工程测量技术毕业设计---井巷及隧道测量的施工方法.doc

沪昆客专贵州段五工区 论 文 井巷及隧道测量的施工方法专 业： 姓 名： 目 录摘要iabstractii1.绪论11.1隧道施工测量的内容和作用11.2工程概况11.3隧道地处气候21.4课题意义22. 深营隧道施工控制测量42.1隧道控制测量一般规定42.2隧道平面控制测量52.2.1洞外gps隧道平面控制网设计52.2.2全站仪导线平面控制测量62.2.3导线观测方法72.3隧道高程控制测量83.鞍山深营隧道施工测量103.1几种隧道工程施工方法和测量前的准备103.1.1隧道施工方法介绍103.1.2隧道测量的前期准备133.2隧道施工测量方法133.2.1隧道洞内导线布设143.2.2洞内的高程控制测量163.3隧道的中线测设173.4隧道腰线的标定183.4.1用经纬仪标定腰线183.4.2用水准仪标定腰线203.5深营隧道断面测量213.6隧道贯通测量214.隧道断面测量224.1全站仪在本拟建隧道断面测量中的设计应用224.1.1测量的主要原理及基本组成234.1.2三维坐标系的建立234.2极坐标测量设备和计算机的集成断面测量系统244.2.1硬件设备254.2.2测角部分254.2.3极坐标系统的集成264.2.4一体式极坐标系统全站仪264.2.5手持或便携控制器264.2.6软件算法275.隧道贯通测量285.1贯通测量工作的主要任务285.2贯通测量的精度要求285.3贯通隧道工程的施测方案295.4贯通测量误差预计的一般方法306.监控量测316.1隧道监控量测一般内容316.1.1隧道施工监控量测作用和目的316.1.2隧道断面仪与全站仪、水准仪组合在变形观测中的作用316.2隧道现场监控量测项目及方法327.竣工测量348.环境保护方案与措施359.专题379.1极坐标断面测量法379.1.1极坐标系的建立379.2三维坐标测量方法40结束语43致谢44参考文献45鞍山市深营隧道施工测量技术设计摘要 隧道测量技术在过去的十多年里有了长足的发展，其主要表现是自动化程度越来越高、测量仪器的体积越来越小、重量越来越轻、测量速度越来越快以及工效越来越高。隧道测量技术是指针对隧道勘察设计，施工和竣工验收以及隧道运营期间所开展的有关测量活动，这些测量工作有些与通常意义上的工程测量有关，有些与地质勘察和灾害监测有关，还有一些与工程质量检测有关。随着科技的不断进步，测量工作所涵盖的范围越来越广，测量工作对工程的成败和盈亏起着举足轻重的地位。本文阐述了先进测量技术在隧道中的应用。隧道施工测量按工程的施工程序，一般分为隧道施工控制测量、隧道施工测量、隧道监控量测和竣工测量四个阶段进行。隧道施工控制测量将使用gps控制网技术和全站仪导线测量技术，隧道施工测量的重点是隧道中线、腰线的测设，隧道断面测量和隧道贯通测量。在隧道施工中,将提高工效的宗旨贯穿于从初始开挖到最后的竣工验收,是每个施工企业所追求的目标,隧道工程的成功与否与隧道断面开挖的准确程度有着极大的关系。隧道断面测量根据场地的要求不同，可以使用不同方法，本设计将对其进行详细描述，并且对隧道测量方面的知识加以介绍，明确隧道施工测量的程序，监控量测的方法，竣工测量的基本方法。由于隧道断面测量在隧道施工测量中实施的重要性，故本文将隧道断面测量快速测量实施方法作为专题来描述。关键词：控制测量；施工测量；断面测量；贯通测量1.绪论1.1隧道施工测量的内容和作用隧道是修建在地下、内部净空断面在2平方米以上，两端有出口，供行人、车辆等通行或其他用途的工程建筑。随着现代化建设的发展，我国地下隧道工程日益增加，如公路隧道、铁路隧道、水利工程输水隧道、地下铁道、矿山巷道等。隧道施工测量可分为地面测量和地下测量两大部分，其主要包括的内容：1）地面控制测量：在地面上建立平面和高程控制网；2）联系测量：将地面上的坐标、方向和高程传到地下，建立地面地下统一坐标系统；3）地下控制测量：包括地下平面与高程控制；4）隧道施工测量：根据隧道设计进行放样、指导开挖及衬砌的中线及高程测量。1.2工程概况随着我国改革开放的不断深化,国民经济蓬勃发展，公路客货运输量大幅度增长，公路，特别是干线公路通行能力不足的问题日益突出。汽车的数量不断增加,城市交通日益紧张,鞍山市每天增加40辆小型汽车，包括大车大概在50辆左右，导致交通压力增加，原有的千山隧道车辆通行量约为120辆/小时，不能满足日益增长的运输压力，有必要建设该隧道缓解交通压力。拟建隧道全长980米，宽12米，净面积85.83平方米，引线道路496米。布局如图附录a。隧道地貌单元属于低山丘陵，山地植被很好，树木密集，地表岩石露头很少。在场地内无大的断裂带通过。在场地外围5公里范围左右有3条主要断裂带，但尚未发现明显的较大的构造活动和造成较大的地震活动，对场地影响不大。在场地东北侧有一条棱岩带，宽度较大，有30米左右，通过隧道东北端，属于挤压构造破碎带，造成岩体破碎，对隧道岩体完整程度和稳定性影响很大。