隧道贯通误差分析处理应用研究

河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要I摘 要本文根据隧道施工测量的具体流程，可以把横向误差来源分成以下几个方面：隧道贯通误差的主要来源为洞外控制测量、联系测量、洞内控制测量的误差, 洞内施工放样所产生的误差对贯通的影响很小, 不予考虑。从目前的测量技术水平和工程要求两方面考虑，横向贯通误差最难达到，隧道控制测量的关键就是要解决横向贯通误差问题。横向贯通误差的来源包括洞内导线测量的误差以及施工误差、联系测量的误差、洞外地面控制测量的误差。通过对三方面的误差分析与误差估计从而进行预报隧道贯通误差方法的研究，由此可以进一步提高隧道贯通测量方案的可行性，对隧道贯通测量方案提出优化，隧道贯通测量方案和测量方法选用是否合理，要依据误差预计优化确定，一方面要看设计文件对该隧道贯通的要求，另一方面要结合测量资源的配置和现场实施质量。关键词：贯通测量，隧道贯通误差，误差分析河南城建学院本科毕业设计（论文） AbstractIIAbstractMeasured by the tunneling process, lateral sources of error into the following areas: the main source of the tunnel through error control measurement is outside the cave, contact measurement, the hole to control measurement error, cave construction stakeout arising error through the impact is very small, not be considered. Two aspects to consider from the current level of measurement technology and engineering requirements, lateral error of the most difficult to achieve, the key to the measurement of tunnel control is to solve the lateral error. Lateral error of the source of errors and construction errors, including measurement of the hole conductor contact measurement error, outside the cave ground control measurement error. Thus forecast tunnel through error method of error analysis and error estimates for three, which can further improve the feasibility of the tunnel through the measurement program, the tunnel through the measurement program optimization, Tunnels whether measurement scenarios and methods reasonable, according to the error is expected to optimize determine, on the one hand depends on the design documents of the tunnel through the requirements of the other hand, in conjunction with the quality of measuring the allocation of resources and on-site implementation.Key words: through measurement, the tunnel through error control measurement，error