隧道地下-教案.doc

_兰州资源环境职业技术学院教师授课教案学习情境学习情境一：隧道工程施工测量任务名称任务二：地下控制测量授课时间年 月 日第 周授课教师授课班级授课时数8学时授课方法学训教学内容1. 根据地面控制测量中控制网的布设，进行地下导线点的布设；2. 隧道地下平面控制测量；3. 隧道地下高程控制测量；知识目标1.认识导线的布设形式，测量点位选择的基本要求，导线测量的基本方法以及内业数据处理； 2.学习水准测量，除采用常规的方法，要理解倒尺法传递高程的原理；技能目标1.现场踏勘之后，能够；能够独立的对现场进行选点埋点；2.根据需要收集与隧道相关的已有的测量资料；3.布设导线网，掌握导线测量、水准测量；教学重点和 难 点1.导线网的布设、水准测量时，采用倒尺法传递高程；2.技术设计的依据及原则； 3.技术设计书的编写。导入新课 1.相关项目技术设计书范文；巩固复习 1.技术设计基本原则； 2.技术设计书编写内容；布置作业根据设计书的技术要求确定出隧道地下控制网教学效果分析教学步骤、教学内容和教学方法备 注一、咨询【参考资料】技术设计书编写原则规范、相似隧道施工测量设计书实例等。【工程资料分析】新安岭隧道左线水平长度为758米，纵坡为2.5%。设计采用钻爆法施工隧道。在地面控制网检测无误后，依据检测的控制点再进行施工控制网的加密，再进行施工控制网的加密, 以保证日后的施工测量及隧道贯通测量有顺利进行。根据地面控制点，洞内控制点的布设分别在左右洞的进出口投点，做为隧道洞内控制的起点，并沿隧道中心布设，每150300m布设一个，埋点的规格严格按照要求埋设。洞内高程控制点基本沿洞内导线点的位置布设，进行水准导线测量。【任务内容及要求】1 收集所需图纸资料和测区已有的测量控制点资料，现场踏勘。选点埋点，进行控制网的布设。2 隧道地面平面控制测量，首先建立GPS首级平面控制网，在进行导线测量，对其GPS控制进行加密。3 隧道地面高程控制测量，采用水准测量和光电三角高程测量。其任务是：一是建立沿线高程控制点，二是测定导线点及中桩的高程。4 确定测出满足要求的隧道地面控制网。【相关知识】一、地下控制测量概述地下控制测量包括地下平面控制测量和地下高程控制测量。地下平面控制测量是随着隧道向前开挖掘进延伸而用逐步布设导线的方式进行，同地面导线测量一样，仍然遵循高级控制低级的原则。地下高程控制测量方法有水准测量和三角高程测量。地下洞内的施工控制测量包括地下导线测量和地下水准测量，其目的是以必要的精度，按照与地面控制测量统一的坐标系统，建立地下平面与高程控制，用以指示隧道开挖方向，并作为洞内施工放样的依据，保证相向开挖隧道在精度要求范围内贯通。二、地下导线测量地下导线测量的任务是以必要的精度，建立地下工程平面控制测量系统。根据地下导线点坐标可以放样出隧道设计中线及其衬砌位置，从而指示隧道的掘进方向及衬砌施工，地下构筑物施工和竣工测量。隧道内平面控制测量通常有两种形式：当直线隧道长度小于1000m，曲线隧道长度小于500 m时，可不作洞内平面控制测量，而是直接以洞口控制桩为依据，向洞内直接引测隧道中线，作为平面控制。但当隧道长度较长时，必须建立洞内精密地下导线作为洞内平面控制。地下导线的起始点通常设在隧道的洞口、平坑口、斜井口，而这些点的坐标是通过联系测量或直接由地面控制测量确定的。地下导线等级的确定取决于隧道的长度和形状，见表7-1。表7-1 地下导线等级的确定等级两开挖洞口间长度/km测角中误差/()边长相对中误差直线隧道曲线隧道直线隧道曲线隧道二三四五7203.572.53.52.53.5202.53.51.52.532、线条式铟瓦水准尺按二等水准测量要求三1132区格式木质水准尺按三等水准测量要求四511区格式木质水准尺按四等水准测量要求 1.