1.3隧道地处气候 拟建隧道地处鞍山市，鞍山市位于辽宁省中部，东经12210-12313，北纬4027-4134，全境南北最长175公里，东西最宽133公里，鞍山市地处中纬度的松辽平原的东南部边缘，属暖温带大陆性季风气候区，夏半年以偏南风为主，冬半年以偏北风为主。夏季由于热带海洋气团的入侵，雨量丰沛，气温较高，冬季盛行极地大陆气团，降水较少，气温较低。主要气候特点是：四季分明，雨热同期，干冷同季，降水充沛，温度适宜，光照丰富，大雨、冰雹、寒潮、旱涝、霜冻等灾害性天气在不同年分和季节均有不同程度的发生。 春季（3月下旬至5月）大风多，降雨少，日照长，回暖快，蒸发大，湿度小；平均降雨量100mm，最大降雨量233mm。 夏季（6至8月）降雨多且集中，暴雨多发生在此季，高温，雨热同步；平均降雨量426mm，最大降雨量500mm。 秋季（9至10月）天高气爽，雨量骤减，气温急降，北风渐多，初霜初冻；平均降雨量220mm，最大降雨量400mm。 冬季（11月至下一年3月中旬）雪少北风多，干燥。平均降雪量300mm，最大降雪量330mm。1.4课题意义 深营路隧道的建设，对于解决营城子与高新区之间，以至整个鞍山交通紧张现状都有非常重要的作用。全线贯通后，湖南、营城子地区到高新区的运行里程由近10公里缩短至2公里左右。将来通上公交车后，明达地区市民可不用倒车，直达立山地区，用时比原来减少一个多小时。此外，深营路全线通车后，将与建国路、双山路、解放路共同组成鞍山首条封闭的内环路。大大节省交通时间,亦对经济上起到节约支出作用，减少了汽车油料的消耗，也就减少了有害气体的排放，对环境起到环保作用。该隧道将成为鞍山最长隧道。隧道测量技术在过去的十年里有了长足的发展，其主要是表现在自动化程度越来越高，测量仪器的体积越来越小重量越来越轻，测量速度越来越快以及工作效率越来越高。在大地测量和工程测量方面，具有代表性的发展是全站仪和gps的广泛应用，以及这两种技术的融合。隧道测量技术是针对隧道勘察设计，施工和竣工验收以及隧道运营期间所开展的有关测量活动，这些测量工作有些与通常意义上的工程测量有关，如隧道施工控制测量，贯通测量，放样测量，断面测量等，有些与地质勘察和灾害监测有关，如隧道施工地质超前预报探测和变形监测；还有一些与工程质量检测有关，如混凝土厚度检测，混凝土质量检测，隧道衬砌背后回填检测，运营隧道内表面状态检测。随着科技的不断进步，测量工作所涵盖的范围越来越广，测量工作对工程的成败和盈亏起着举足轻重的作用。2. 深营隧道施工控制测量随着我国国民经济的飞速发展,高等级公路建设正在构成我国现代交通网络的新格局。在这些现代大型的高速公路施工建设及运营管理中都需要进行高精度的测量工作来指导,因此测量工作的好坏、精度的可靠性、对保证高速公路施工建设，特别是大型隧道的贯通施工起着极为重要的作用。而测量控制网的建立是施工测量的首要环节，测量控制网布设的好坏，精度的高低，对于高速公路施工,隧道顺利贯通起着至关重要的作用，它直接影响到隧道能否顺利贯通，贯通精度能否达到设计要求。隧道控制测量的主要目的，就是保证隧道在两个或两个以上开挖面的相向施工中，使其中线符合线路平面和纵断面的设计要求，测量误差在允许误差的范围内,在满足限界要求的条件下正确贯通。2.1隧道控制测量一般规定 控制测量是在一定的区域内通过建立控制网所进行的测量工作。是其他各项测量工作继续开展的前提，所谓隧道控制测量与其他控制测量有些不同用，就是为了指导隧道施工而专门建立的控制网，它可以是国家控制网也可以是小区域控制网。对于我们进行的隧道施工大部分都是在小区域内进行的，也可以使用边角网、导线测量或gps控制网等形式来进行控制测量工作。隧道控制测量一般规定如下:1)控制测量的精度应以中误差衡量，最大误差(极限误差)规定为中误差的两倍。2)隧道施工时应做好下列工作：(1)隧道设置的精密三角网或精密导线网，应定期对其基准点和水准点进行校核；(2)洞外水准点、中线点应根据隧道平纵面、隧道长度等定期进行复核，洞内控制点应根据施工进度设定。3)洞内施工隧道测量，桩点必须稳定、可靠，且通视良好。水准点应设在不易损坏处，并加以妥善保护。测量仪器、工具在使用前应作检校，保证仪器具的技术状态符合使用要求，使用光电测距仪时，应按其使用规定要求进行。4)隧道平面控制测量的精度、隧道内两相向施工中线在贯通面上的极限误差、由洞外和洞口内控制测量误差引起在贯通面产生的贯通误差影响值、洞内导线测角、量距的精度以及两洞口水准点间往返测高差不符什，均应符合交通部现行的公路隧道勘测规程(jtj063)的规定。5)隧道竣工后应提交贯通测量技术成果书、贯通误差的实测成果和说明、净空断面测量和永久中线点、水准点的实测成果及示意图。2.2隧道平面控制测量由于隧道所处地理位置和施工环境等因素不同，隧道平面控制测量布设可以采用三角网、边角网、gps网、导线网等方法进行。