隧道施工測量

1、第十二章隧道施工測量,主要測量工作,洞口投點及線路進洞關(guān)系計算 隧道洞門仰坡放樣 導(dǎo)坑延伸的中線測量 施工斷面測量 竣工測量及運營時期的測量,進洞關(guān)系的計算和進洞測量,洞外控制測量后，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。由于控制網(wǎng)和線路中線兩者的坐標(biāo)系不一致，應(yīng)首先把洞外控制點和中線控制樁的坐標(biāo)納入同一坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，先進行坐標(biāo)變換計算，得到控制點的新坐標(biāo)。 一般在直線段以線路中線作為x軸；曲線上則以一條切線方向作為x軸。用線路中線點和控制點的坐標(biāo)，反算兩點的距離和方位角，從而確定進洞測量的數(shù)據(jù)。 直線隧道 曲線隧道,直線隧道,1移樁法 如圖142所示，空口兩端線路控制點A、B、C、D

2、是按定測精度測設(shè)的， 它們并不是嚴(yán)格位于同一條直線上。經(jīng)精測A、B、C、D后，可以A為原點，AB方向為縱軸，計算出C、D兩點相應(yīng)的偏離值yc、yd和角，將經(jīng)緯儀分別安置在C和D上，拔角量出垂線yc和yd，即可移樁定出C和D點，再將經(jīng)緯儀安置于D點，照準(zhǔn)C即得進洞方向。當(dāng)偏移量較大時，為保持原設(shè)計的線路平面位置和方向的一致性，可用洞口兩端的A、D兩點連線作縱軸，將B、C移至中線上。,直線隧道,2拔角法 如圖143，當(dāng)以AD為坐標(biāo)縱軸時，可根據(jù)A、B及C、D點的坐標(biāo)，反算出水平角和，即可得到進洞方向。通常為了施工測量方便，亦可將B、C兩點移到中線上的B、C點上。,曲線隧道,曲線隧道兩端洞口的每條切

3、線上已有兩個投點的坐標(biāo)在控制網(wǎng)中得到，如圖144中的A、G和D、E。經(jīng)坐標(biāo)變換后，以A點為坐標(biāo)系原點，AG的切線方向為y軸，其進洞關(guān)系的計算步驟如下：,曲線隧道,1坐標(biāo)變換后，得到A、G、D、E各點的新坐標(biāo)。根據(jù)這些新坐標(biāo)反算得到AG、DE的方位角；兩方位角相減得到曲線精測的轉(zhuǎn)向角，它的精度較之定測角值精確，并與各點的坐標(biāo)相一致。 2計算交點的坐標(biāo) 因為AG切線與y軸重合或平行，故JD的x坐標(biāo)為零或選定值，它是已知的；只需計算出JD的y坐標(biāo)值即可。 （144） 3根據(jù)精測算得的和選定的曲線半徑R和緩和曲線長 ，計算出曲線要素 。,曲線隧道,4選定洞口外面一個中線控制樁的里程，使其和定測里程一致

4、，例如選定A點。由此從A推算隧道范圍內(nèi)其它中線控制點的里程，到隧道另一端洞口外的中線控制點上出現(xiàn)斷鏈，這是由于精測長度和定測長度不一致所致，這種里程稱為隧道施工里程。 5計算任一中線點的坐標(biāo) 要想在洞中測設(shè)出任一中線點的位置，必須先知道該點的施工里程，使它與曲線控制樁的施工里程相比較，才能確定該點是在直線上，還是在曲線上，并且知道該點距中線控制樁有多遠。由于任一中線點的位置不同，所以計算坐標(biāo)的方法也不同，現(xiàn)分別說明如下： (1)中線點在直線上 如圖144所示，進口洞門在一直線上，而N1點在出口端的另一直線上。在已知各點的施工里程DK進口、DKN1（不能用定測里程）的情況下，則 x進口0 y進口

5、DK進口DKA （145）,曲線隧道,(2)中線點在緩和曲線上 首先計算出它們的切線坐標(biāo)（計算到mm或0.1mm），然后將切線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一坐標(biāo)。,曲線隧道,例如在圖145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N2、N3的統(tǒng)一坐標(biāo)推算如下： （146） （147） 式中 、N2點的切線坐標(biāo)； 、N3點的切線坐標(biāo)。 (3)中線點在圓曲線上 當(dāng)中線點位于圓曲線上時，最好通過圓心來計算它們的坐標(biāo)。 如圖146中，N4點在圓曲線上，則圓心O的統(tǒng)一坐標(biāo)為： （148） 而ON4的坐標(biāo)方位角為： （149）

