函谷关隧道工程测量设计--毕业论文.doc

毕 业 设 计 论 文题 目： 函谷关隧道工程测量设计 学 院： 测绘工程学院 专 业： 测绘工程 姓 名： 学 号： 0614092 指导老师： 完成时间： 2013年5月12日 摘 要隧道工程测量是在隧道工程的规划、勘测设计、施工建造和运营管理的各个阶段进行的测量。本文主要阐述施工建造阶段的测量工作。峪园隧道全长2714m，单洞双向通行，是进入张家界森林公园的必经之地，地理位置十分重要。该隧道所在地形比较复杂，属于一个多山的地区。而且大部分属于喀斯特地貌，为保证隧道能按规定的精度正确贯通，根据隧道施工要求的精度和施工顺序进行相应的测量，首先根据隧道线路的形状和主洞口、辅助洞口、转折点的位置进行洞外施工控制网和洞口控制网的布没及施测，再进行中线进洞关系的计算及测量，随着隧道向前延伸而阶段性地将洞内基本控制网向前延伸，并不断进行施工控制导线的布测和中线的施工放样，保证不同工作面之间以预定的精度贯通，贯通后进行实际贯通误差的测定和线路中线的调整，施工过程中进行隧道纵横断面测量和相关建筑物的放样。关键词：隧道测量，控制网，贯通预计16河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录AbstractTunnel engineering survey are made in the tunnelling works planning, investigation, design, construction and operation of the various phases of the measurement. This article focuses on construction surveying in the construction stage. Hanguguan tunnel is the Zhengzhou-Xian a large tunnel on passenger dedicated line, is an important project on the line as a whole. Tunnel length of 7840m. The location of the tunnel complex, is a mountainous region. And most of them located on the loess plateau with secondary accumulation of Yellow River terraces, height 370590m relative height difference almost 220m. Tunnel terrain is a large, natural cross slope of 1035 . For guarantee tunnel can by provides of precision correctly through, to requirements: according to tunnel construction requirements of precision and construction order for corresponding of measurement, first according to tunnel line of shape and main entrance, and secondary entrance, and turning point of location for hole outside construction control network and entrance control network of cloth didnt and the Shi measuring, again for middle into hole relationship of calculation and the measurement, with tunnel forward extends and stage to will hole within basic control network forward extends, And construction control for continuous