由于深营隧道长度不足一公里，山上树木多为灌木，最终确定其平面控制测量采用gps网或导线网方法进行。隧道平面定线图见附录b。2.2.1洞外gps隧道平面控制网设计 gps技术在隧道测量中具有广泛的应用前景，gps测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。首先在图纸上进行gps控制网网形设计，再到实地踏勘选点并对个别点位进行适当调整，当点位确定后进行埋石。1）点的布设原则(1)为了使gps控制点的坐标与隧道设计坐标取得统一，直线隧道的直线上或曲线隧道的两个切线上，应布设两个gps控制点。(2)每一进洞处至少应布设两个相互通视的gps控制点，一个作为洞口投点。另一个作为定向点。各洞口的gps控制点不要求通视。这是gps测量的优点，为安全起见，也可考虑在每一洞口处布设三个gps控制点。(3)根据计算分析，每一进洞处的两个gps控制点的连线方向，偏离线路方向越小越好，这样可以减少对横向贯通误差的影响。(4)布设的gps控制点应满足接收卫星信号的要求。(5)各gps控制点间的高度角越小越好，这样在由大地方位角之差计算水平角时，可以减少垂线偏差的影响。2）测量方法 本隧道采用gps平面控制网，在进、出口线路中线上布设进、出口点（分别用j、c表示），进出口再各布设3个定向点（j1、j2、j3和c1、c2、c3），进、出口点与相应定向点之间应通视。为减小垂线偏差的影响，高差不要相差太大。gps网取独立的工程平面直角坐标系，以从进口点到出口点的方向为x方向，与之相垂直的方向为y方向。贯通面位于隧道中央且与y方向平行。即使对于50公里的超长隧道（洞），也勿需在隧道中部增设过度点。这时gps网是一个很狭长的网，且长短边相差特别大，长边超过10千米，短边可能不到300米。因为有通视要求且受隧道进出口的地形条件所限，洞口处的gps基线不可能很长，一般要求300-500米。若小于这个值，应设强制对中装置，以减小照准与对中误差对短边测角精度的影响。本隧道的gps网布设图如图2.1所示。图2.1 拟建隧道洞外gps平面控制网布设图2.2.2全站仪导线平面控制测量 本工程平面控制也可以采用除gps控制网外的边角网、三角网、全站仪导线布设形式。由于隧道是一个狭长的构筑物，不易布设成三角网或三边网等形式,可采用导线网形式布设。首先在图纸上进行导线布设设计，再到实地踏勘选点并对个别点位进行适当调整，当点位确定后进行埋石。 如图2.2，已知控制点铁架山和锅底山，布设如图所示的导线，由a点放样出洞口点dk1，同理由e点放样出dk2,导线等级为四等。图2.2隧道洞外导线布置 由于受地形、地物的影响,洞外导线边长度随现场情况具体确定。依据现场通视条件，按照工程测量规范(gb5002693)要求，选择合适的长度,满足相邻边长比不大于13即可。选点确定后，可埋预制混凝土桩，钢筋头刻十字，也可刻石。根据工程测量规范(gb5002693)，导线测量的主要技术要求如表2.1： 导线测量的主要技术要求表 表2.1等级导线长度（km）平均边长（km）测角中误差（）测距相对中误差测回数方位角闭合差(“)相对闭合差dj1dj2dj3三等1431.8206103.61/55000四等91.52.5184651/35000一级40.551524101/15000二级2.40.2581513161/10000三级1.20.1121512241/50002.2.3导线观测方法 (1)角度观测 按工程测量规范(gb5002693)要求，将已检定过的、在检定期内的全站仪进行下列检查：照准部旋转轴、光学测微行差、水平轴与竖轴垂直、垂直微动螺旋的水平偏移、仪器底部在照准部旋转时的位移及光学对点器的对中检查。观测时,为提高观测精度,在通视好、无风或微风的条件下，前后视架角架，吊垂球，以垂球线作为观测目标;在隧道内测量时，必须吊垂球,以垂球线作为观测目标，同时增加照明(可用碘钨灯在观测线上，背向测站照垂球线,碘钨灯距垂球线1.52 m)，确保目标视像清晰。角度观测采用方向测回法，使用1或2的全站仪，依据工程测量规范四等导线技术要求，左角观测4测回，右角观测4测回，个别测回超限时，适当增加测回数。计算左右角的观测平均值及左右角闭和差w，w=左角平均值+右角平均值-360，本站最终角值为平差后化规到左角的角值，即左=观w/2。 (2)边长观测 出测前,对测距系统进行检查，合格后进行外业测量。按四等导线技术要求施测，边长观测采用对向观测，观测前，测量测站、镜站的温度和气压，计算两地的平均温度和气压值，将平均值输入仪器中。每方向观测23测回，对向观测46测回，取互差满足规范要求的两测回作为单方向边长观测值，计算平均值；比较往返两方向测距较差d，由于观测条件基本相同，相邻边长相差满足规范要求，因此平均测距中误mdi=(dd/2n)(式中mdi为测距中误差，n为测距边数，d为往返测距较差)，最终边长为往返测距平均值。