隧道洞外控制测量培训课件高铁版(铁三院苏文东)

大西铁路客运专线长大隧道洞外控制测量培训课件铁三院：苏文东,2010年4月,一、概述,大西客专（原平至西安段）北起山西省原平市，向南经山西省忻州、太原、晋中、临汾、运城市，跨黄河进入陕西省渭南市，经临潼至西安，线路全长687km，其中原平至运城正线长度477km，运城至西安正线长度210km。全线大部分地处山区，设计隧道20多座，其中南山上隧道，韩信岭隧道，乔家山隧道和干庆隧道等大于6公里的长大隧道需要独立进行隧道洞外精密控制测量。,二、工作依据,1.高速铁路工程测量规范（TB10601-2009）；2.精密工程测量规范（GB/T15314-94）；3.全球定位系统(GPS)测量规范（GBT/18314-2009）；4.国家一、二等水准测量规范(GBT12897-2006)；5.工程建设期间颁布的有关测量规程、规范。,三、既有施工坐标系统和高程系统,（一）坐标系统1、全线采用国家2000大地坐标系椭球参数及满足客专投影变形不大于10mm/km的要求的施工坐标系。施工坐标均为2000国家大地坐标系椭球参数，a=6378137米，f=1/298.257222101，高程异常均取0米。（二）高程系统1985国家高程基准。,四、建立隧道独立控制网的重要性与目的,隧道工程贯通误差控制一直是施工过程中的控制重点，由于其测量控制环境相比其他构筑物存在诸多略势，存在一定的测量风险。建立隧道独立控制网（建议6km及以上隧道）主要在以下方面较好的解决此类问题：1、通过建立隧道独立控制网，使各隧道洞口子网及子网间的联系网形成高强度的多边形闭合环，进洞点包含至少两个后视方向加强了进洞复核，并对具体进洞方案提出设计建议。2、隧道独立控制网采用与既有施工坐标和高程系统相同的椭球参数和高程基准，平面控制等级B级GPS，水准控制等级采用二等水准；由于既有施工坐标系统中央子午线位于该施工坐标系中部，投影面高程也是针对该施工坐标系而定，故对于具体某长大隧道存在着高斯和高程投影改正的问题，计算使用较繁琐。隧道独立控制网采用隧道工程独立坐标系，即以隧道进口端的中线(切线）点的线路里程值为X值，线路前进方向为X轴正向，顺时针旋转90度为Y轴，并且采用适应本隧道的设计投影面，使投影变形为最小，从而保证贯通精度。,四、建立隧道独立控制网的重要性与目的,3、对隧道洞内导线及水准控制等级提出设计建议并对洞内外联合对横向贯通误差与高程贯通误差进行估算，从技术角度对贯通误差提出保证措施。4、对建立隧道独立控制网后与既有施工坐标和高程系统的衔接提出处理措施，对相应线路设计成果进行修改，提出针对性的线路资料成果资料，如：曲线表、设计中线逐桩坐标表、线间距表、断链断高表等。,五、经验与总结,合理可行的隧道洞外控制测量设计及成果可以科学的指导隧道施工，使贯通误差控制在允许的误差范围内，免除工程风险，使用简便。以铁三院在石太客专、太中银线、准朔线、北同蒲线等十余座6km以上隧道近200km洞外控制测量经验分析，贯通误差控制效果良好，取得了很好的工程效果。其中石太客运专线太行山南梁隧道洞外控制测量项目获得铁道部优秀勘察设计二等奖。,六、隧道控制测量工作内容,1、隧道控制测量设计2、选点、布网3、标石埋设4、野外观测5、数据处理6、资料整理,七、一般规定,规范要求：隧道长度大于1500m时，应根据横向贯通误差进行平面控制网设计，估算洞外控制测量产生的横向贯通误差影响值，并进行洞内测量设计。水准路线长度大于5000m时，应根据高程贯通中误差进行高程控制网设计。1平面控制网应根据洞外允许横向贯通中误差，结合实际布网条件进行贯通误差估算。（具体公式见相关规范）2高程控制网应根据勘选的地表高程路线长度和洞内贯通长度，按高程贯通误差估算公式分别估算洞外、洞内高程贯通误差，确定洞外高程控制测量精度。