地下水准则量的特点和布设 (1)地下洞内水准路线与地下导线线路相同，在隧道贯通前，其水准路线均为支水准路线，因而需往返或多次观测进行检核。 (2)在隧道施工过程中，地下支水准路线随开挖面的进展向前延神，一般先布设精度较低的临时水准路线(可设在施工导线上)，然后每隔200 m500 m布设精度较高的永久水准路线。 (3)地下水准点可利用地下导线点值也可以埋设在隧道顶板、底板或边墙上，点位应稳固、便于保存。为了施工方便，应在拱部边墙至少每隔l00 m埋设个临时水准点。 2.观测与注意事项 (1)地下水准测量的作业方法与地面水准测量相同。由于洞内通视条件差，视距不宜大于50 m，可用目估法保持前、后视距相等；又由于水准点可设置在顶板、底板上，因此观测时有如图7-3所示的四种情况。图7-3 地下水准测量 此时，每测站高差计算仍为h=a-b，但对于倒尺法，其读数应作为负值计算，各测站高差分别为则 (2)在开挖工作面向前推进的过程中，对布设的支水准路线，要进行往返观测，其往返测不符值应在限差以内，取平均值作为最后成果，用于推算洞内各水准点高程。 (3)为检查洞内水准点的稳定性，还应定期根据洞口水准点进行重复水准测量，将所得高差成果进行分析比较。若水准标志无变动，则取所有高差平均值作为高差成果；若发现水准标志变动，则应取最后一次的测量成果。(4)隧道贯通后，应根据相向洞内布设的文水准路线测定贯通面处高程(竖向)贯通误差，并将两支水准路线联成附合于两洞口水准点的附合水准路线。要求对隧道未衬砌地段的高程进行调整。高程调整后，所有开挖、衬砌工程均应以调整后高程指导施工。 二、决策1.教师详细讲述隧道地面控制网的布设，注重讲述隧道地面平面控制测量、高程控制测量，给各组分发一份相关技术设计书范本。2.在教师的引导下，组内进行探讨、通过查阅相关测量规范、分析并利用测区已有资料，结合课本相关知识，掌握技术设计的原则和技术设计书编写。3. 引导学生结合范文及技术设计书编写规范完成隧道地面控制网技术设计书。三、计划1.全班分为若干个工作小组，各组成员配合讨论完成技术设计书编写；2.在教师指导下，对小组技术设计书进行评定。四、实施一、工作准备1. 课前熟悉新安岭隧道的有关资料，预习相关知识部分；2. 熟悉测量设计依据及参考资料(1) 新建铁路工程测量规范（TB10101-99），（简称规范）(2) 京沪高速铁路测量暂行规定（铁建设200313号），（简称暂规）(3) 铁路测量手册（.U212.262）,铁道第二勘测设计院3.控制网网形及等级平面控制网采用多边形闭合导线环（如7-4），控制网等级见7-3。图 7-4 多边形导线环示意图表 7-3 隧道洞内控制网基本技术要求隧道名称等 级测角精度m边长相对中 误 差全站仪精 度水平角观测测 回 数距离观测测 回 数青岙隧道三1.812000014往返各426其他隧道四2.512往返各224高程控制网采用四等水准测量（往返观测法），精度为：每公里的偶然中误差5.0mm。仪器采用DS3水准仪区格式水准尺。二、操作步骤7.3.1控制网布网（一）平面控制网的基本要求(1) 导线边长宜为200400m，且不应小于200m。(2) 导线点应布设在施工干扰小、稳固可靠的地方。布点时应与作业队充分协调，并作好交底。(3) 控制点间视线应离开洞内设施0.2m以上，并避开用电器。(4) 导线点宜采用20以上的钢筋桩，桩长不宜短于50cm，上面覆盖钢板或沙袋保护，并在边墙上注记点名，用箭头指示桩位。（二） 高程控制点的基本要求(1) 洞内每隔200500m布设一对水准点。每对水准点间的距离宜为60100m，不应将一对水准点布设在同一横断面上。(2) 水准点不宜埋设在未衬砌的边墙上或软弱地段。(3) 水准点可以和导线点共用，此时，钢筋头应高出桩面5mm。