analysis河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录III目 录1 绪论 .11.1 我国隧道发展现状 .11.2 主要研究内容和方法 .21.2.1 主要研究内容： .21.2.2 研究主要采用的方法： .31.3 课题研究的目的和意义 .31.3.1 本课题研究的目的： .31.3.2 本课题研究的意义： .42 隧道贯通误差 .52.1 隧道贯通误差的分类及其限差 .52.2 隧道贯通误差的来源和分配 .53 洞外测量误差分析处理 .73.1 地面测量对于横向贯通误差的影响 .73.2 洞外隧道控制网的高程控制测量分析 .83.3 地面控制测量控制误差的环节 .84 联系测量误差分析处理 .114.1 竖井联系测量 .114.2 联系三角测量测差对定向的影响 .124.3 气流和风力对定向的影响 .124.4 目标偏心对定位的影响 .135 洞内导线测量误差分析处理 .145.1 洞内导线测量误差分析 .145.2 洞内起始方位角对横向贯通误差影响的估算 .145.3 测角测边精度对隧道横向贯通误差影响的估算 .165.3.1 测角精度对横向贯通误差的影响 .165.3.2 测边精度对横向贯通误差的影响 .165.3.3 曲线隧道测角精度的影响 .175.3.4 模拟计算 .175.4 洞内导线测量误差处理 .196 工程实例 .206.1 工程概况 .206.2 测角引起的横向贯通误差分析 .206.3 测距引起的横向贯通误差分析 .216.4 提高控制测量精度的几种方法 .237 总 结 .24参考文献 .26致 谢 .27河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 1 章 绪论11 绪论20 世纪下半叶以来，伴随着世界范围内的城市化进程，世界各国的城市区域逐渐扩大，城市经济日益发展，城市人口也逐渐上升。由于流动人口以及道路车辆的增加，城市交通量呈急骤增长的态势，机动车辆增长尤为迅猛;城市道路的相对有限性带来了交通阻塞、车速下降、事故频繁等一系列问题。行车难、乘车难，不仅成为市民工作和生活的一个突出问题，而且制约着城市经济的发展。另外，道路上行驶的汽车排放废气、噪声引发的环境污染问题也愈来愈引起人们的重视。而地下铁道隧道具有运量大、速度快、噪音小、污染轻、能耗低等优点，成为地下空间开发的重点。随着我国现代化、城市化进程的加快，所面临的交通压力也日益增大，国内也认识到城市轨道交通、开发地下空间是解决交通问题的较好途径之一。但在贯通测量的过程中出现了一系列的问题，一条隧道能否顺利的贯通，取决于贯通误差的大小。为了便于分析问题，我们可以发现隧道贯通误差的来源基本可以分为三部分：隧道横向贯通误差、隧道纵向贯通误差和隧道高程贯通误差。这三者之间相互存在着一定的联系，但它们对贯通的影响是不同的，其中隧道纵向误差影响贯通方向的里程，隧道高程误差影响贯通方向的高程（一般高程精度容易满足，一般不做深入的讨论），隧道横向误差才是真正影响贯通的结果。因此，为了便于分析问题，有利于解决问题，我们可以将它们分开，单独分析其中每一种误差。通过对其误差的分析将其应用到实践中，将贯通测量方案进行优化。1.1 我国隧道发展现状交通是城市功能中最活跃的因素。当城市交通矛盾严重到一定程度后, 单靠在地面上采取措施已难以解决。因此利用地下空间对城市交通进行改造成为城市地下空间利用开始最早和成效最显著的一项内容, 并由此带动了其他内容的发展,成为隧道技术迅速发展的主要动因。我国的第一条地铁始建于1965 年。目前, 已建成地铁的城市有: 北京、天津、香港、上海、广州; 南京、深圳在建, 武汉、长春、沈阳、大连、青岛、杭州、成都、西安等城市都在积极建设地铁。北京地铁已经开通了1 号线、2 号线、5号线、10号线一期、13号线、八通线、奥运支线和机场专线, 运营线路总里程200km, 共有123座运营车站。广州地铁已建成开通四条线路, 总里程116km, 运营日均客运量超100万人次。在建线路包括广州市轨道交通四号线、五号线、六号线、二/八号线延长线、三号线北延段, 珠江新河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 1 章 绪论2城旅客自动输送系统,珠江三角洲城际快速轨道交通广佛线等。