6、 （1410）,曲線隧道,按上述方法計算出測設(shè)中線點的坐標(biāo)后，再根據(jù)控制網(wǎng)點的坐標(biāo)，反算出兩點間的距離和方位角，利用極坐標(biāo)法即可確定洞門的位置和進洞方向。如圖147，H為出口洞門的設(shè)計位置，D、E為切線方向的控制點，根據(jù)D、H點坐標(biāo)可以算出距離SDH及方位角DH；根據(jù)D、E坐標(biāo)可以算出方位角DE，根據(jù)兩方位角之差可以求得水平角。將經(jīng)緯儀按在D點，后視E點，轉(zhuǎn)一角度，沿此方向丈量距離SDH，即可定出洞門出口位置H點。,由洞外向洞內(nèi)傳遞方向和坐標(biāo),為了加快施工進度，隧道施工中除了進出洞口之外，還會用斜井、橫洞或豎井來增加施工開挖面。為此就要經(jīng)由它們布設(shè)導(dǎo)線，把洞外導(dǎo)線的方向和坐標(biāo)傳遞給洞內(nèi)導(dǎo)線，構(gòu)

7、成一個洞內(nèi)、外統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，這種導(dǎo)線稱為聯(lián)系導(dǎo)線，如圖148。聯(lián)系導(dǎo)線屬支導(dǎo)線性質(zhì)，其測角誤差和邊長誤差直接影響隧道的橫向貫通精度，故使用中必須多次精密測定、反復(fù)校核，確保無誤。 當(dāng)由豎井進行聯(lián)系測量時，可以采用垂準(zhǔn)儀光學(xué)投點、陀螺經(jīng)緯儀定向的方法，來傳遞坐標(biāo)和方位。,由洞外向洞內(nèi)傳遞高程,經(jīng)由斜井或橫洞向洞內(nèi)傳遞高程時，一般均采用往返水準(zhǔn)測量，當(dāng)高差較差合限時取平均值的方法。由于斜井坡度較陡，視線很短，測站很多，加之照明條件差，故誤差積累較大，每隔10站左右應(yīng)在斜井邊腳設(shè)一臨時水準(zhǔn)點，以便往返測量時校核。近年來用光電測距三角高程測量的方法來傳遞高程，已得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，大大提高了工作效

8、率，但應(yīng)注意洞中溫度的影響，以及應(yīng)采用對向觀測的方法。 經(jīng)由豎井傳遞高程時，過去一直采用懸掛鋼尺的方法，即在井上懸掛一根經(jīng)過檢定的鋼尺（或鋼絲），尺零點下端掛一標(biāo)準(zhǔn)拉力的重錘，如圖149所示，在井上、井下各安置一臺水準(zhǔn)儀，同時讀取鋼尺讀數(shù)l1和l2，然后再讀取井上、井下水準(zhǔn)點的尺讀數(shù)a、b，由此可求得井下水準(zhǔn)點B的高程：,由洞外向洞內(nèi)傳遞高程,HB=HA+a-(l1-l2)+t+k-b （1411） 式中 HA井上水準(zhǔn)點A的高程； a、b井上、井下水準(zhǔn)尺讀數(shù)； l1、l2井上、井下鋼尺讀數(shù)，Ll1-l2； t鋼尺溫度改正數(shù)，tL（t均-t0）； 鋼尺膨脹系數(shù)，取1.2510-5/； t均井上、

