《隧道控制测量》PPT课件.ppt

隧道控制测量 蒲新录 二O一O年十二月 第一节概述 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 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 第一节概述 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 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 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 第二节隧道贯通误差及限差 贯通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 贯通误差 第二节隧道贯通误差及限差 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 第二节隧道贯通误差及限差 贯通误差在线路中线方向的投影长度称为纵向贯通误差 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 在竖直方向的投影长度称为高程贯通误差 第二节隧道贯通误差及限差 隧道贯通误差的限差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 2mL 1 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 第二节隧道贯通误差及限差 第二节隧道贯通误差及限差 隧道贯通误差的来源及分配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 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7 3的规定 第二节隧道贯通误差及限差 第二节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 第二节隧道贯通误差及限差 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 第三节洞外控制测量 洞外控制网布设的方法及工作步骤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 5000 1 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 第三节洞外控制测量 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 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 第三节洞外控制测量 控制网等级的确定 第三节洞外控制测量 洞外控制测量的外业工作测量的准备工作测区踏勘与选点 埋石测量仪器 工具的检测洞外平面控制测量三维导线测量 第三节洞外控制测量 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 2m n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 按环的闭合差推算测角中误差 则估算式为m 1 N f f n式中 f i为环闭合差 ni为环内角数 N为闭合环数 第三节洞外控制测量 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 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 12 L 四等 20 L 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 h h S 4n式中 hi为往返高差之差 Si为边长 第三节洞外控制测量 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 2m 3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 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 第三节洞外控制测量 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 第四节控制测量数据处理 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 第四节控制测量数据处理 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 RV2 S YM2 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 第四节控制测量数据处理 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 RV2 S YM2 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 第五节洞内控制测量 洞内导线等级的确定 第五节洞内控制测量 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 第五节洞内控制测量 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 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 第五节洞内控制测量 洞内平面控制点的选点 埋石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 洞内导线点的埋石和洞外导线点的埋石基本相同 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 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 第五节洞内控制测量 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 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 测角应在烟尘排除以后进行 第五节洞内控制测量 洞内控制测量应抓紧其他工种休假的时间进行 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 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 第五节洞内控制测量 洞内高程控制测量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和侧墙上 洞内水准点和平面控制点共用可节省场地和埋设标石的工作 此外还可以通过对水准点的定期复测 和平面控制测量的资料相互印证 已发现点位是否存在位移 第五节洞内控制测量 2 洞内水准路线在未贯通之前 只能布设支水准路线 故为增加检核条件须多次观测和往返观测 一般是没新建几个水准点必须从洞外控制点一直到新点为止进行往返测复测 取各次复测结果的高程平均值作为水准点最后的高程 第五节洞内控制测量 3 随着隧道的掘进和水准路线的不断延长 为满足施工放样和贯通精度的要求 一般先设置较低精度的水准点在施工水准点上 然后设置精度较高的永久水准点在主要导线点上 4 由于洞内通视的条件差 仪器到水准尺的距离不应超过50m 有时由于隧道内施测不便 转点可设置在顶板上 这时可用倒尺法传递高程 如图7