measurement of the wire and the centerline of the construction survey, guidance and assurance between different faces to the intended accuracy through through after the actual breakthrough error of measurement and adjustment of Central line, aspect of tunnel section measurement in construction and building layout. Key words: measurement of tunnel, passenger, control networks, linking is expeII河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录目 录摘要I1 绪论12 地面控制测量22.1 控制点的设置22.2 地面平面控制测量22.2.1 中线法22.2.2 精密导线法32.2.3 三角锁网法42.2.4 GPS测量52.3 地面高程控制测量53 隧道洞内控制测量73.1 洞内平面控制测量73.1.1 中线法73.1.2 导线法73.2 洞内高程控制测量94 隧道开挖过程中的测量工作114.1 隧道进洞测量114.1.1 正常进洞关系的计算和进洞测量114.1.2 辅助坑道的进洞测量124.2 中线放样134.3 坡度放样144.4 断面放样155 隧道贯通误差及预计175.1 贯通误差及其对隧道贯通的影响175.1.1 贯通误差的分类175.1.2 贯通误差对隧道贯通的影响175.2贯通误差估算185.2.1平面测量误差对横向贯通精度的影响185.2.2 高程控制测量对高程贯通误差的影响估算206 函谷关隧道工程测量设计226.1本工程洞外控制测量方案226.1.1 平面控制测量226.2.2 高程控制测量256.2 本工程洞内控制测量方案256.2.1 导线测量256.2.2 水准测量266.3 本工程贯通中误差估算与分析276.3.1 支导线测量对横向贯通精度的影响276.3.2 水准测量对高程贯通误差的影响297 结论30参考文献31致谢32I河南城建学院本科毕业设计（论文） 第1章 绪论 1 绪论 旅游产业作为张家界经济的大动脉、城市重要基础设施和大众化交通工具，在该地区发展中具有重要作用。1982年9月，张家界成为中国大陆第一个国家森林公园，改革开放以来作为中国大陆最重要的旅游城市之一，该地区取得了长足进步，为经济建设作出了重要贡献，然而“山区高岭，交通不便”现象仍然十分突出。加快隧道贯通已成为解决此瓶颈的主要途径。随着该地区的不断发展，区与区之间，景区与景区之间的交通要道逐渐实现，峪园隧道的开通将对其原来的路程时间大大缩短了三十分钟，更重要的是，直接且便捷地连接了索溪峪与森林公园，大庸城与森林公园的交通运输，其客流量相互流动，该道路还开通了一条专门的运营专线，有利的从根本上缓解两区客流量运输紧张的状况，提高运输能力和服务质量，为实现5A景区提供可靠的运力保证;有利于完善综合运输体系，提供质量更高、更丰富的客运服务，满足旅客不同层次的需求;有利于促进资源节约和环境保护，可以发挥节约土地、能源以及安全性等比较优势，降低运输成本，促进沿线经济社会协调发展；提高自主创新能力，并进一步加快景区高速化的进程。 在该段线路中，峪园隧道贯通的测量工作至关重要，决定着工程的成败，精度和误差要求可以说苛刻至极，其中的隧道工程测量又是整个测量工作中要求精度最高的。根据隧道施工要求的精度和施工顺序进行相应的测量，首先根据隧道线路的形状和主洞口、辅助洞口、转折点的位置进行洞外施工控制网和洞口控制网的布没及施测，再进行中线进洞关系的计算及测量，随隧道向前延伸而阶段性地将洞内基本控制网向前延伸，并不断进行施工控制导线的布测和中线的施工放样，指导并保证不同工作面之间以预定的精度贯通。0河南城建学院本科毕业设计（论文） 第2章 地面控制测量 2 地面控制测量2.1 控制点的设置控制点是进行洞内施工测量的主要依据。 主要包括平面控制点和高程控制点。（1）在每个洞口应测设不少于3个平面控制点（包括洞口投点及其相联系的三角点或导线点）和2个高程控制点。