（三） 平面控制网布网方法(1) 以洞口投点为起点，沿线路（隧道）中线或侧移适当距离布设，具体位置以桩位稳固且易保护、测量干扰小为原则；(2) 随着隧道的掘进先布设单导线，隧道掘进超过导线设计边长的23倍时，进行一次导线引伸测量；(3) 当导线延伸45条边后，在单导线的一侧再布设一条导线，两条导线组成多边形闭合环。也可以一次布设双导线，在施工放样时起复核作用，并适时地形成闭合环；(4) 导线点尽量成对布设，避免左右交叉。(5) 每个闭合环的边数以46条为宜，且不应大于8条。7.3.2外业观测（一）准备工作及基本要求（1）测量仪器和工具的检查。洞内控制网观测必须使用经国家计量部门检定合格并在有效期内的仪器。观测前，还应参照规范（P33）及仪器使用手册的有关规定和要求对所使用的仪器进行检查，保证仪器处于合格状态。观测前还应注意检查棱镜基座（光学对中器及水准管轴）及觇牌（偏心）的状况。此外，还应对仪器、对讲机、照明设备等进行充电。（2）观测前应加强隧道内的通风至少半小时，以充分排除洞内烟尘，避免尘雾。（3）观测时，仪器和棱镜的架设高度宜大于1.3m，反射棱镜有适度照明，并应将目标附近的照明灯关闭，避免视场中强散射光的干扰，尤其是碘钨灯等。（4）由洞外向洞内引测时，宜在夜间气温较稳定后或者选择气象稳定的阴天进行。（5）为适应洞内温度和湿度，仪器进洞后必须晾2030min。（6）观测过程中应保持仪器和棱镜面无水雾。（7）当洞内有瓦斯时，必须采取安全可靠的防爆措施。（8）安置仪器时，应排干桩顶的水，以保证正确对中。（9）测距时应实测仪器中心附近的温度、气压，并输入全站仪中在测距时实时改正。（10）观测时转动仪器应平稳、匀速，并按规定方向旋转。在每半测回中仪器照准部转动方向应始终保持一致，若视线越过目标时，应继续按原方向旋转一周，再重新照准目标。（11）观测中可采取仪器和棱镜多次对中整平（每次转动仪器基座120，然后对中整平）的方法，以减弱置镜误差的影响。（12）为了避免计算出错，观测时每个导线环的前进方向统一按逆时针方向（如图 ）。（二）左右角观测法适用于观测两个方向的水平角（1）盘左位置：精确瞄准后视觇牌A（注意消除视差，前后视以导线前进方向为准），测角、测距；（2）顺时针方向转动照准部，瞄准前视觇牌B，测角、测距，完成盘左半测回（上半测回）；（3）盘右位置：逆时针旋转照准部12周，精确瞄准前视觇牌B，测角、测距。（4）逆时针转动照准部，瞄准后视觇牌A，测角、测距，完成盘右半测回（下半测回）。至此，完成水平左角一测回的观测；（5）盘左位置：大致瞄准后视觇牌A，配置水平度盘（全站仪配置度盘的方法请参照用户手册，也可以不配置），即改变度盘读数（DJ1）或（DJ2）。将前、后视对调一下，按上述方法完成水平右角的观测，即观测顺序为：（盘左）BA（盘右）AB；（6）重复以上步骤，完成全部测回。（三）方向观测法适用于观测三个方向的水平角（1）盘左位置：精确瞄准选定的起始方向A，测角、测距；然后按顺时针方向依次观测B、C。此为盘左半测回（上半测回）。（2）盘右位置：精确瞄准A，测角、测距；然后按逆时针方向依次观测C、B。此为盘右半测回（下半测回）。上、下半测回合称为一测回。（3）盘左位置：精确瞄准A，配置度盘（方法同前），重复以上步骤完成全部测回的观测。（四）高程测量洞内高程控制测量使用DS3水准仪、区格式水准尺，采用中丝读数法进行往返测量，测量等级为四等，观测顺序为：后-后-前-前。