2.3隧道高程控制测量高程控制测量的任务是按规定的精度施测隧道洞口(包括隧道的进出口、竖井口、斜井口和平响口)附近水准点的高程，作为高程引测进洞的依据。高程控制按精度要求采用四等水准测量的方法施测。沿已布设的平面控制点布设水准测量路线，起算点由市政规划设计院提供的高程起算点，位置在千山中路上。水准测量应选择连接洞口最平坦和最短的线路，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。每一洞口埋设的水准点应不少于两个，以安置一次水准仪即可检测为宜，以检测水准点的稳定性。目前，高精度的全站仪使用比较普遍，可以用四等三角高程测量来代替四等水准测量，但应精确量取仪器高和镜高。地表起伏较大或水准测量测站较多时(往返测站80站以上)，宜用三角高程代替水准测量。进行三角高程测量，按四等三角高程测量的技术要求施测。三角高程测量可随平面控制测量一起测量。采用对向观测，每方向观测23测回，对向观测46测回。取互差小于规范要求的两测回的平均值作为该方向的观测高差;在测前、测后量取仪器高、镜高，精确至1 mm。1)洞口高程点的检测： 近洞点的高程连测应当满足四等水准测量的要求。由于受土质和地形变化的影响，在测量时首先要注意对洞口高程点的检测，并尽量使相邻洞口选用同一个起点。2)水准测量及仪器检校： 我们按照四等水准测量的要求连测近洞点的高程，采用s3型水准仪和区格木质水准尺。首先对所用仪器的i角进行检校,规范要求其不超过20，一般都能校正在10之内，并要注意在观测前后进行检校。对所用水准尺应进行一对水准尺零点差，尺身弯曲度和每米尺间隔真长的检验。此外应注意在坡度较大的路线上观测时，尺身要立直，避免产生前后左右的歪斜；因为尺身歪斜会产生路线高差绝对值偏大。3.鞍山深营隧道施工测量 隧道施工中各种工序衔接紧凑，平行作业、交叉施工的工程很多且洞内作业面狭小。而隧道施工中开挖、支护、衬砌等分项施工都需测量的紧密配合，因此测量工作在隧道施工特别是开挖施工中非常重要，它控制隧道开挖的平面、倾斜方向和断面的几何尺寸，关系到隧道的贯通质量。若测量时间耗用过多，将直接影响工程进度和经济效益。如何及时、准确地提供测量成果是工程施工的重要考虑因素。 隧道施工测量主要是指施工放样测量，断面测量和竣工收方测量。施工放样测量以线路中线测量为其核心和基本，随着隧道施工技术的发展和对施工质量以及精度要求的提高，施工放样测量所涵盖的领域越来越广，今天当讨论施工放样测量时，很自然地会联想到掌子面炮孔放样，超前注浆孔位放样，激光导向测量，隧道轮廓线放样，钢拱定位，锚杆定位测量，模板放样以及避车洞横通道放样等。隧道施工平面位置放样测量通常需要借助经纬仪全站仪来完成，普通型的经纬仪全站仪能较好地满足线路中线测量的需要，但对于隧道施工中的结构放样测量由于缺乏相应的测量软件和自动化功能，使得其测量效率低，难以满足现代化的隧道施工放样测量的需要。为了满足隧道施工放样测量的多种需求，瑞士安伯格测量技术公司开发了基于leica tps1100p1200 系列全站仪的隧道施工放样测量软件tms setout ，集多种放样任务于一“人”，大大地提高了隧道施工放样测量的效率。3.1几种隧道工程施工方法和测量前的准备3.1.1隧道施工方法介绍1)明挖法。在拆迁量小的情况下，此法的工程造价低、速度快。但交通干扰大，一般在市区不容易实施。只有在郊区、空旷区，有条件敞口开挖时方可采用。当土体稳定需要时，还应采取支护桩或地下连续墙作基坑支护；当工程结构物处于有地下水干扰的位置，还需采取降排水措施。明挖法施工隧道的工艺相对简单、受力明确，操作方便，但需做好地下管线拆迁或加固稳定、地面交通疏导、环境保护以及基坑安全稳定等工作。遇有基坑石方需要爆破时，必须事先编制爆破方案、申报主管部门批准后方可实施。2)盖挖逆筑法。盖挖逆筑法是盖挖法的一种。该法施工是先修筑隧道(或车站)围护墙和支承柱以及结构顶板，然后利用出入口、通风道或单独设置竖井，用自上而下的逆筑法施工单层或多层地下隧道(或车站)结构。此方法介乎明挖法与暗挖法之间，除其顶板为明挖施工 外，其余结构均为暗挖施工。这种方法特别适合于城市市区，人口、交通密集繁忙之处。此种方法大部分土方在顶盖及围护墙体结构之内的洞中开挖，适宜于软弱土质地层，地下水稳定在基底高程0.5m以下的地层条件，否则还需要配以降水措施。盖挖逆筑法施工，一般分两个阶段：地面施工阶段围护墙、中间柱、顶板施工；洞内施工阶段土方开挖、结构、装修和设备安装。土方和器材出人全靠竖井运输。在地面施工阶段，施工对地面交通、市民生活以及地下管道等有：干扰，应该快速而细致地完成。顶板、围护墙、柱是施工期间以及运营期间的主体结构的一部分；施工中完成的楼板是施工阶段帮助侧墙维持稳定和运营期间整体结构的组成部分，当侧墙稳定有需要时，楼板上方和下方需加临时水平撑；底板是完成整个主结构的最后部分，是实现结构闭合的重要环节，对保证隧道(车站)盖挖逆筑施工安全、稳定有重要意义。