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隧 道 控 制 测 量 蒲 新 录 二 O 一 O 年 十 二 月 第一节第一节 概概 述述 n 线路定测后，隧道两端洞口的位置就确定了，并标定在 地面上。 n 直线隧道 隧道两端洞口点，是利用线路上的直转点标定出来的 。 在建立洞外（地面）控制网时，必须将各洞口外直线上 的两个点作为控制点（洞口点包括在内）。如果不能将 它们作为首级网的控制点，可用插点的方法。 第一节第一节 概概 述述 n 曲线隧道 隧道两端的洞口点，是利用每条切线上的两个点 标定出来的 在建立洞外（地面）控制网时，除了洞口点包括 在控制网中，还应该将两切线上的点也包括在控 制网内。 n在隧道施工时，将洞外的坐标系统通过洞 口、横洞、竖井或斜井传递到地下，在地 下坑道中用导线测量的方法建立洞内（地 下）控制系统。 n隧道由两端洞口相向掘进，为了增加作业 面，有时增设横洞、竖井、斜井等。 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 n贯通 l在隧道施工中两个相向开挖的施工中线在 设计的位置（里程）按放样将隧道挖通， 称为贯通，该设计的位置称为贯通点，贯 通点所在的横断面称为贯通面。 n贯通误差 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 l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产生的 误差，使得两个相向开挖的工作面的贯通 点，不能理想的衔接而使成为两个点，这 两个点之间的空间线段长称为贯通误差。 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 l 贯通误差在线路中线方向的投影长度称为纵向贯通误差。 l 贯通误差在垂直于线路中线方向的投影长度称为横向贯通 误差。 l 在竖直方向的投影长度称为高程贯通误差。 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 n隧道贯通误差的限差 l各项贯通误差的限度（用表式）一般取 为中误差的两倍。 对于纵向误差，通常都是按定测中线的要 求， 即L=2mL1/2000*L 对于横向误差和高程误差，按铁路测量 技术规则根据开挖洞口间的长度确定， 如表7-1所示，按公路勘测规范对贯通 误差的规定如表7-2所示。 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 表7-1 两相向开挖洞口间长（km ） 448810101313171720 横向贯通误差（mm）100150200300400500 高程贯通误差（mm）50 表7-2 两相向开挖洞口间长度（km）3366 横向贯通误差（mm）150200* 高程贯通误差（mm）70 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 n隧道贯通误差的来源及分配 l 隧道贯通误差主要来源于洞内外控制测量 和竖井（斜井）联系测量的误差。 l对洞外控制测量而言，洞外的条件要较洞 内好，故对洞外控制测量的精度可要求高 一些 ，按照新建铁路工程测量规范的 规定，洞外、洞内控制测量误差对每个贯 通面上产生的误差不应超过表73的规定 。 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 表7-3 测 量 部 位 横向中误差（mm）高 程 两开挖洞口间长度（km）中误差 448810101313171720（mm） 洞外3045609012015018 洞内40608012016020017 洞外、洞内 总和 507510015020025025 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 按照新建铁路工程测量规范的规定 将洞外控制测量的误差作为影响隧道贯通误差的 一个独立因素，而将两相向开挖的洞内导线测量 各作为一个独立因素（有竖井或斜井各作为一个 独立因素），将各独立因素按等精度影响，来求 各独立因素的影响。 