9、井下平均溫度； t0鋼尺檢定時的溫度； k鋼尺尺長改正數(shù)，k=(Ll)l ；l和l分別是 鋼尺的名義長度和它的尺長改正數(shù)。,由洞外向洞內(nèi)傳遞高程,如果在井上裝配一托架，安裝上光電測距儀，使照準(zhǔn)頭向下直接瞄準(zhǔn)井底的反光鏡測出井深Dh，然后在井上、井下用兩臺水準(zhǔn)儀，同時分別測定井上水準(zhǔn)點A與測距儀照準(zhǔn)頭轉(zhuǎn)動中心的高差（a上b上）、井下水準(zhǔn)點B與反射鏡轉(zhuǎn)動中心的高差（b下a下），求得井下水準(zhǔn)點B的高程HB HB=HA+（a上b上）+（b下a下） 用光電測距儀測井深的方法遠比懸掛鋼尺的方法快速、準(zhǔn)確，尤其是對于50m以上的深井測量，更顯現(xiàn)出其優(yōu)越性。,隧道洞內(nèi)中線測量,洞內(nèi)中線測量 洞內(nèi)臨時中線的測設(shè)

10、,洞內(nèi)中線測量,隧道洞內(nèi)施工，是以中線為依據(jù)來進行。當(dāng)洞內(nèi)敷設(shè)導(dǎo)線之后，導(dǎo)線點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.,洞內(nèi)中線測量,（一）由導(dǎo)線測設(shè)中線 用精密導(dǎo)線進行洞內(nèi)隧道控制測量時，為便于施工，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線點位的實際坐標(biāo)和中線點的理論坐標(biāo)，反算出距離和角度，利用極坐標(biāo)法，根據(jù)導(dǎo)線點測設(shè)出中線點。一般直線地段150200 m；曲線地段60100m，應(yīng)測設(shè)一個永久的中線點。 由導(dǎo)線建立新的中線點之后，還應(yīng)將經(jīng)緯儀安置

11、在已測設(shè)的中線點上，測出中線點之間的夾角，如圖1417所示，將實測的檢查角與理論值相比較；另外實量45點的距離，亦可與理論值比較，作為另一種檢核，確認(rèn)無誤即可挖坑埋入帶金屬標(biāo)志的混凝土樁。 （二）獨立的中線法 若用獨立的中線法測設(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。測規(guī)要求采用獨立中線法時，永久中線點間距離：直線上不小于100m，曲線上不小于50m。,洞內(nèi)臨時中線的測設(shè),為了知道隧道洞內(nèi)開挖方向，隨著向前掘進的深入，平面測量的控制工作和 中線工作也需緊隨其后。當(dāng)掘進的延伸長度不足一個永久中線點的間距時，應(yīng)先測設(shè)臨時中線點，如圖1418中的1、2等，點間距離，一般直

12、線上不大于30m，曲線上不大于20m，臨時中線點應(yīng)該用儀器測設(shè)。當(dāng)延伸長度大于永久中線點的間距時，就可以建立一個新的永久中線點，如圖中的e。永久中線點應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線或用獨立中線法測設(shè)，然后根據(jù)新設(shè)的永久中線點繼續(xù)向前測設(shè)臨時中線點。當(dāng)掘進長度距最新的導(dǎo)線點B大于一個導(dǎo)線的設(shè)計邊長時，就可以建立一個新的導(dǎo)線點C，然后根據(jù)C點繼續(xù)向前測設(shè)中線點（圖1418）。當(dāng)采用全斷 面法開挖時，導(dǎo)線點和永久中線點都應(yīng)緊跟臨時中線點。這時臨時中線點要求的精度也較高。,洞內(nèi)臨時中線的測設(shè),隧道施工測量,隧道是邊開挖、邊襯砌，為保證開挖方向正確、開挖斷面尺寸符合設(shè)計要求，施工測量工作必須要緊緊跟上，同時要保證測量成果的

13、正確性。 導(dǎo)坑延伸測量 上下導(dǎo)坑的聯(lián)測 隧道結(jié)構(gòu)物的施工放樣 竣工測量,導(dǎo)坑延伸測量,當(dāng)導(dǎo)坑從最前面一個臨時中線點繼續(xù)向前掘進時，在直線上延伸不超過30m，曲線上不超過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，應(yīng)在臨時中線點前或后用儀器再設(shè)置兩個中線點，如圖1419中的1、2，其間距不小于5m。串線時可在這三個點上掛上垂球線，先檢驗三點是否在一直線上，如正確無誤，可用肉眼瞄直，在工作面上給出中線位置，指導(dǎo)掘進方向。當(dāng)串線延伸長度超過臨時中線點的間距時（直線為30m、曲線為20m），則應(yīng)設(shè)立一個新的臨時中線點。,導(dǎo)坑延伸測量,如果用激光導(dǎo)向儀，將其掛在中線洞頂部來指示開挖方向