3)喷锚暗挖法。喷锚暗挖法是边挖边支护，约束围岩变位，使围岩和支护结构共同形成支护环、实施稳定的人工掘进作。在土层和不稳定岩体中开挖隧道时，工作面被扰动，为延长围岩稳定时间，必要时还需要采取超前预支护或加固措施(如注浆、冰冻等)，然后再进行挖掘。隧道掘进沿线的地层和地表情况变化万千，因此详细掌握工程地质和水文资料，详 细制定开挖工艺、方案，确保挖掘过程中围岩稳定、初期支护及时闭合，是十分重要的。用此法掘进施工中土和器材的进出一般也是通过竖井运输。初期支护结构一般采用钢拱架(拱形断 面)加喷射混凝土。整个施工过程以人工操作为主，因此必须确保施工期间隧道内没有水。喷锚暗挖法施工自始至终处于暗挖土体与隧道结构施筑与置换的动态过程，隧道围岩 始终处于稳定与失稳两种态势的交变过程之中。为确保施工过程中隧道围岩稳定，必须采 用监控测量的方法，对围岩、支护结构的状态进行实时监测，及时反馈信息，指导安全施工。为使隧道顺利掘进并保证围岩稳定，施工中常需要配以各种辅助工法。在需要采用钻爆开挖时，对硬岩宜用光面爆破，软岩中宜用预裂爆破，爆破前应进行爆破设计，按规范规定进行试验和修正，并将爆破方案申报公安部门审批同意后可实施。喷锚暗挖法也常用于地铁车站施工。4)盾构法。采用盾构机进行隧道掘进施工的方法称为隧道盾构掘进法。如图3.1。盾构机具有开挖、支护、排渣和拼装隧道衬砌管片等功能。常见盾构机种类有敞口式、网格式、土压平衡式、泥水平衡式和气压式等。各种盾构机均有一定适用范围，应根据隧道外径、埋深、地质、地下管线与构筑物、地面环境、开挖面稳定和地表隆沉控制值等控制要求，经过技术、经济比较后进行设备选型，使施工质量高、造价低、又安全。盾构机以其盾壳作保护，既支承周围土体又保护壳内机具设备和人员安全。在无地下水的地层中，可采用敞口式盾构，用手掘式或半机械方式挖掘正面土体；网格式盾构机在胸板上设有网格，由千斤顶顶进时正面土体受挤压后通过网格挤入胸板内侧，用括板运输机将土运走；土压平衡和泥水平衡式盾构机属于闭胸式机械化盾构机，适用于有地下水、对地表隆沉有严格要求的地层，机头有刀盘，切土进入土舱，机内有螺旋输送机排土(泥水式盾构机采用搅拌器将土舱中的土与水充分搅拌成流态，由泵输送、排出)。排土速度与掘进速度要有机协调，以保持开挖面土体有一定土压，维持土体稳定，达到控制围岩和地表稳定的目的。掘进过程中，管片拼装设备逐环拼装管片，形成隧道衬砌。管片之间有止水密封条，安装时便形成止水功能。机头有注浆孔，可进行填空注浆，限制地层沉降，管片可留有注浆孔，可进行二次注浆。为保证机头土舱始终具有土压，还有注浆系统对土舱内的土注浆或水或泡沫，对有些土进行塑流化改性。不同盾构机在设备、工艺和适用条件上都有差别，但基本掘进原则(保持土体稳定、人机安全、环境安全等)是相同的。为此，盾构法隧道施工中，测量监控工作仍然是不可缺少的一个组成部分。 图3.1 盾构法示意图图3.2 背切扩孔式掘进机施工 根据工程特点本隧道工程拟采用两个开切点相向掘进,修筑中墙和边墙初期支护的方法。3.1.2隧道测量的前期准备1)认真阅读相关设计图纸，准确领会设计意图。工程所处在平曲线、竖曲线范围以及所有参数， 应认真验算设计给定的平面坐标、设计高程。对不清楚和有异议的地方及时提出，以免贻误工程施工。2)熟悉相关设计规范以及对本工程的具体测量要求。熟悉隧道工程施工技术规范的测量章节要求，保证工程设计图纸中隧道净空要求、结构轮廓几何尺寸、相互之间的位置关系, 实测时做到心中有数。3)了解隧道施工工艺和步骤，提前为施工做好放样准备。一般设计文件对隧道施工工艺和步骤都有提出要求和设计, 实际施工时也会有一定的变动。所以现场实际操作时应认真研究工艺和步骤,准确控制好每阶段的轮廓尺寸。4)制定较为详细的施工测量计划方案。根据设计技术交底和现场测量交桩，根据以上3点要求， 技术人员应该制定较为详细的施工测量计划方案， 包括测量准备、仪器适配、正常实施测量的技术要求等等。3.2隧道施工测量方法 隧道施工测量是隧道工程建设中不可缺少的一环，它是主要任务是保证隧道开挖按规定的精度要求贯通，使衬砌结构符合设计要求。因为施工单位必须重视控制点、基准点、水准点的交接和复核工作，以确保隧道施工精度。公路隧道施工测量放样，应做好洞内施工控制测量，隧道贯通误差的定测及调整，辅助可到测量及隧道工程竣工测量。隧道施工时应做好下列工作：1)对长大公路隧道设置的精密三角网或精密导线网，应定期对其基准点和水准点进行校核；2)对隧道洞内的水准点、中线点应根据隧道平纵面、隧道长度等定期进行复核，洞内控制点应根据施工进度设定；3)隧道施工测量，包括洞外地表控制测量和洞内控制测量，其要求应符合公路路线勘测规程、公路隧道勘测规程（jyj06385）和公路隧道施工技术规范（jtj04294）有关规定和要求；4)隧道测量一般要求精度较高，其桩点必须稳定、可靠。