隧道贯通误差PPT课件

1,高速铁路施工测量,项目5：隧道施工测量,任务2：隧道贯通误差与调整,2,思,考,隧道贯通误差对隧道施工有何影响?,3,隧道贯通误差,2.1贯通误差及其对隧道贯通的影响,相向开挖的两条施工中线上，具有贯通面里程的中线点不重合，两点连线的空间线段称为贯通误差。,实际的贯通误差只有在贯通后才能确定,4,2.2.贯通误差的分类,贯通误差在水平面上的正射投影。,（1）平面贯通误差：,5,横向贯通误差,与贯通面平行的分量,纵向贯通误差,贯通点,贯通点,6,（2）高程贯通误差,在铅垂面上的正射投影。,2.3贯通误差对隧道贯通的影响,（1）纵向误差影响隧道中线的长度和线路的设计坡度。,（2）横向误差影响线路方向，如果超过一定的范围，就会引起隧道几何形状的改变，甚至造成侵入建筑限界而迫使大段衬砌拆除重建，既给工程造成重大经济损失又延误了工期。因此，必须对横向误差加以限制。,7,（3）高程误差主要影响线路坡度。,2.4.横向误差和高程误差的限差,8,2.5.影响贯通误差的主要因素,（1）贯通误差是洞外控制测量、洞内外联系测量、洞内控制测量和洞内中线放样等项误差的共同影响。,（2）一般横向贯通误差将洞外平面控制测量的误差和两相向开挖的洞内导线测量的误差按照等影响原则来考虑。,（3）高程控制测量中，洞内、洞外高程测量的误差对高程贯通误差的影响，按相等原则分配。,9,2.6洞内外控制测量对贯通误差影响的限值,10,2.7隧道贯通误差估算,2.7.1导线测量误差对横向贯通精度的影响,（1）测角误差对横向贯通误差的影响,设RX为导线环在隧道两洞口连线的一列边上的各点至贯通面的垂直距离（m），则导线的测角中误差m（）对横向贯通中误差的影响为：,（mm）,11,x,y,（mm）,12,设导线环在邻近隧道两洞口连线的一列测边上的各边对贯通面上的投影长度为dy(m)，导线边长测量的相对中误差为ml/l，则由于测距误差对贯通面上横向中误差的影响为：,（2）测距误差的影响,13,14,（3）导线测量角度误差和距离误差对贯通面上横向贯通误差的共同影响为：,15,方法1.按照严密公式计算(公式与方法见新建铁路测量规范（条文说明）),2.7.2三角测量误差对横向贯通精度的影响估算,方法2.按导线估算（偏于安全，目前不提倡）,16,2.7.3顾及起始方位角误差对横向贯通误差的总影响,受角度测量误差、距离测量误差和起始方位角误差的共同影响，导线测量误差对贯通面上横向贯通中误差的影响为：,17,R01、R02,18,2.7.3.高程控制测量对高程贯通误差的影响,在贯通面上，受洞外或洞内高程控制测量误差影响而产生的高程中误差为：,式中，M为每千米水准测量的偶然中误差，以mm计；L为洞外或洞内两开挖洞口间高程路线长度的公里数。,19,2.8案例,某铁路隧道为直线隧道，设计长度为L=1136.29m，洞外平面控制设计为单导线，其布设如图。试确定测量等级并判定该设计方案能否满足贯通的精度要求。,2.8.1平面控制测量案例,20,以洞外导线的始点A做为坐标系原点，以隧道中线按里程增加方向为X轴正向，建立测量坐标系。在地形图上，各导线点A、B、C、D、E、F在贯通面方向上的垂足分别为A、B，C、D、E、F，量算出各导线点的垂距RX及各导线边在贯通面方向上的投影长度dy，其结果于下表中。,（1）估算数据图解,A、F为导线的始、终点，亦为隧道洞口控制点。,21,本例隧道长度小于2km，根据洞外导线测量适用长度知，洞外导线可布设为五等：,（2）确定隧道洞外平面控制测量等级,导线测角中误差为m=4.0，边长相对中误差为ml/l=1/20000。,（3）洞外导线测量误差对贯通的影响洞外导线测量误差对贯通的影响计算见下表,22,洞外导线测量误差对横向贯通影响,23,=13.4（mm）,=13.1（mm）,=18.7（mm）,洞外导线测量中误差对隧道的影响预计是18.7mm，其允许值是30mm，显然该洞外导线测量设计可行。,24,注：,计算洞外导线测角误差影响值时，不应计入始、终点（即洞口控制桩）。但在引入洞内导线时，两洞口控制桩上需测角，故其测角误差应计入洞内的测量误差。,25,2.8.2高程控制测量案例,某铁路直线隧道，设计长度为5246m，分别由两端洞口相向开挖。两端洞口分别埋设四个水准点：BM23、BM231和BM24、BM241，其中BM23和BM24为定测线路水准点。