（2）直线隧道上，两端洞口应各确定一个中线控制桩，以两桩连线作为隧道的中线。（3）在曲线隧道上，应在两端洞口的切线上各确定两个间距不小于200 m的中线控制桩，以两条切线的交角和曲线要素为依据，来确定隧道中线的位置。 （4）平面控制网应尽可能包括隧道各洞口的中线控制点，这样既可以在施工测量时提高贯通精度，又可减少工作量。（5）同时进行高程控制测量,联测各洞口水准点的高程，以便引测进洞，保证隧道在高程方向准确贯通。2.2 地面平面控制测量洞外平面控制测量应结合隧道长度、平面形状、线路通过地区的地形和环境等条件进行，可采用的方法有：中线法、精密导线法、三角锁网法、GPS测量。2.2.1 中线法中线法适用于简单、直观的平面控制，精度不高，用于长度较短或贯通精度要求不高的隧道。方法：将隧道中线的平面位置，测设在地表上，经反复核对改正误差后，把洞口控制点确定下来，施工时就以这些控制点为准，将中线引入洞内。在直线隧道，于地表沿勘测设计阶段标定的隧道中线，用经纬仪正倒镜延伸直线法测设中线；在曲线隧道，则按曲线测设方法，首先精确标出两端切线方向，然后测出转向角，将切线长度正确地标定在地表上，再把线路中线测设到地面上。经反复校核，与两端线路正确衔接后，再以切线上的控制点（或曲线主点及转点等）为准，将中线引入洞内。2.2.2 精密导线法在隧道进、出口之间，沿勘测设计阶段所标定的中线或离开中线一定距离布设导线，采用精密测量的方法测定各导线点和隧道两端控制点的点位。 在进行导线点的布设时，除应满足上面要求外，导线点还要根据隧道长度和辅助坑道的数量及位置分布情况布设。导线宜采用长边，且尽量以直伸形式布设，这样可以减少转折角的个数，以减弱边长误差和测角误差对隧道横向贯通误差的影响。为了增加检核条件和提高测角精度评定的可行性，导线应组成多边形导线闭合环或具有多个闭合环的闭合导线网，在一个控制网中，导线环的个数不宜少于4个；每个环的边数宜为46条。导线可以是独立的，也可以与国家高等级控制点相连。 导线水平角的观测，宜采用方向观测法，测回数需符合表2.1的规定。表2.1 导线测量主要技术要求等级导线 长度 （km）平均边长（km）测角中误差（）测距中误差（mm）测距相对中误差测回数方位角闭合差（）导线全长相对闭 合差1级仪器2级仪器6级仪器三等1431.8201/1500006103.61/55000四等91.52.5181/800004651/35000一级40.55151/3000024101/15000二级2.40.258151/1400013161/10000三级1.20.112151/700012241/5000当水平角为两方向时，则以总测回数的奇数测回和偶数测回分别观测导线的左角和右角。左、右角分别取中数后应按式(2.1)计算圆周角闭合差，其值应符合表二的规定。再将它们统一换算为左角或右角后取平均值作为最后结果，这样可以提高测角精度。 左角中右角中360 式(2.1) 表2.2 测站圆周角闭合差的限差（）导线等级二三四五2.03.65.08.0导线环角度闭合差，应不大于按式（2.2）计算的限差： 式（2.2） 式中：m设计所需的测角中误差（）；n导线环内角的个数。导线的实际测角中误差应按式（2.3）计算，并应符合控制测量设计等级的精度要求。 式（2.3） 导线环（网）的平差计算，一般采用条件平差或间接平差。当导线精度要求不高时，亦可采用近似平，用导线法进行平面控制比较灵活、方便，对地形的适应性强。2.2.3 三角锁网法将测角三角锁布置在隧道进出口之间，以一条高精度的基线作为起始边，并在三角锁的另一端增设一条基线，以增加检核和平差的条件。三角测量的方向控制较中线法、导线法都高，如果仅从提高横向贯通精度的观点考虑，它是最理想的隧道平面控制方法。 由于光电测距仪和全站仪的普遍应用，三角测量除采用测角三角锁外，还可采用边角网和三边网作为隧道洞外控制。但从其精度、工作量等方面综合考虑，以测角单三角形锁最为常用。经过近似或严密平差计算可求得各三角点和隧道轴线上控制点的坐标，然后以这些控制点为依据，可计算各开挖口的进洞方向。2.2.4 GPS测量 隧道洞外控制测量可利用GPS相对定位技术，采用静态测量方式进行。测量时仅需在各开挖洞口附近测定几个控制点的坐标，工作量小，精度高，而且可以全天候观测，因此是大中型隧道洞外控制测量的首选方案。隧道洞外控制测量技术要求需满足表2.3规定。