因为公路隧道在施工过程中很难用其他方法检验结果，而且测量的是否正确并达到必要的精度，只要在隧道贯通是才知道。因此，隧道施工测量必须以规定的精度认真、慎重地进行，避免产生严重后果，造成浪费和返工。3.2.1隧道洞内导线布设洞内导线与地面导线有所不同，洞内导线需随隧道的掘进而向前延伸，而且在隧道尚未贯通之前，就得依据导线测设路线中线，进行隧道施工放样。因此，导线的布设，应有利于提高导线临时端点（开挖面跟前的导线点）的点位精度。对新设立的导线点，必须有可靠的检核，以避免发生任何错误。在把导线向前延伸的同时，对已设立的导线点应设法进行检查，及时察觉由于山体压力或洞内施工、运输等影响而产生的点位位移。测量洞内导线测量的目的，是以必要的精度，按照地面控制测量的坐标系统，建立洞内的平面控制系统。根据洞内导线坐标，即可测设隧道中线、放样隧道衬砌位置及其它附属设施，定出隧道开挖的方向，保证相向开挖的隧道在规定的精度范围内贯通。1)洞内导线应该满足的条件 洞内导线须随隧道的掘进不断向前延伸，而且是在隧道贯通之前，就得依据导线测设路线中线，进行隧道施工放样，因此，洞内导线应满足以下条件：（1） 应尽可能有利于提高导线临时端点（开挖面前的导线点）的点位精度；（2） 新设立的导线点必须有可靠的检核，避免发生任何错误。在把导线向前延伸的同时，对已设立的导线点应设法进行检查，及时察觉由于山体压力或洞内施工、运输等影响而产生的点位位移。2)拟建隧道洞内导线布设方法本隧道洞内导线可按地下平面控制方法进行,它分为两类即基本控制和工作控制两类。地下基本控制导线是地下平面控制的基础，对工作控制导线起控制作用。如图3.3。a，b为原地面导线基本控制导线点，可作为洞内导线的起算点。开始时，b，c点初步给出掘进方向，当掘进30米时就应该以b，c点布设工作控制导线1-2-3以次不断向前掘进，而工作控制导线又随坑道掘进的逐渐进展来逐点测设和延伸，其边长视施工需要而定，一般在30米左右。为了避免工作控制导线的误差累积过大，应及时对其进行检核，以便提高平面控制精度和作为下段工作控制导线布设、扩展的依据。因此，本隧道掘进100到300米时就应在起算点b，c开始敷设基本控制导线，如图中的d，e，f。工作控制导线是逐点测设的，基本控制导线是逐段测设的。图3.3隧道洞内导线布置(1)基本控制表3.1 基本控制导线的主要技术指标长度（km）测角中误差（）一般边长导线全长相对闭合差闭（附）合导线复测支导线5571560-20040-1401/80001/60001/60001/4000(2)工作控制表3.2 工作控制导线的主要技术指标长度（km）测角中误差（）一般边长导线全长相对闭合差闭（附）合导线复测支导线11153030-90-1/40001/30001/30001/2000(3)经纬仪导线水平角观测要求表3.3 经纬仪导线水平角观测指标导线类别使用仪器观测方法按导线边长分（水平边长）15m以下15-30m30m以上对中次数测回数对中次数测回数对中次数测回数7导线dj2测回法33221215导线dj6测回法或复测法22121230导线dj6测回法或复测法111111本隧道倾角小于30度，经纬仪导线水平角的观测限差应符合表3.4的规定。表3.4 经纬仪导线水平角观测限差指标仪器级别同一测回中半测回互差校验角与最终角之差两测回间互差两次对中测回（复测）间互差dj2dj62040-40123030603.2.2洞内的高程控制测量 由于本项工程隧道坡度小于8，所以建议采用水准测量方式进行。1)高程起始点的检测高程起算点由市政规划设计院提供的高程起算点，位置在千山中路上。在施工测量往洞内导数据时，必须检测高程起始点，确定无误后可进行测量工作。2)以水准测量法的洞内高程传递，有其一般方法所没有的特点：（1）由于隧洞中线点位有顶板中线点和地面中线点之分，立尺的形式则有正立和倒立的不同。如图3.4第一测站的后视尺倒立在后中线点，前视尺正立在前中线点。图3.4 水准测量示意图（2）立尺的形式不同，便有四种高差的计算公式，即如下四测站的高差计算公式： 上述公式表明：正立标尺，标尺读数取正数；倒立标尺，标尺读数取负数。如同隧洞内导线测量，洞内高程控制测量是中线点高程测设的基础，按腰线坡度开拓的隧洞为高程控制的建立提供了条件。洞内高程控制测量可按一、二级水准测量的要求进行。在隧道开拓30m80m时，应设立稳固的二级水准点，进行二级水准测量，严格检测中线点的高程，精确测定水准点的高程。在隧道开拓超过300m时应设立稳固的一级水准点，进行一级水准测量，严格检测中线点及二级水准点的高程，精确测定一级水准点的高程。为后续的二级水准测量及隧道开拓提供起算高程。洞内铺设路线应由洞口高程控制点向洞内布设，结合洞内施工情况, 测点高距以200m500m 为宜。洞内施工用的水准点，应根据洞外、洞内已设定的水准点,按施工需要加设。为使施工方便,在导坑内拱部、边墙施工地段宜每100m设立一个临时水准点,并定期复核。