洞外高程控制测量设计为四等水准测量，布设六个临时水准点。各测段水准路线长度、往返测高差观测值及高程计算列于表中，试计算每千米水准测量高差中数的偶然中误差m，并估算mh。,26,往返测高差观测值及高程计算,27,每千米水准测量高差中数的偶然中误差计算,28,高程贯通中误差为：,可见，该项洞外高程控制测量对贯通面上所产生的高程贯通中误差的影响满足精度要求。,29,6.11贯通误差的测定及调整,（1）高程贯通误差,6.11.1分类,30,（2）纵向贯通误差,31,（3）横向贯通误差,32,6.11.2误差的测定,横向贯通误差,纵向贯通误差,高程贯通误差,h,u,33,延伸中线法,A,B,量取AB两点之间的高差与距离即可的贯通误差,34,坐标法,A,（XA,YA）,（XA”,YA”）,A”,横向误差：YA-YA”,纵向误差：XA-XA”,方位角贯通误差,35,水准测量法,贯通面,BM2,细钢丝,求解点A的高程H,A,求解点A的高程H”,高程贯通误差为H”-H,36,6.11.3误差的调整,调整贯通误差的工作，原则上应在隧道未衬砌地段上进行，不再牵动已衬砌地段的中线，以防减少限界而影响行车。,37,(1)直线隧道贯通误差,调整方法-折线法,具体方法,贯通面方向,1,2,5直线连接,525加反向曲线,R=4000m,R=4000m,38,(2)曲线隧道贯通误差,贯通面方向,贯通面位于圆曲线上,进口贯通面,出口贯通面,辅助切线,辅助切线,10,20,30,40,在贯通面两侧每20米弦长的中线点上，增加或减少10的切线偏角,39,贯通面,当贯通面位于曲线始（终）附近,R,A,B,C,C,D,E,E,D,调整圆曲线长度法,DE与DE不平行也不重合,调整后DE与DE平行,A,F,F,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,隧道贯通误差,90,隧道贯通误差,91,隧道贯通误差,92,12隧道类型,1）按其所处的位置不同分可为:山岭隧道、水下隧道（河底和海地）以及城市隧道等；,93,94,95,2）按其横断面形状分为圆形、椭圆形、马蹄形等；,96,97,98,99,100,3）按其长度的不同又分为四类。,公路隧道的分类,101,隧道施工测量的概述,102,隧道施工测量的概述,103,隧道施工测量的概述,104,隧道施工测量的概述,105,隧道施工测量的概述,106,隧道施工测量的概述,107,隧道施工测量的概述,108,隧道施工测量的概述,109,隧道施工测量的概述,110,隧道施工测量的概述,111,隧道施工测量的概述,112,隧道施工测量的概述,113,隧道施工测量的概述,114,隧道施工测量的概述,115,隧道施工测量的概述,116,隧道施工测量的概述,117,隧道施工测量的概述,118,隧道施工测量的概述,119,隧道施工测量的概述,120,隧道施工测量的概述,121,隧道施工测量的概述,122,隧道施工测量的概述,123,隧道施工测量的概述,124,隧道施工测量的概述,125,隧道施工测量的概述,126,隧道施工测量的概述,127,隧道施工测量的概述,128,隧道施工测量的概述,129,隧道施工测量的概述,130,隧道施工测量的概述,131,隧道施工测量的概述,132,隧道施工测量的概述,133,隧道施工测量的概述,134,隧道施工测量的概述,135,隧道施工测量的概述,136,隧道施工测量的概述,137,隧道施工测量的概述,138,隧道施工测量的概述,139,隧道施工测量的概述,140,隧道施工测量的概述,141,隧道施工测量的概述,142,隧道施工测量的概述,143,隧道施工测量的概述,144,隧道施工测量的概述,145,隧道施工测量的概述,146,隧道施工测量的概述,147,隧道施工测量的概述,148,隧道施工测量的概述,149,隧道施工测量的概述,150,隧道施工测量的概述,151,隧道施工测量的概述,152,隧道施工测量的概述,153,隧道施工测量的概述,154,隧道施工测量的概述,155,隧道施工测量的概述,156,隧道施工测量的概述,157,隧道施工测量的概述,158,3.1桥梁施工控制测量概述,桥梁平面控制测量目的：是测定桥轴线长度并据以进行墩、台位置的的放样；同时，也可用于施工过程中的变形监测.,1.