设隧道总的横向贯通误差为总，则总的横向贯通 中误差的限差为M总=q/2.因此，当没有竖井或斜 井时，独立因素是三个，由M总2= M外2+ M内2+ M内2 得 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 l洞外控制测量的误差所引起的横向贯通中 误差的影响值为： M外=（1/3） *M总=0.58M总 l洞内控制测量的误差所引起的横向贯通中 误差的影响值为： M内=（2/3） *M总=0.82M总 l当洞内开挖面愈多，则对洞外控制测量的 精度要求就愈高，以弥补洞内控制测量因 开挖面的增多而降低的精度。 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 对于高程控制测量，将洞外与洞内按等影 响分配。 设隧道总的高程贯通允许中误差为Mh， 则洞外高程贯通中误差的允许值为 mh=Mh/2=0.71Mh 对铁路隧道，高程贯通误差的限差为 50mm，则高程贯通允许中误差 Mh=25mm。按上式计算的mh=18mm。 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 四等水准测量每公里高差中数偶然中误 差为5mm，三等水准为3mm。因此，若 按四等水准测量观测，则洞外高程贯通允 许中误差不超过18mm的限度最大长度为 13km，而若按三等水准得L=35km。 对公路隧道，由于高程贯通误差限差放 大，用三、四等水准测量相应路线允许最 大长度也增大。 第二节第二节 隧道贯通误差及限差隧道贯通误差及限差 可见，一般隧道采用三、四等水准测量 ，其精度已可满足高程贯通的精度要求， 所以可用红外三角高程施测。但应注意的 是，平面控制点间边长有些较长，而采用 红外三角高程一般应把边长控制在500m内 ，故对于长边，应增设转点，专为传递高 程之用。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 n 洞外控制网布设的方法及工作步骤 l 收集资料 在布设洞外控制网前，首先要从设计文件中了解 隧道的形状，各洞口的设计位置，各洞口的间隔 距离，各贯通面的设计位置。然后搜集测区的地 形图（1：50001：2000），隧道地段的线路 平面图，其次还应搜集勘测单位过去所完成的测 量资料，隧道地区的气象、水文、地质以及交通 运输等方面的资料。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 l 现场踏勘与交桩 在研究了这些资料后，在进行实地踏勘。进一步判明这些 资料的正确性，并详细了解隧道两侧的地形，两端洞口线 路的走向，里程桩点特别是主点的设置等。踏勘的过程也 是勘测设计单位向施工单位现场交桩的过程。 l 选点布网 在了解了测区各有关资料，现场实际情况后，即可进行测 量设计，研究洞外控制网的布网方案。平面控制网的设计 ，可以结合隧道的长度以及线路通过地区的地形情况，分 别布设成三角网、边角网、导线网、GPS网等。高程控制 网一般均采用水准测量，也可采用光电测距三角高程来代 替三、四等水准测量。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 l控制网等级的确定 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 n洞外控制测量的外业工作 l测量的准备工作 测区踏勘与选点、埋石 测量仪器、工具的检测 l洞外平面控制测量 三维导线测量 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 隧道洞外导线测量用全站仪同时进行量边和测角 的工作，当观测方向只有两个时，用测回法观测 ，当观测方向多于两个时，用方向观测法观测。 规范中通常取一测回测角中误差为J1型：m=3 ，J2型：m=4.5，观测水平角时，为了达到设 计所需的测角中误差m，其测回数为n=m2/m。 观测时，以总测回数的奇数测回侧左角，偶数测 回测右角。