14、，可以定出100m以外的中線點，如圖1420所示。這種方法對于直線隧道和全斷面開挖的定向，既快捷又準(zhǔn)確。,導(dǎo)坑延伸測量,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1421所示，A、B為曲線上已定出的兩個臨時中線點，如要向前定出新的中線點C，要求BC=AB=s，則從B沿CB方向量出長度s，同時從A量出偏距d，將兩尺拉直使兩長度分劃相交，即可定出D點，然后在D、B方向上掛三根垂球線，用串線法指導(dǎo)B、C間的掘進，掘進長度超過臨時中線點間距時，由B沿DB延伸方向量出距離s，即可測設(shè)出新的臨時中線點C。 偏距d可按下列近似公式計算 圓曲線部分 緩和曲線部分 （1413） 式中 s臨

15、時中線點間距； R圓曲線半徑； 緩和曲線全長； B點到ZH（或HZ）的距離,導(dǎo)坑延伸測量,上下導(dǎo)坑的聯(lián)測,采用上、下導(dǎo)坑開挖時，每前進一段距離后，上部的臨時中線點和下部的臨時中線點應(yīng)通過漏斗聯(lián)測一次，用以改正上部的中線點或向上部導(dǎo)坑引點。聯(lián)測時，一般用長線垂球、光學(xué)垂準(zhǔn)器、經(jīng)緯儀的光學(xué)對點器等，將下導(dǎo)坑的中線點引到上導(dǎo)坑的頂板上，如圖1422所示。移設(shè)三個點之后，應(yīng)復(fù)核其準(zhǔn)確性；測量一段距離之后及筑拱前，應(yīng)再引至下導(dǎo)坑核對，并盡早與洞口外引入的中線閉合。,隧道結(jié)構(gòu)物的施工放樣,(一)隧道開挖斷面測量 在隧道施工中，為使開挖斷面能較好的符合設(shè)計斷面，在每次掘進前，應(yīng)在開挖斷面上，根據(jù)中線和軌頂高

16、程，標(biāo)出設(shè)計斷面尺寸線。 分部開挖的隧道在拱部和馬口開挖后，全斷面開挖的隧道在開挖成形后，應(yīng)采用斷面自動測繪儀或斷面支距法測繪斷面，檢查斷面是否符合要求；并用來確定超挖和欠挖工程數(shù)量。測量時按中線和外拱頂高程，從上至下每0.5m（拱部和曲墻）和1.0m（直墻）向左右量測支距。量支距時，應(yīng)考慮到曲線隧道中心與線路中心的偏移值和施工預(yù)留寬度。 仰拱斷面測量，應(yīng)由設(shè)計軌頂高程線每隔0.5m（自中線向左右）向下量出開挖深度。 (二)結(jié)構(gòu)物的施工放樣 在施工放樣之前，應(yīng)對洞內(nèi)的中線點和高程點加密。中線點加密的間隔視施工需要而定，一般為510m一點，加密中線點可以鐵路定測的精度測定。加密中線點的高程，均以

17、五等水準(zhǔn)精度測定。 在襯砌之前，還應(yīng)進行襯砌放樣，包括立拱架測量、邊墻及避車洞和仰拱的襯砌放樣，洞門砌筑施工放樣等一系列的測量工作,竣工測量,隧道竣工以后，應(yīng)在直線地段每50m，曲線地段每20m，或者需要加測斷面處，以中線樁為準(zhǔn)，測繪隧道的實際凈空。測繪內(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1423所示。 當(dāng)隧道中線統(tǒng)一檢測閉合后，在直線上每200500m、曲線上的主點，均應(yīng)埋設(shè)永久中線樁；洞內(nèi)每1km應(yīng)埋設(shè)一個水準(zhǔn)點。無論中線點或水準(zhǔn)點，均應(yīng)在隧道邊墻上畫出標(biāo)志，以便以后養(yǎng)護維修時使用。,隧道貫通誤差預(yù)計,貫通誤差概述 貫通誤差預(yù)計,貫通誤差概述,隧道施工進度慢，