表2.3 平面控制测量设计要求测量部位测量方法测量等级适用长度（km）洞口联系边方向中误差（）测角中误差（）边长相对中误差洞外GPS测量一6201.01/250000二461.31/180000三41.71/100000导线测量二8201.01/200000681/100000三461.81/80000四1.542.51/50000三角网测量二8201.01/200000681/150000三461.81/100000四1.542.51/50000洞内导线测量二9201.01/100000隧道二等691.31/100000三361.81/50000四1.532.51/50000一级36、线条是铟瓦岗水准尺三3.01336线条是铟瓦岗水准尺区格式水准尺四5.0513/、区格式水准尺五7.532线条是铟瓦岗水准尺三3.01132区格式水准尺四5.0511/、区格式水准尺五7.54，越多越好且PDOP6。GPS网点避开强反射地面如水域、平滑地面及强反射环境(斜面山坡、漏斗形谷地等)以减少多路径影响，应避开高压输电、变电及大功率发射台如电视转播、通讯基站等强电磁设施以防防止信号干扰。为减少垂线偏差对方位传递的影响(GPS)为法线系统，而常规仪器为垂线系统)，各洞口的进洞方向点位应尽量在同一高程面上。为使隧道控制系统与线路设计关系完好吻合且坐标便于统一，直线隧道或曲线隧道切线上宜布设2个GPS控制点。（6）为确保GPS外业观测成果的精度及成果质量可靠性，观测时应准确量取仪器天线高度，同时应检核同步闭合环闭合差和异步环闭合差，检核基线边复测互差；当GPS网中有已知基线时，应与已知基线边比较检查 式（6.1）（7）隧道GPS控制网基线处理及网平差的基本方法：建立项目及坐标系统(选择参考椭球参数，确定中央子午线经纬度)，确定位置及方位、长度基准。导入GPS采集数据，检查基线观测数据及预处理，利用基线处理软件进行基线向量计算，删除基线处理中残差较大时段或有问题基线，直至基线计算合格通过。在WGS一84坐标系下进行三维无约束平差，平差时最好在网中选择一具有已知高精度WGS一84三维坐标的点作为固定点(参考点)并作为起始坐标进行控制网的位置定位，如此提高基线精度。三维无约束平差评估基线精度及控制网内符合精度。三维无约束平差合格通过后，整个GPS网在空间的相对定位已经确定，只不过其参考坐标系体系、长度基准及方位基准并不与隧道施工控制测量所要求的坐标系统一致。为此通过引人已知的控制点(精度可靠时)进行约束平差转换得到投影转换后的施工控制网坐标系统或建立新的工程椭球进行坐标系统的旋转变换及投影改正计算，得到施工控制网坐标系统。因此GPS网的数据后处理即基线解算、网平差计算及坐标系统投影转换在长大隧道GPS控制网成果的质量控制中占据重要地位。GPS观测采用静态相对定位模式，基线测量的中误差应小于式（6.2）计算的标准差，各等级控制测量固定误差、比例系数误差的取值需符合表2.6 GPS测量的主要技术要求。计算GPS测量大地高差的精度时，、值可放宽至2倍。 式（6.2）式中：标准差（mm）；固定误差（mm）；比例误差系数（mm/km）；基线长度（mm）。表6.1 GPS测量的主要技术要求测量等级固定误差（mm）比例系数误差（mm/km）二等51三等52四等53一级1036.2.2 高程控制测量本工程高程控制网采用水准测量的方法。洞外、洞内均采用四等水准测量双导线。等级水准测量的主要技术要求见表6.2表6.2 等级水准测量的技术要求等级mmmm仪器型号木水准尺观测方法观测顺序观 测 次 数往返较差或闭合差（mm）与已知点联测环线或附合平丘地山地四510DS3双面中丝读数法后后前前往 返往20 5 五1020DS3双面单面中丝读数法往 返往30 10 6.2 本工程洞内控制测量方案6.2.1 导线测量拟沿隧道轴线方向布设控制支导线。进行水平方向角及边长的测量，水平方向角按导线量测时的前进方向观测左右角，奇数站测左角，偶数站测右角；边长进行对向量测，计算时对观测值进行仪器加、乘常数改正。控制导线观测技术要求见表6.3、表6.4及表6.5。表6.3 DJ2级仪器水平角方向观测法技术要求两次照准读数差半测回归零差一测回中2C较差同方向值各测回互差38139表6.4 级测距仪边长测距作业技术要求气象数据测定一测回间较差值（mm）测回间较差限值（mm）往返观测较差限值mm）温度最小读数（）气压最小读数（Pa）测定时间间隔数据取用1.01