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 测站的圆周角闭合差=左角均+右角均- 360，应不大于限。 二、三、四等导线，限分别取2.0、 3.5和5.0。 导线环闭合差应小于W限 W限=2 mn 式中：m设计所需的测角中误差。 n导线环内角的总数。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 导线环的测角中误差， 按圆周闭合差推算测角中误差，其估算式为 m=/2n 式中：n为的个数。 l按环的闭合差推算测角中误差，则估算式为 m=1/Nff/n 式中：fi为环闭合差，ni为环内角数， N为闭合环数。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 l 对复测的导线网，根据每一角度复测的较 差d计算测角中误差 m=dd/2m 式中：m为复测导线网复测角总数。 这时，复测精度应和初测精度一致。 l由以上各式计算的m应小于设计时拟定的 测角中误差m。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 对竖直角的观测，为了有较高的精度，一般应观测6个测 回。 边长观测一般观测3次。仪器高和反光镜高丈量两次，两 次丈量值之差不得大于2mm。每条边长应进行往返观测， 以消除地球曲率和大气折光误差的影响。 距离测量的单位权中误差由下式评定 ms=pdd/2n 式中： di往、返测距离之差， n测距边数 pi距离测量的权，可令Pi=1/msi2，其中msi2 可根据仪器的标称精度按msi2=a2+（bppm*Si）2来计算。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 在按上式计算ms时，需要注意的是，由于往返的平距 位于不同的仪器高和镜高所在的平均高程面上，因此 其往返差不好比较，这时应把各对向边长化算到同一 隧道平均设计面上，再在这个面上求出各边往返测距 离差。 测距三角高程往返测较差或环形闭合差的限差按三、 四等水准测量的规定为：三等，12L；四等， 20L。L为两点间边长或环线长。 往、返测高差的较差来估算每公里高差中数中误差 mkm=hh/S/4n 式中：hi为往返高差之差，Si为边长。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 n 三角网（边）测量 每个三角形观测完毕之后，应立即计算三角形闭 合差，其限差按下式计算 f=2m3 式中，m为设计的测角中误差，以秒计。 三角形闭合差符合限差要求之后，按下式计算测 角中误差 m=ww/2N 式中，N为三角形个数。所得m应小于设计值。 n 全部外业工作完成后，应对观测数据进行初步处 理，目的是为平差计算做好准备。 第三节第三节 洞外控制测量洞外控制测量 n 洞外水准测量 对于一、二等水准测量和三、四等水准测量的施测方法， 在前面已经介绍过，可按其中所述方法进行。 在布设导线网和三角网时，用全站仪同时观测水平角、边 长并按测距三角高程测定控制点高程的方法，由于隧道高 程控制测量一般仅需三、四等水准测量的精度，测距三角 高程已可达到。但是，用水准测量方法来建立高程控制， 水准测量的施测还是很方便的，特别是当需要二等水准测 量的精度时，就只有用水准测量来作高程控制了。 水准测量外业工作结束之后，计算每公里高差中数中误差 。计算结果应不大于相应等级的mkm允许值。 第四节第四节 控制测量数据处理控制测量数据处理 n观测数据处理 根据闭合差和往返值评定观测值的精度。 投影面的选择及边长归算 l在铁路隧道或者桥梁测量中，一般以测区 线路平均纵断面高程作为控制网平差计算 的投影面（参考椭球面）。由于隧道长度 较小，参考椭球面投影到高斯投影面所产 生的长度变形和方向改正可忽略不计。距 离改化计算公式如下： 第四节第四节 控制测量数据处理控制测量数据处理 DH=Dp 1+(Hp-Hm)/R 式中：DH归算到测区平均高程面的平距 Dp两测站平均高程面的平距 Hp测区平均高程 Hm两测站平均高程 R地球平均曲率半径 将野外采集的数据传输到电脑用平差软件平差， 提交资料。 第四节第四节 控制测量数据处理控制测量数据处理 l 在公路测量中，采用高斯投影面作为导线平差的基准面。