)中心的高差（a上b上）、井下水準(zhǔn)點(diǎn)B與反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)中心的高差（b下-a下），即可求得井下水準(zhǔn)點(diǎn)B的高程HB，如圖7-10所示。,7.3.1 平面控制測(cè)量

11、為了給出隧道正確的掘進(jìn)方向，并保證準(zhǔn)確貫通，應(yīng)進(jìn)行洞內(nèi)控制測(cè)量。由于隧道洞內(nèi)場(chǎng)地狹窄，故洞內(nèi)平面控制常采用中線或?qū)Ь€兩種形式。 1. 中線形式 中線形式是指洞內(nèi)不設(shè)導(dǎo)線，用中線控制點(diǎn)直接進(jìn)行施工放樣。 2. 導(dǎo)線形式 導(dǎo)線形式是指洞內(nèi)控制依靠導(dǎo)線進(jìn)行，施工放樣用的正式中線點(diǎn)由導(dǎo)線測(cè)設(shè)，中線點(diǎn)的精度能滿足局部地段施工要求即可。,洞內(nèi)導(dǎo)線一般常采用下列幾種形式： 1）單導(dǎo)線 半數(shù)測(cè)回測(cè)左角，半數(shù)測(cè)回測(cè)右角。 2）導(dǎo)線環(huán) 如圖7-11所示，每測(cè)一對(duì)新點(diǎn)，如5和5，可按兩點(diǎn)坐標(biāo)反算55的距離，然后與實(shí)地丈量的55距離比較，這樣每前進(jìn)一步均有檢核。,圖7-11 導(dǎo)線環(huán)示意圖,3）主副導(dǎo)線環(huán) 如圖7-12

12、所示，雙線為主導(dǎo)線，單線為副導(dǎo)線。 4）交叉導(dǎo)線 如圖7-13所示,圖7-12 主副導(dǎo)線環(huán)布設(shè)圖,圖7-13 交叉導(dǎo)線布設(shè)圖,5）旁點(diǎn)閉合環(huán) 如圖7-14所示 當(dāng)有平行導(dǎo)坑時(shí)，還可利用橫通道將正洞和導(dǎo)坑聯(lián)系起來(lái)，形成導(dǎo)線閉合環(huán)。,圖7-14 旁點(diǎn)閉合環(huán)布設(shè)圖,無(wú)論是采用中線形式，還是采用導(dǎo)線形式作洞內(nèi)控制，在測(cè)量時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）每次在建立新點(diǎn)之前，必須檢測(cè)前一個(gè)老點(diǎn)的穩(wěn)定性，只有在確認(rèn)老點(diǎn)沒(méi)有發(fā)生變動(dòng)時(shí)，才能用它來(lái)發(fā)展新點(diǎn)。 （2）盡量形成閉合環(huán)、兩條路線的坐標(biāo)比較、實(shí)量距離與反算距離的比較等檢查條件，以免發(fā)生錯(cuò)誤。 （3）導(dǎo)線應(yīng)盡量布設(shè)為長(zhǎng)邊或等邊，一般直線地段不短于200m，曲線

13、地段不宜短于70m。,（4）洞內(nèi)丈量工具，在使用前應(yīng)與洞外控制網(wǎng)丈量工具比長(zhǎng)。 （5）以導(dǎo)線形式作為洞內(nèi)平面控制時(shí)，正式中線點(diǎn)由臨近的導(dǎo)線點(diǎn)以極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)在地面上之后，應(yīng)在中線點(diǎn)上安置經(jīng)緯儀，以任何兩個(gè)已知坐標(biāo)的點(diǎn)為目標(biāo)測(cè)其角度。如圖7-15,圖 7-15,7.3.2 洞內(nèi)高程測(cè)量 洞內(nèi)高程測(cè)量應(yīng)采用水準(zhǔn)測(cè)量或光電測(cè)距三角高程測(cè)量的方法。洞內(nèi)高程應(yīng)由洞外高程控制點(diǎn)向洞內(nèi)測(cè)量傳算，結(jié)合洞內(nèi)施工特點(diǎn)，每隔200m至500m設(shè)立兩個(gè)高程點(diǎn)以便檢核；為便于施工使用，每隔100 m應(yīng)在拱部邊墻上設(shè)立一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)。,7.4 隧道洞內(nèi)中線測(cè)量,7.4.1 洞內(nèi)中線測(cè)量 隧道洞內(nèi)施工，是以中線為依據(jù)來(lái)進(jìn)行。當(dāng)洞

14、內(nèi)敷設(shè)導(dǎo)線之后，導(dǎo)線點(diǎn)不一定恰好在線路中線上，更不可能恰好在隧道的結(jié)構(gòu)中線上（即隧道軸線上）。而隧道襯砌后兩個(gè)邊墻間隔的中心即為隧道中心，在直線部分則與線路中線重合；曲線部分由于隧道襯砌斷面的內(nèi)外側(cè)加寬不同，所以線路中心線就不是隧道中心線，如圖7-16所示。隧道中線的測(cè)設(shè)方法有下列兩種：,圖7-16,1. 由導(dǎo)線測(cè)設(shè)中線 用精密導(dǎo)線進(jìn)行洞內(nèi)隧道控制測(cè)量時(shí)，為便于施工，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)位的實(shí)際坐標(biāo)和中線點(diǎn)的理論坐標(biāo)，反算出距離和角度，利用極坐標(biāo)法，根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)設(shè)出中線點(diǎn)。 2. 獨(dú)立的中線法 若用獨(dú)立的中線法測(cè)設(shè)，在直線上應(yīng)采用正倒鏡分中法延伸直線；在曲線上一般采用弦線偏角法。測(cè)規(guī)要求采用獨(dú)立中線法