桥梁控制测量任务：,建立桥梁的平面和高程控制,2.桥梁的平面控制测量的目的,159,3.平面控制的布设,对于跨越无水河道的直线小桥，桥轴线长度可以直接测定墩、台位置也可直接利用桥轴线的两个控制点测设，无需建立平面控制。,对于水中不能直接测设的桥梁或水面较宽且有高墩、大跨、深水基础或基础施工难度较大，梁部结构类型复杂的特大桥和大桥，需要建立施工平面控制。,160,为了合理地拟定桥梁施工平面控制测量的布网方案和观测方案，保证墩台中心的定位精度，必须预先估算桥轴线长度测定的必要精度。,161,3.2桥轴线长度精度估算,3.2.1.钢筋混凝土简支梁,设墩台中心点位放样的极限误差为D（通常取D=10mm），中误差为D/2，则相邻二墩台中心的跨距中误差为:,设全桥共有N跨，则桥轴线长度的中误差为,162,3.2.2.钢板梁及短跨（l64m）简支钢桁梁,考虑梁长制造误差和固定支座安装误差的共同影响，单跨钢板梁和单跨简支钢桁梁的长度中误差为：,当桥梁为N跨时，则桥轴线长度L的中误差为,163,3.2.3.连续及长跨（l64m）简支钢桁梁,由n个节间构成的单联或单跨梁，设节间拼装的极限误差为l（通常取l=2mm），则由于梁体拼装误差和固定支座安装误差的共同影响，每一联（跨）长度的中误差为,当桥梁为N跨时，则桥轴线长度L的中误差为,164,某三联三跨连续梁桥，每跨支座间距离为128m，由长16m的8个节间组成，每联24个节间，固定支座安装极限误差为7mm，试计算全桥桥轴线中误差。,解单联中误差为:,全桥桥轴线中误差为:,3.2.4案例,165,3.3.1平面控制布网原则,在满足桥轴线长度测定和墩台中心定位精度的前提下，力求图形简单并具有足够的强度，以减少外业观测工作和内业计算工作。,3.3桥梁施工平面控制测量,166,根据桥梁的大小、精度要求和地形条件，桥梁施工平面控制网的网形布设有以下几种形式：,3.3.2平面控制布设形式,双三角形大地四边形,167,双大地四边形加强型大地四边形,168,大地四边形加三角形,169,3.3.3.平面控制网布设的要点,对于控制点的要求，除了图形刚强外，还要求地质条件稳定，视野开阔，便于交会墩位，其交会角不致太大或太小。,选择控制点时，应尽可能使桥的轴线作为三角网的一个边，以利于提高桥轴线的精度。,如不可能，也应将桥轴线的两个端点纳入网内，以间接求算桥轴线长度，如大地四边形加三角形。,170,一般来说，在边、角精度互相匹配的条件下，边角网的精度较高。,在控制点上要埋设标石及刻有“十”字的金属中心标志。,如果兼作高程控制点使用，则中心标志宜做成顶部为半球状。,控制网可采用测角网、测边网或边角网。,采用测角网时宜测定两条基线（如图双线所示）。,测边网是测量所有的边长而不测角度；,边角网则是边长和角度都测。,171,由于桥轴线长度及各个边长都是根据基线及角度推算的，为保证桥轴线有可靠的精度，基线精度要高于桥轴线精度23倍。,如果采用测边网或边角网，由于边长是直接测定的，所以不受或少受测角误差的影响，测边的精度与桥轴线要求的精度相当即可。,172,由于桥梁三角网一般都是独立的，没有坐标及方向的约束条件，所以平差时都按自由网处理。,它所采用的坐标系，一般是以桥轴线作为X轴，而桥轴线始端控制点的里程作为该点的X值。这样，桥梁墩台的设计里程即为该点的X坐标值，可以便于以后施工放样的数据计算。,173,在施工时如因机具、材料等遮挡视线，无法利用主网的点进行施工放样时，可以根据主网两个以上的点将控制点加密。,加密点称为插点。插点的观测方法与主网相同，但在平差计算时，主网上点的坐标不得变更。,174,3.4桥梁平面控制测量等级,175,3.5.1各等级GPS控制网的主要技术要求,3.5平面控制测量技术要求,176,3.5.2GPS控制网作业的基本技术要求,177,3.5.3导线测量的主要技术要求,178,3.5.4水平角观测的技术要求,注:当观测方向的垂直角度超过3。时，该方向的2C较差可按同一观测时间段内相邻测回进行比较。,179,3.5.5光电测距的主要技术要求,注:1.测回是指照准目标一次，读数4次的过程。2.表中为固定误差，b为比例误差系数，D为水平距离(km)。,180,用光电测距仪或全站仪测量平面控制网边长时，外界环境条件应符合下列要求：注意减弱大气折光和旁折光的影响；测线及两端的延线上，不得有任何其它发光物体或反光的物体，以免引起反射信号混乱；测站应设在电磁场影响的范围以外；光电测距边的测回数及往返测次数，应符合规定。