边长归 算公式 V1=-S(Hm+hm)/R V2=SYM2/(2R2) D=S+V1+V2 式中：S水平距离观测值 V1归算到参考椭球面上的边长改正数 V2由参考椭球面上归算到高斯投影面上的边长改正数 Hm两测站平均高程 hm测区大地水准面高出参考椭球面的高差 YM测区边两端点距中央子午线的垂直距离的平均值（ 两端点Y坐标去掉带号减去500km后的平均值） R地球平均曲率半径 D归算到高斯投影面上的距离 第四节第四节 控制测量数据处理控制测量数据处理 l 在公路测量中，采用抵偿高斯投影面作为导线平差的基准 面。边长归算公式 V1=-S(Hm+hm+H抵)/R V2=SYM2/(2R2) D=S+V1+V2 式中：S水平距离观测值 V1归算到抵偿面参考椭球面上的边长改正数 V2由抵偿面参考椭球面上归算到高斯投影面上的 边长改正数 Hm两测站平均高程 hm测区大地水准面高出参考椭球面的高差 YM测区边两端点距中央子午线的垂直距离的平 均值（两端点Y坐标去掉带号减去500km后的平均值） R地球平均曲率半径 D归算到高斯投影面上的距离 第五节第五节 洞内控制测量洞内控制测量 洞内导线等级的确定 测量 部位 测量方 法 测量 等级 测角精度适用长度 边长相对中误 差 洞 内 导 线 测 量 二 1.0 直线720 1/10000 曲线3.520 三 1.8 直线3.57 曲线2.53.5 四 2.5 直线2.53.5 曲线1.52.5 五 4.0 直线 2.5 曲线 1.5 第五节第五节 洞内控制测量洞内控制测量 n 洞内测距仪导线的布设形式 洞内导线应具有以下特点： 、只能敷设成支导线的形式，并随隧道的 开挖而向前延伸。 、导线的形状（直伸和曲折）完全取决于 隧道的形状，没有选择的余地。 、为了保证在贯通面处横向贯通误差不超 过限差，应减少导线转折角数，即导线边应越长 越好，同时为了利用导线点进行放样，边长又不 能太长。 第五节第五节 洞内控制测量洞内控制测量 l洞内导线布设形式： 、施工导线。在开挖面向前推进时，用以 进行放样指导开挖的导线测量。 、主要导线。主要为保证正确贯通而设， 边长越长越好，在直线段导线边最短不应短于 200m，在曲线段不宜短于70m。 l洞内主要导线布 设形式 、单导线 、导线环 、主副导线环 单导线 导线环 主副导线环 第五节第五节 洞内控制测量洞内控制测量 n 洞内平面控制点的选点，埋石 l洞内导线点应选在底板岩石坚固的地方，并且无 滴水，工作安全，便于保存；点与点之间的视线 离障碍物的间距应大于0.2m。 l洞内导线点的埋石和洞外导线点的埋石基本相同 。 l标石上面盖上铁板或厚木板。但应注意不要直接 压在金属标志处。 l埋石后，在边墙上用红油漆做上标志，标明点号 、里程等，以便需要时寻找。 第五节第五节 洞内控制测量洞内控制测量 n洞内导线测量 与洞外导线的施测相比，在方法上基本相 同，但由于洞内的环境条件不同与洞外， 因此在有些问题上就有一些不同。 l洞口内外两个测站的测角问题，在比较凉 爽的阴天或夜间进行，并尽可能把观测分 散在不同的时段内观测，以减小折光误差 的影响。 l测角应在烟尘排除以后进行。 第五节第五节 洞内控制测量洞内控制测量 l洞内控制测量应抓紧其他工种休假的时间 进行。 l测站对中和目标对中都非常重要， 洞内导线测量的检测和复测， l在每一个导线环闭合后，应计算导线环的 角度闭合差，当闭合差在限差以内时，再 对所测导线进行平差，以全面检核观测成 果的精度，并获取导线点的精密坐标。这 种平差应在每一个新环闭合后进行一次， 第五节第五节 洞内控制测量洞内控制测量 n 洞内高程控制测量 l洞内水准测量的精度要求 设整个洞内水准路线长度为S（一般以隧道全 长来代替），则洞内每公里水准测量中误差 mkm=17.8/S 。 洞内水准测量施测 洞内水准测量的各种限差、规定及操作方法 与洞外水准测量相同。但由于隧道施工及工作面 限制，与洞外水准施测比较，又有以下几个特点 ： 第五节第五节 洞内控制测量洞内控制测量 （1）洞内水准点一般利用平面控制点，主要导线 点设置为永久水准点，而施工导线点则设置为临 时水准点。除此之外，还需设立一些不易破坏的 水准点，这些水准点一般设置在顶板