15、時(shí)，永久中線點(diǎn)間距離：直線上不小于100m，曲線上不小于50m,7.4.2 洞內(nèi)臨時(shí)中線的測(cè)設(shè) 為了知道隧道洞內(nèi)開(kāi)挖方向，隨著向前掘進(jìn)的深入，平面測(cè)量的控制工作和中線工作也需緊隨其后。當(dāng)掘進(jìn)的延伸長(zhǎng)度不足一個(gè)永久中線點(diǎn)的間距時(shí)，應(yīng)先測(cè)設(shè)臨時(shí)中線點(diǎn)，如圖7-18,圖 7-18,7.5 隧道施工測(cè)量,隧道是邊開(kāi)挖、邊襯砌，為保證開(kāi)挖方向正確、開(kāi)挖斷面尺寸符合設(shè)計(jì)要求，施工測(cè)量工作必須要緊緊跟上，同時(shí)要保證測(cè)量成果的正確性。,7.5.1 導(dǎo)坑延伸測(cè)量 當(dāng)導(dǎo)坑從最前面一個(gè)臨時(shí)中線點(diǎn)繼續(xù)向前掘進(jìn)時(shí)，在直線上延伸不超過(guò)30m，曲線上不超過(guò)20m的范圍內(nèi)，可采用“串線法”延伸中線。用串線法延伸中線時(shí)，應(yīng)在臨

16、時(shí)中線點(diǎn)前或后用儀器再設(shè)置兩個(gè)中線點(diǎn)，如圖7-19,如果用激光導(dǎo)向儀，將其掛在中線洞頂部來(lái)指示開(kāi)挖方向，可以定出100m以外的中線點(diǎn)，如圖7-20所示。這種方法對(duì)于直線隧道和全斷面開(kāi)挖的定向，既快捷又準(zhǔn)確。,圖 7-20 圖 7-21,在曲線導(dǎo)坑中，常用弦線偏距法和切線支距法。弦線偏距法最方便，如圖7-21所示,7.5.2 上下導(dǎo)坑的聯(lián)測(cè) 采用上、下導(dǎo)坑開(kāi)挖時(shí)，每前進(jìn)一段距離后，上部的臨時(shí)中線點(diǎn)和下部的臨時(shí)中線點(diǎn)應(yīng)通過(guò)漏斗聯(lián)測(cè)一次，用以改正上部的中線點(diǎn)或向上部導(dǎo)坑引點(diǎn)。,圖7-22,7.5.3隧道結(jié)構(gòu)物的施工放樣 1. 隧道開(kāi)挖斷面測(cè)量 在隧道施工中，為使開(kāi)挖斷面能較好的符合設(shè)計(jì)斷面，在每次掘

17、進(jìn)前，應(yīng)在開(kāi)挖斷面上，根據(jù)中線和軌頂高程，標(biāo)出設(shè)計(jì)斷面尺寸線。 2. 結(jié)構(gòu)物的施工放樣 在施工放樣之前，應(yīng)對(duì)洞內(nèi)的中線點(diǎn)和高程點(diǎn)加密。,7.5.4 竣工測(cè)量 隧道竣工以后，應(yīng)在直線地段每50m，曲線地段每20m，或者需要加測(cè)斷面處，以中線樁為準(zhǔn)，測(cè)繪隧道的實(shí)際凈空。測(cè)繪內(nèi)容包括：拱頂高程、起拱線寬度、軌頂水平寬度、鋪底或仰拱高程，如圖7-23所示。,7.6 盾構(gòu)法的施工測(cè)量工作,7.6.1盾構(gòu)法隧道概述 1. 盾構(gòu)法基本概念 盾構(gòu)是一種鋼制活動(dòng)防護(hù)裝置或活動(dòng)支撐，是通過(guò)軟弱含水層，特別是海底、河底以及城市中心區(qū)修建隧道的一種機(jī)械。 盾構(gòu)法是在地面下暗挖隧道的種施工方法。,構(gòu)成盾構(gòu)法的主要內(nèi)容是

18、：先在隧道某段的一端建造豎井或基坑，以供盾構(gòu)安裝就位。盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁開(kāi)孔處出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線，向另一豎井或基坑的設(shè)計(jì)孔洞推進(jìn)。 使用盾構(gòu)法，往往需要根據(jù)穿越土層的工程水文地質(zhì)特點(diǎn)輔以其他施工技術(shù)措施，主要有：,硫干掘進(jìn)土層中地下水的措施； 穩(wěn)定地層、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施； 隧道襯砌的防水堵滿技術(shù)； 配合施工的監(jiān)測(cè)技術(shù)； 氣壓施工中的勞動(dòng)防護(hù)措施； 開(kāi)挖土方的運(yùn)輸及處理方法等。,2. 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn) 除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，既不影響地面交通，又可減少對(duì)附近居民的噪音和振動(dòng)影響； 盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也較少； 土方量較少； 穿越河道時(shí)不影響航運(yùn)； 施工不受風(fēng)雨等氣候條件影響； 在土質(zhì)差水位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，盾構(gòu)法有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。,3. 盾構(gòu)法存在的主要問(wèn)題 當(dāng)隧道曲線半徑過(guò)小時(shí)，施工較為困難； 在陸地建造隧道時(shí)，如隧道覆土太淺，則盾構(gòu)法施工困難很大，而在水下時(shí)，如覆土太淺則盾構(gòu)法施工不夠安全； 盾構(gòu)施