到2010年上海世博会举办之际, 上海轨道交通运营里程将达到400km,客流占公共交通客运总量的40% 左右。2012年, 将计划建成由13条线组成、运营里程超过500km 的轨道交通基本网络, 运营规模将在世界各大城市中居于前列。从长远规划来看，中国城市在地铁建设的投入才刚刚开始。“十五”计划期间，中国城市交通投资将达8000亿元人民币，其中至少有2000亿元将用于地铁建设。而从中国建设部地铁与轻轨研究中心获悉，今后五年中国城市轨道交通有大发展，将建成总长度450km左右的城市轨道交通线路。至2030年，我国地铁通车里程将达到1000km，会大大促进城市轨道交通的发展在大中城市, 隧道可以说是和城市高架桥一起作为缓解交通压力的一个重要的举措。近年来，我国地下铁道工程虽然发展迅猛，但在北京、深圳、上海和广州四个已运营地铁城市中，线路总长仅 130mk，而巴黎地铁已超过 300mk。汉城于1974 年建了第一条地铁，虽然北京第一条地铁晚了 9 年，但现在地铁网络已增长至 200km。另外北京地铁只乘载了全城总客流量的约 15%，而东京地铁却占 87%，伦敦占 61%，莫斯科占 54%。造成这种情况的主要原因是没有足够长的线路和足够多的车站，关键是线路没有形成网络。可见，国内地下铁道的发展还有很大的空间。在地铁隧道施工中，通常采用的方法有明挖法、矿山法、新奥法和盾构法。近年来，随着地下掘进技术、精密导向技术的逐渐成熟，盾构法得到很大发展，而且具有对地面建筑物影响小、施工方便、自动化程度高、节省人力、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降和在水下开挖时不影响水面交通等特点和优点，已得到越来越广泛的应用。在国内，盾构技术己在上海、广州、南京及深动得到广泛的应用，北京也放弃了传统的明挖法和矿山法，大多数区间采用了盾构法施工。在隧道贯通测量中要考虑。1.2 主要研究内容和方法1.2.1 主要研究内容：对于通常情况下的隧洞施工，由于地面控制测量、洞内控制测量以及施工放样误差等诸因素影响，将会使隧道两相对开挖面间的施工中心线在贯通面不能理想地衔接而产生错开。这种施工中心线在贯通面处产生错开的现象称为隧洞施工的贯通误差。通过介绍了隧道贯通误差的理论，对实现隧道贯通所需满足的各项误差进行了研究，将各项误差按照不同的权重分配方法进行了比较，得出在实际施工中比较可行的误差分配原则，对既满足精度又节省人力物力的施测方案进行了探讨。在隧道施工中, 由于地面控制测量、联系测量、地下控制测量以及细部河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 1 章 绪论3放样测量的误差, 使得两个相向开挖的工作面的施工中线不能理想的衔接, 而产生的错开现象, 叫做贯通误差, 用 表示；将其在隧道中线方向的投影称为纵向贯通误差, 用 表示；在水平面内垂直于隧道中线的方向的投影称为横向贯通误差, 用 表示；在竖直方向的投影叫做高程贯通误差, 用 ； y h显然 22yxh实际上对于隧道贯通误差来说, 纵向贯通误差 影响隧道的长度, 只要它y不大于隧道定测中线的误差, 便可满足隧道施工要求, 高程贯通误差凡采用水准测量的方法也可达到所需的要求,唯有横向贯通误差 ，如果超过一定的范围, 就会引起隧道中线几何形状的改变, 导致洞内建筑浸人设计规定界限, 给工程造成损失, 可见影响隧道贯通误差的主要因素为横向贯通误差 。研究引起横向y贯通误差的因素误差预计就是对隧道贯通精度的一种估算，是预计实际偏差可能的限度，从而根据误差的预计对实际应用中的研究做铺垫。依据控制的误差规定不能满足隧道贯通测量通精度要求，测量工程技术人员应根据实际情况，对隧道的贯通测量各项技术指标的规定应做相应修改。1.2.2 研究主要采用的方法：贯通误差的限差的确定，一般贯通测量的预计误差采用中误差的两倍值。根据误差理论可知，实际误差超过两倍中误差的可能性仅占 46。因此，凡按规定的方法测量，只要没有出现粗差，隧道贯通实际偏差一般都小于预计误差。但对于特别精确要求的隧道工程，预计误差可利用三倍中误差，此时实际偏差超过预计误差的概率为 0.3。一条隧道能否顺利的贯通，取决于贯通误差的大小。为了便于分析问题，我们可以发现隧道贯通误差的来源基本可以分为三部分：隧道横向贯通误差、隧道纵向贯通误差和隧道高程贯通误差。