洞内导线应根据洞口投点向洞内作引伸测量, 洞口投点应纳入控制网内, 由洞口投点传递进洞方向的联接角测角中误差,不应超过测量等级的要求, 后视方向的长度不宜小于300m 。3.3隧道的中线测设 隧道掘进中常用中线给出隧道的掘进方向。如图3.5所示，、为导线点，a为设计的中线点。已知a点的设计坐标及隧道中线的坐标方位角，根据、点的已知坐标，可推算得到、d和a。在点上安置仪器，测设角和丈量d，便得a点的实际位置。在a点（底版或顶板）上埋设标志并安置仪器，后视点，拨a角，则得中线方向。 图3.5 测设隧道中线如果a点离掘进工作面较远，则在工作面近处建立新的中线点d，a与d之间不应大于100m。在工作面附近，用正倒镜分中设立临时中线点d、e、f，如图3.6所示，都埋设在顶板上。d、e、f之间的距离不宜小于5m。在这点上悬挂垂球线，一人在后可以向前指出掘进的方向，标定在工作面上。图3.6 顶板上的临时中线点当继续向前掘进时，导线也随之向前延伸，同时用导线测设中线点，检查和修正掘进方向。3.4隧道腰线的标定 为了控制掘进隧道的坡度和倾角，需标设腰线。腰线标在隧道帮上，通常高出底板或轨道面1m。腰线点应成组设置，每组23个点，每隔3040m设置一组。坡度较大使用经纬仪标定腰线，较小时使用水准仪，具体内容见下文。3.4.1用经纬仪标定腰线 在隧道标定中线的同时标定腰线，如图3.7所示，在a点安置经纬仪，量仪器高i，仪器视线高程和h=ha+i-(ha+1)=i-1将经纬仪竖盘对准隧道设计的倾角，瞄准中线上d、e、f三点所挂的垂球线，得视点1、2、3，分别向下量k值，即得中线上的腰线点1 、2 、3。然而，在隧道掘进过程中，标志隧道坡度的腰线点并不设在中线上，而是设在隧道的边帮上。如图3.8所示，设ad为隧道中线，其倾角为隧道设计倾角。若隧道边帮上b点与d点同高，ab线的倾角，则 和之间的关系可以按下式求得：tan=h/adtan=h/ab=ad tan/ ab=costan通常称为真倾角，为伪倾角，为真、伪倾斜方向的水平角。图3.7经纬仪标准定腰线图3.8 伪倾角的计算 如图3.9所示，在b点安置经纬仪，分别观测1、2点与中线ba、bc的夹角1和2，根据隧道设计倾角，计算伪倾角1 和2，并以1 和2的倾角分别瞄准1、2点处并作出记号，再用小钢尺沿铅锤方向由视线向上或向下量取的长度，即得腰线点1、2的位置。同法可以标设出腰线点3等。图3.9 腰线放样3.4.2用水准仪标定腰线 当隧道坡度在8度以下时，可用水准仪测设腰线。如图3.10所示，已知腰线点a及隧道设计坡度i，需标定腰线点b。a、b点的高差为 hab=l*ihab的正负号依i的符号而定，即隧道为上坡时取正号，下坡时为负号。l为a、b间的距离，可用钢尺量出。实地标设：架好水准仪后，丈量a、b两点间的平距，按hab=l*i计算出hab，然后，后视a点处的水准尺，读数为a；前视b点处，用小钢尺由水准仪视线向下（或向上）量取垂距b标出b点。 b= hab-a式中a的正负号，和水准测量计算高差一样，当水准仪视线高于a点时，取正，反之取负号。计算出的b值，若为负值时，由视线向下量取垂距b；反之，由视线向上量取垂距。图3.10中，b为负值，故由视线向下量取b值，得b点。同法可测出其他腰线点。需要注意的是前、后视度数的正负号和高差h的正负号。图3.10 用水准仪定腰线3.5深营隧道断面测量 近年来随着地下工程日益增多,隧道工程的建设正以前所未有的速度增长。如何进一步搞好隧道施工开挖质量的管理是建设者们不断思索、探讨的问题,而隧道断面测量技术的发展为隧道施工提供了一个检测、控制隧道开挖质量的有力手段。拟建隧道断面测量因是本隧道施工测量的重点，将在第4章进行分析。3.6隧道贯通测量 隧道贯通测量涉及大多数的隧道测量内容，此部分内容因是隧道施工测量的重点，将在第5章进行分析。4.隧道断面测量 隧道断面测量主要包括断面放样，超欠挖控制，净空检查，实际断面形状测量及断面图绘制等内容。隧道断面测量在过去的十多年里有了长足的发展，对于今天的隧道施工来说，隧道断面测量已不是什么新鲜的东西。尽管如此，很有必要回顾一下隧道断面测量技术的发展。 数字化的隧道断面测量开始于上世纪的80 年代初期，伴随着计算机技术和电子测距仪( edm) 的发展，瑞士安伯格测量技术公司首先研制出专门针对隧道断面测量的专用测量仪器amt profile2000断面仪，由于这种仪器大大提高隧道断面测量的工效，一经投放市场，受到用户的热烈欢迎。90 年代，安伯格测量技术公司又推出了更新一代的断面测量产品amt profile3000 和amt profile4000 型，这两种型号的产品于90 年代中期被介绍到中国，在中国的许多重点工程中得到了应用，在指导隧道施工和质量控制等方面发挥了重要的作用，如二滩水电站，小浪底水电枢纽工程，秦岭铁路隧道，陕西高速公路隧道等,其中二滩水电站和小浪底水电枢纽工程由国外施工企业负责施工总承包，其在对中国分包施工企业的施工质量管理和控制等方面的许多做法给中国企业留下了深刻的印象。 