18、往往成為控制工期的工程。為了加快施工進度，除了進、出口兩個開挖面外，還常采用橫洞、斜井、豎井、平行導(dǎo)坑等來增加開挖面。因此，不管是直線隧道還是曲線隧道，開挖總是沿線路中線不斷向洞內(nèi)延伸，洞內(nèi)線路中線位置測設(shè)的誤差，就逐步隨著開挖的延伸而逐漸積累；另一方面，隧道施工時基本上都是采用邊開挖、邊襯砌的方法，等到隧道貫通時，未襯砌部分也所剩不多，故可進行中線調(diào)整的地段有限。于是，如何保證隧道在貫通時（包括橫向、縱向、高程方向），兩相向開挖施工中線的相對錯位不超過規(guī)定的限值，是隧道施工測量的關(guān)鍵問題。但是，在縱向方面所產(chǎn)生的貫通誤差，一般對隧道施工和隧道質(zhì)量不產(chǎn)生影響，從我國隧道施工調(diào)查中得知，一般不超

19、過320mm，即使達到這種情況，對施工質(zhì)量也無影響，因此規(guī)定這項限差無實際意義；高程要求的精度，使用一般水準(zhǔn)測量方法即可滿足；而橫向貫通誤差（在平面上垂直于線路中線方向）的大小，則直接影響隧道的施工質(zhì)量，嚴(yán)重者甚至?xí)?dǎo)致隧道報廢。所以一般說貫通誤差，主要是指隧道的橫向貫通誤差。,貫通誤差概述,鐵路測量技術(shù)規(guī)則對隧道貫通誤差的限值見表142。,表142 貫通誤差的限差,貫通誤差預(yù)計,影響橫向貫通誤差的因素有：洞外和洞內(nèi)平面控制測量誤差、洞外與洞內(nèi)之間聯(lián)系測量誤差。 鐵路測量技術(shù)規(guī)則規(guī)定，洞外、洞內(nèi)控制測量誤差，對每個貫通面上產(chǎn)生的橫向中誤差不應(yīng)超過表143的規(guī)定。,表143 洞外、洞內(nèi)控制測量的

20、貫通精度要求,注：本表不適用于設(shè)有豎井的隧道,貫通誤差預(yù)計,洞外、洞內(nèi)控制測量，產(chǎn)生在貫通面上的橫向中誤差，按下列公式計算： 1導(dǎo)線測量 （1414） 式中 由于測角誤差影響，產(chǎn)生在貫通面上的橫向中誤差(mm)，即 （1415） 由于測邊誤差影響，產(chǎn)生在貫通面上的橫向中誤差(mm)，即 （1416） 其中 由導(dǎo)線環(huán)閉合差求算的測角中誤差（）； 導(dǎo)線環(huán)在隧道相鄰兩洞口連線的一條導(dǎo)線上各點至貫通面的垂直距離（m）； 導(dǎo)線邊邊長相對中誤差； 導(dǎo)線環(huán)在隧道相鄰兩洞口連線的一條導(dǎo)線上各邊在貫通面上的投影長度（m）。,貫通誤差預(yù)計,2三角測量 三角測量的計算公式可參考鐵路測量技術(shù)規(guī)則中給出的有關(guān)公式，也可 以按導(dǎo)線測量的誤差公式計算。其方法是選取三角網(wǎng)中沿中線附近的連續(xù)傳算邊 作為一條導(dǎo)線進行計算。但式（1414）（1415）（1416）中： 由三角網(wǎng)閉合差求算的測角中誤差（）； 所選三角網(wǎng)中連續(xù)傳算邊形成的導(dǎo)線上各轉(zhuǎn)折點至貫通面的垂直距離； 取三角網(wǎng)最弱邊的相對中誤差； 所選三角網(wǎng)中連續(xù)傳算邊形成的導(dǎo)線各邊在貫通面上的投影長度。 例：現(xiàn)以導(dǎo)線為例，說明洞外、洞內(nèi)控制測量誤差對橫向貫通精度影響值的估算方法。,貫通誤差預(yù)計,例：現(xiàn)以導(dǎo)線為例，說明洞外、洞內(nèi)控制測量誤差對橫向貫通精度影響值的估算方法。,貫通誤差預(yù)計,首先按導(dǎo)線布點，繪出1：10 000的導(dǎo)線平面圖，如圖1424。012345為單