这三者之间相互存在着一定的联系，但它们对贯通的影响是不同的，其中隧道纵向误差影响贯通方向的里程，隧道高程误差影响贯通方向的高程（一般高程精度容易满足，一般不做深入的讨论），隧道横向误差才是真正影响贯通的结果。因此，为了便于分析问题，有利于解决问题，我们可以将它们分开，单独分析其中每一种误差。通过对其误差的分析将其应用到实践中，将贯通测量方案进行优。河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 1 章 绪论41.3 课题研究的目的和意义1.3.1 本课题研究的目的：贯通误差是评定隧道工程施工质量的重要精度指标，合理分配贯通允许误差并进行相应的施测精度方案设计是隧道工程测量工作的关键，对影响对到贯通的不同测量阶段的精度及其对贯通误差的影响进行详细分析，提出基于贯通误差“按需分配”原则进行测量方案设计的方法，通过必要的数值计算，为多种隧道工程测量方案设计提供比较直观的理论参考。为保证贯通误差小于设计值，从贯通误差的限差出发，对各阶段的精度指标进行整体设计，给出各阶段的测量精度要求，让各阶段的测量工作顺利进行，保证最终工程质量。1.3.2 本课题研究的意义：就贯通测量本身而言，确定何等贯通精度，就意味着采用什么测量仪器、测量手段和方法，还要考虑施测方案的经济性。因此为达到隧道工程的预期目标，不同的隧道工程对贯通测量也就提出了不同的贯通精度要求。当隧道工程确定后，必须详查工程所处的地理环境和施测条件，并根据工程设计要求的贯通精度制定出一份周密的贯通测量技术方案。经过此次的误差分析与误差估计从而进行预报隧道贯通误差方法的研究，由此可以进一步提高隧道贯通测量方案的可行性，对隧道贯通测量方案提出优化，隧道贯通测量方案和测量方法选用是否合理，要依据误差预计优化确定，一方面要看设计文件对该隧道贯通的要求，另一方面要结合测量资源的配置和现场实施质量。河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 2 章 隧道贯通误差 52 隧道贯通误差2.1 隧道贯通误差的分类及其限差在隧道施工中，由于地面控制测量、联系测量、地下控制测量以及细部放样测量的误差，是的两个相向开挖的工作面的施工中线不能理想的衔接，而产生的错开现象，叫贯通误差，用 表示；将其在隧道中线方向的投影称为纵向贯通误差, 用 表示；在水平面内垂直于隧道中线的方向的投影称为横向贯通误差, 用 表示；y在竖直方向的投影叫做高程贯通误差, 用 ； 显然 式（2.1）22yxh根据铁路测量技术规范，各限差的要求如下表表 2.1 铁路测量技术规范中对不同程度隧道的贯通误差限差两开挖洞口的长度/km4 48 810 1013 1317 1720横向贯通误差/mm100 150 200 300 400 500高程贯通误差/mm 500实际上对于隧道贯通误差来说，纵向贯通误差 影响隧道长度，只要他不x大于隧道定测中线误差，便可满足隧道施工要求，高程贯通误差 采用水准仪h测量的方法也可达到所需的要求为由横向贯通误差 如果超过一定的范围，就y会引起隧道中线几何形状的改变，导致洞内建筑进入设计规定界限，给工程造成损失。课件隧道贯通误差的主要因素为横向贯通误差 。2.2 隧道贯通误差的来源和分配隧道贯通误差的主要来源为洞外控制测量、联系测量、洞内控制测量的误差，洞内施工放样所产生的误差对贯通的影响很小，不予考虑。系将洞外控制测量、河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 2 章 隧道贯通误差 6洞内控制测量的误差作为影响误差的独立因素来考虑，洞内两相向开挖的控制测量误差各为一个独立因素。设隧道总的贯通误差的允许值为 ，按照等影响原Mq则：无竖井联系测量时，则地面控制测量误差所引起的横向贯通中误差的允许值为式0.583Mqm（2.2）采用一个竖井联系测量时，则地面控制测量误差引起的横向贯通中误差的允许值为式0.584q（2.3） 采用两个竖井联系测量时，则地面控制测量误差引起的横向贯通中误差的允许值为式0.58Mqm（2.4） 河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 3 章 洞外测量误差分析处理 73 洞外测量误差分析处理3.1 地面测量对于横向贯通误差的影响地面首级控制测量是隧道施工测量的第一步