,181,光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后化算为水平距离，,水平距离应归算至墩顶（或轨底）平均高程面上。设仪器与棱镜横轴的平均高程为H1，墩顶（或轨底）的平均高程为H2，地球平均曲率半径为R，则归算长度DH为：,182,3.5.桥梁施工平面控制测量内业计算,3.5.1施工平面控制网通常采用独立的坐标系；,直线桥以桥轴线两控制桩中里程较小的一个为坐标原点，以桥轴线按里程增加方向为x轴正向建立测量坐标系；,183,曲线桥一般以曲线起点ZH或始切线上的转点为坐标原点，以始切线指向JD方向为x轴正向建立测量坐标系；也可以桥轴线控制点为坐标系原点，以该点处曲线的切线方向为x轴，以线路前进方向为x轴正向建立测量坐标系。,184,185,光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后化算为水平距离，,水平距离应归算至墩顶（或轨底）平均高程面上。设仪器与棱镜横轴的平均高程为H1，墩顶（或轨底）的平均高程为H2，地球平均曲率半径为R，则归算长度DH为：,3.5.2边长改正,186,平差计算完成后，应对网中所有的几何条件（或附合条件）进行检算，并计算单位权中误差、桥轴线及最弱边边长中误差。对于边角网或测边网，不应大于10mm；对于以基线为基础的测角网，不应大于原估算的桥轴线及最弱边边长相对中误差。,3.5.3平差要求,187,3.6桥梁施工高程控制测量,各水准点应沿桥轴线两侧以400m左右的间距均匀布设，并构成连续水准环。,水准点应与相邻的线路水准点联测，以保证桥梁与相邻线路在高程位置上的正确衔接。,188,水准测量的等级、精度、限差应符合相应的规定。,为了便于施工放样，可根据实际需要在施工地点附近设立若干个施工水准点。,施工水准点的高程必须定期检测。,189,水准点应埋设标石,水准测量的等级和精度应满足相关要求,每公里水准测量高差中数的偶然中误差按下式计算：,190,高程控制测量的方法,在桥址两岸布设一系列基本水准点和施工水准点，用精密水准测量联测，组成桥梁高程控制网。,191,从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长，用水准仪在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊，水准仪误差(视准轴不平行于水准管轴)、地球曲率及大气折光的影响都会增加。,此时，可以采用过河水准测量的方法或光电测距三角高程测量方法。,192,过河水准测量,193,过河水准测量用两台水准仪同时作对向观测，两岸测站点和立尺点布置成如图所示的对称图形。A、B为立尺点，C、D为测站点，要求AD与BC长度基本相等，AC与BD长度基本相等且不小于10m。用两台水准仪作同时对向观测，在C站先测本岸A点尺上读数，得a1，然后测对岸B点尺上读数24次，取其平均值得b1，高差为h1=a1-b1。,194,同时，在D站先测本岸B点尺上读数，得b2，然后测对岸A点尺上读数24次，取其平均值得a2，高差为h2=a2-b2。取h1和h2的平均值，即完成一个测回。一般进行4个测回。,195,由于过河水准测量的视线长，远尺读数困难，可以在水准尺上安装一个能沿尺面上下移动的觇板（如图）。观测员指挥司尺员上下移动觇板，使觇板中横线被水准仪横丝平分，司尺员根据觇板中心孔在水准尺上读数。,196,197,198,199,200,201,202,203,204,205,206,207,208,209,210,211,212,213,214,215,216,217,218,219,220,221,222,223,224,225,226,227,228,229,230,231,232,桥梁施工控制测量对于水中不能直接测设的桥梁或水面较宽且有高墩、大跨、深水基础或基础施工难度较大，梁部结构类型复杂的特大桥和大桥，需要建立施工平面控制网。为了合理地拟定桥梁施工平面控制测量的布网方案和观测方案，保证墩台中心的定位精度，必须预先估算桥轴线长度测定的必要精度。