进入21 世纪以后，随着全自动全站仪技术的发展，使得以全站仪为基础的隧道断面测量成为可能。一种全新的leica tms 隧道测量系统应运而生，leica tms 隧道测量系统是安伯格测量技术公司与徕卡测量系统股份公司强强联合的结晶，它吸取了前六代隧道断面测量的精髓，并赋予全新的设计理念，以智能化的应用软件配合leica tps1100p1200系列的通用全站仪，实现一机多用，能同时完成隧道断面测量和施工放样测量等多种测量任务。4.1全站仪在本拟建隧道断面测量中的设计应用 传统的隧道断面测量方法不仅效率低下，精度差而且劳动强度大，出成果不及时，因此严重滞后了施工进度。本系统是采用全站仪与辅助设备测设隧道断面的方法，不仅出成果及时，而且精度高，同时大大减轻了技术人员的劳动强度，在实际应用中有着无与伦比的优越性。4.1.1测量的主要原理及基本组成 本系统主要利用的是全站仪与激光经纬仪以及与casio-4800计算器的联合操作，由全站仪实时读取存储数据的功能，将数据传输给计算机，由计算机直接生成cad图形。如图4.1所示:图4.1全站仪与激光经纬仪以及与casio-4800计算器系统将激光经纬仪置于要测设的横断面（里程已知）内，全站仪实时跟踪激光点，并实时存储各点的水平角和竖直角；在室内将全站仪中存储的数据通过全站仪与计算机的通讯电缆传输给计算机，并通过系列程序转换为三维坐标，生成cad图形与设计断面形成叠加，从而计算出超（欠）挖面积，如图4.2所示:主要设备组成：尼康全站仪（352c）型1台，激光经纬仪1 台，计算机1台，数据传输电缆1根以及计casio-4800计算器1个。4.1.2三维坐标系的建立可选用大地坐标系或局部坐标系。在这里为简化坐标计算，我们建立局部坐标系，以里程增长的方向为x轴, 图4.2 隧道断面测量与设计对比图垂直于x轴方向为y轴，铅垂方向为z轴的左手z-xy坐标系，如图4.3所示图4.3 局部坐标系4.2极坐标测量设备和计算机的集成断面测量系统图4.4 断面测量系统图4.4中表示了断面测量系统的工作原理。极坐标系统架设于隧道内，通过激光测距光束对隧道内壁进行测距，并同时测角，得到隧道轮廓一个点的三维极坐标值，即一个空间距离值s，水平角度值hz，竖直角度值v。如果极坐标系统中本身有数据处理程序，便可在极坐标系统内部将这个极坐标数据进行处理，直接得到三维迪卡尔坐标数据。若极坐标系统有内部储存空间时，这些数据可存储在上面，待外业完成后，再将数据倒入计算机进行内业处理。如果极坐标系统中没有数据处理和存储功能，则这些数据只能通过传输电缆实时地发送至现场掌上或笔记本计算机，由软件直接处理。这样，极坐标系统测距光束沿着隧道断面的轮廓方向以一定的步长逐点测量，直到扫描完当前整个隧道断面。在自动化及坐标系统中，测距轴(即测距头)可由内置马达驱动按指令驱动，自动调整测距方向，这样，极坐标系统不只是能测量系统架设处的断面，而且能测量沿隧道走向前后一定距离的断面，我们称之为具有三维测量能力。这种系统能实现在摆站一次的情况下，测量若干个断面。反之，在没有指令控制非自动极坐标系统中，摆站一次就只能测量当前的断面。外业完成后，即进行数据后处理。数据的后处理一般要完成以下工作：实测断面图的绘制、设计断面的绘制、实测断面面积的计算、设计断面面积的计算、实测断面与设计断面的线性比较值(即实测断面各点与设计断面相应点的位置比较)，当实测断面为开挖或喷锚断面时，还要计算超欠挖面积、由多断面面积数据来计算相应的体积方量等。4.2.1硬件设备 断面测量硬件系统中最关键是极坐标系统部分，我们通过它来实现最重要和最基础的数据采集：一个空间距离值、一个水平角度值和一个竖直角度值。测距部分 空间距离的获得依靠测距头来完成。因为在断面测量时，有两个特点，一是断面顶部的位置较高，人员不易触及，二是需要逐点测距，数据量巨大。所以我们对测距头的基本要求是：1)无合作目标测距功能(不需棱镜或其他反射物体来反射测距光束)2)测距速度快，一般1 至2 秒就能测距一次3)测距头有标准数据输出接口，如rs232 或usb 接口4)测距头误差应能控制在以一定范围之内，一般是5mm 5)测距头体积重量应较小，便于系统集成和操作。目前符合上述条件的测距头的品牌和型号并不多，主要有以下几种，见表4.1：表4.1 仪器品牌型号及标准型号测距模式测距误差标准接口测距时间测程重量体积徕卡pro4激光脉冲5mmrs2320.5-4秒/次100m440g188*70*47徕卡pro4a激光脉冲5mmrs2320.5-4秒/次100m440g188*70*474.2.2测角部分测角依靠普通带数据输出的电子经纬仪即能实现。表4.2中所列各型号电子经纬仪均能够满足断面测量中的测角要求。表4.2 各种型号电子经纬仪标准型号精度（）数据输出edm接口重量索佳dt2苏光djd2苏光djd5南