（五）观测限差及数值取位（1）导线观测限差表 7-4 水平角观测限差仪器型号水平角观测限差（）测距限差（mm）半测回归零差各测回同方向两倍视轴差（2C）互差各测回同方向互差圆周角闭合差同测回各次读数互差测回间读数较差往返平距较差DJ16963.6572mDDJ281310（2）水准测量观测限差表 7-5 水准测量观测限差（m）等级最大视线长度前 后视距差前后视距累 积 差视线高度黑 红 面读 数 差往 返 测不 符 值四1003.010.0三丝能读数3.0mm（3）测量成果数值取位表 7-6 数值取位项 目平 面高 程角值（）边长及坐标（mm）手 簿0.10.11.0计 算0.010.10.1成 果0.10.11.0（六）水平角观测超限处理水平角观测中，各项限差超过上述规定时，应在原测度盘位置上进行重测，并遵守下列规定：（1）对错度盘、测错方向、读记错误或中途发现观测条件不佳而放弃的测回，重新观测时不计重测数。（2）2C互差或方向值互差超限时，应重测超限方向，并联测零方向。（3）半测回归零差超限，应立即重测该半测回。计重测数为（n1）个方向测回（即重测一个方向算作一个方向测回，n为包括零方向在内的方向总数）。（4）测回中重测的方向数超过方向总数的1/3时，该测回应重测，但重测数只计超限方向数。（5）测站中重测的方向测回数，超过全部方向测回的1/3时，该测站全部成果应重测。测站全部方向数为(n1)m，其中m为基本测回数。7.3.3平面控制网平差（一） 平差计算多边形闭合环的平差计算采用近似平差法解析法。当仅形成一个闭合环时，平差方法与普通闭合导线相同，此处略。当形成两个及以上的闭合环时，采用如下方法平差：首先计算各闭合环的角度闭合差，列出角度误差方程组，求出联系数，据此求得各导线环内角改正数；然后计算坐标增量闭合差，同理求得各导线边坐标增量改正值；最后计算出各导线点平差坐标。以三个导线环为例，具体介绍如下。(1) 检查、复核外业测量数据。(2) 边长改正计算。边长对向观测结果分别进行仪器加、乘常数改正，当满足“往返测平距较差2mD”时取平均值。仪器加、乘常数可从仪器检定证书中查得。注：图中的箭头方向为导线计算方向图 7-5 导线环平差计算示意图(3) 计算各闭合环的角度闭合差1、2、3。角度闭合差应（其中：m设计的测角精度，n内角个数）。(4) 角度闭合差平差计算假设导线环各水平角为等精度观测，则环闭合差平均分配到各水平角上，设三个导线环内角改正值分别为、，导线环边数分别为n1、n2、n3，根据方向平差原理可得到下列条件方程组，方程中本环改正值的系数就是本环的导线边数，相邻环改正值的系数是两个环的公共边数，并取负号。 解方程组得：、分配角度改正值时，公共边两端的内角应考虑相邻环的影响，其角度改正值本环内角改正值相邻环内角改正值的一半，而其余内角的改正值就是本环的改正值，即：环中：环中：，环中：(5) 坐标增量闭合差平差根据角度闭合差平差结果，从第一个环的已知边开始按逆时针方向依次计算各导线边的方位角：；从第一个环的已知点开始，按逆时针方向依次计算各导线边的坐标增量及各环的坐标增量闭合差。假设导线环X、Y方向坐标增量闭合差及其改正值分别为（）、（），（）、（），（）、（），按照上述角度闭合差改正的方法列、解方程组。同理，分配坐标增量闭合差改正值时，公共边坐标增量改正值应考虑相邻环的影响，其改正值本环的改正值相邻环的改正值，而其余各边的改正值就是本环的改正值。(6) 导线点平差坐标计算（二） 控制网精度评定(1) 实际测角中误差其中：N导线环个数，n各个导线环内角个数(2) 测距精度往返平均值中误差：（其中d往返测平距较差，n较差个数）每条导线边的相对中误差：（其中D测距边平距）五、检查序号检查内容标准分评价标准1能否按时完成实训任务，提交实训报告；实训报告内容是否完整、准确。20优秀：按时并很好地完成实训任务，提交实训报告；实训报告内容完整，条理清晰，结构逻辑性强，用词准确，能准确运用专业术语；（20分）合格：基本能按时完成实训任务，提交实训报告；报告内容较完整，条理基本清晰，用词基本准