,233,234,235,236,237,238,239,240,241,242,243,244,任务2：八字翼墙施工测量,2.1涵洞构造,基础,涵洞轴线,中线桩,线路中线,245,246,2.2八字翼墙施工放样,如图：,涵洞八字墙,247,（1）八字翼墙放样点坐标计算,如图：首先建立如下直角坐标系,0号点坐标计算,1号点坐标计算,248,2号点坐标计算,249,号点坐标计算,注：上游八字墙取负值，下游八字墙取正值,涵洞八字墙,250,251,2.2八字翼墙施工放样,252,H,h,253,254,255,256,257,258,259,260,261,262,263,264,265,266,267,268,269,270,271,272,273,274,275,276,277,278,279,280,281,282,283,284,285,286,287,288,289,290,291,292,293,294,295,296,297,298,299,300,301,302,303,304,305,306,307,308,309,310,311,312,313,314,315,316,317,318,319,320,321,322,323,324,325,326,327,328,329,2.涵洞轴线方向测量,1.2涵洞施工中的测量主要工作,1.中心桩位测量,3.涵洞侧墙基础测量,4.附属工程测量,（1）八字墙测量,（2）锥体护坡测量,330,1.3涵洞基础定位与轴线测量,1.3.1涵洞基础定位与轴线测量依据,涵洞中心桩号,斜交角,涵长,331,1.3.2涵洞中心桩放样,如图所示：将全站仪安置在导线点A上，后视导线点B，然后将照准部逆时针旋转角，即为涵洞中心所在方向，在此方向上从A点量取水平距离L，即得涵洞中心位置。,332,根据涵洞轴线与路线方向是否垂直，涵洞分为正交涵洞与斜交涵洞。正交涵洞的轴线是垂直于路线中线的，而斜交涵洞的轴线是与路线中线前进方向的右侧成斜交角的直线。涵洞轴线方向是按路线前进方向与水流方向的右侧交角测出。见下图。,1.3.3涵洞轴线测量,333,为了方便在施工过程中恢复轴线，一般在轴线方向设立护桩。,（1）正交涵洞轴线放样,线路中心,水流方向,将全站仪架设在涵洞中心桩处，后视路线方向，右旋转90(或270)，取其平均位置，即为涵洞轴线方向。,334,如图：将全站仪架设在涵洞中心桩处，后视路线方向，盘左、盘右旋转(或180)，取其平均位置，即为涵洞轴线方向。,（2）斜交涵洞轴线放样,线路中心,水流方向,335,1.3涵洞基础放样点位坐标计算,线路中心,如图,中心桩P,轴线护桩1,轴线护桩2,1号,2号,3号,4号,6号,5号,立面图,d左,d右,336,如图：中线上P点有一斜交涵洞，斜交角为，其基础宽为L,涵洞左右幅宽度为，中线桩P点、护桩1、护桩2、1号号点坐标计算如下：,（）中心桩点坐标计算,首先判断P点所在的曲线元，按线路中线逐桩坐标计算方法计算。,337,（2）护桩1、护桩2坐标计算,首先计算中心桩P点的切线方位角计算方法见曲线点位切线方位角计算。,护桩1坐标计算,护桩2坐标计算,338,（3）1号6号点坐标计算,339,340,1.4通涵长度计算,施工中经常遇到通道或管涵等构造物的位置偏移或增设新的通涵，因此要依据现场实际情况变更原有通涵设计的结构尺寸，或设计新的构造物。,通涵长度计算依据现场流水高程、流水坡度及该处路基横断面没计来计算。,341,如图：设路基边坡坡度为1：m，涵洞流水坡度为i,Z1为路肩设计标高，Z2为路基中心处涵顶设计高，B为半幅路基宽。,涵洞长度,342,（1）上游长度计算,将h代入,式中:,343,（2）下游长度计算,将h代入,式中:,344,直线、曲线、转角表,1.5通涵施工测量案例,1.5.1已知某高速公路曲线设计数据见下表,345,1.5.2涵洞设计图,ZH,JD2,YH,HY,HZ,通道位置布置图,中心桩号K2+400,346,通道侧面图（尺寸单位cm),通道平面图（尺寸单位cm),347,线路中心,中心桩K2+400,轴线护桩1,轴线护桩2,1号,2号,3号,4号,6号,5号,d左,d右,1.5.3通道放样点坐标计算,(1)中心桩坐标,348,（2）中心桩切线方位角,349,（3）护桩1、护桩2坐标计算,护桩1坐标计算,护桩2坐标计算,350,（4）1号6号点坐标计算,351,352,353,354,355,356,357,358,