（具体公式见相关规范）,七、一般规定,隧道洞外控制测量应根据贯通误差要求进行隧道平面高程控制测量设计，隧道洞外洞内控制测量对每个贯通面的贯通误差值应符合以下规定。,八、控制测量设计,测量设计之前应收集下列资料：1、测区1：50000或1：10000地形图2、线路施工设计平面图及洞口附近地形图3、线路施工设计纵断面图4、辅助坑道布置图及隧道施工设计贯通面的位置5、洞口施工场地布置图6、线路诸表：控制桩表、水准基点表、曲线表等7、测区气象资料及冻土深度8、测区高程异常,九、隧道洞外控制测量平面,隧道洞外GPS控制测量对控制点点位的基本要求（一）点位应首先满足GPS测量的要求。GPS测量要求高度角15以上没有成片障碍物，以免阻挡卫星信号。选择洞口控制点位时，必须考虑GPS测量的这一要求。还要求远离大功率无线电发射源，以免干扰卫星信号，避开成片平坦表面，以防多路经效应等。,九、隧道洞外控制测量平面,隧道洞外GPS控制测量对控制点点位的基本要求（二）布设的控制点应保证施工时不被破坏，要考虑隧道及隧道前后工程施工后的影响。如填挖施工场地施工便道等。布设洞口子网控制点时，应考虑能用常规测量方法检测、加密、恢复控制点及洞内引测的需要。洞口投点应考虑与洞口高程相近，便于施工引测。,九、隧道洞外控制测量平面,要满足隧道贯通测量对控制点的点位要求控制网应由洞口子网和子网间的联系网组成。洞口子网应布设不得少于三个相互通视的控制点，其中至少一个点应为洞口投点。布设控制点应控制隧道施工范围内线路中线位置，双线隧道一般控制线路左线。直线段一般应布设2个点，曲线段至少应布设34个点，有条件时应将曲线交点纳入控制网中。（注意应控制长边）点位一般选择线路控制桩，或者根据现场情况以线路中线控制桩为依据测设的线路中线点。,九、隧道洞外控制测量平面,隧道GPS网的布网子网边长不宜太短。一般宜大于500m，若受地形限制考虑采取有效措施提高短边测量的精度时，定向边边长不应小于300m。定向点宜选择在主轴线方向上，有利于提高精度和方便施工测设。布网完成后应进行横向贯通误差的估算，以进一步优化图形，并确定是否能满足工程的要求。,九、隧道洞外控制测量平面,隧道GPS网一般应布设的图形(a)单环形网(b)具有较好图形的网(c)全组合型网,九、隧道洞外控制测量平面,不同长度隧道GPS网的横向贯通中误差估算（mm）,九、隧道洞外控制测量平面,分析：从图形（a）到（b）其精度提高约20%，而当图形达到一定的强度时再增加基线，精度的提高并不明显，从图形（b）到（c）其精度提高只有0.0%3.0%。在一定的观测精度和固定的网形下横向贯通误差与定向边长明显相关。如图形(b)采用5mm+1ppm的精度实测，500m的定向边长均可以满足要求；400m的定向边长，对8km、10km隧道，贯通误差超限；300m的定向边长，均不能满足要求；如以3mm+1ppm的精度实测时，300m的定向边长可以满足要求。,九、隧道洞外控制测量平面,定向边边长：在选点布网时应尽量选择较长的定向边，一般宜大于500m，如果受地形等因素影响不能满足要求时，应采用建立观测墩、选择良好的观测窗口、天线定向、增加观测时间等手段提高观测精度，尤其应注意短边基线的观测。,九、隧道洞外控制测量平面,推荐图形：（b）网形：隧道GPS控制网一般宜布设成三角形大地四边形中心多边形等图形强度较高的网形。,九、隧道洞外控制测量平面,图上实地选点图上选点是实地选点前不可忽略的工作，必须认真完成。利用测区1：500001：100001：2000地形图按选点要求图上选点。要认真读图。要确定基本网形，掌握子网边长及通视情况，确定需控制的线路中线点位置。以图上选点位置为基础，根据现场具体情况实地选点或者放样线路中线控制点。,九、隧道洞外控制测量平面,完成选点后应留下的记录现场应钉设一方桩点位位置描述及属性（中线点或一般点，中线点的定测里程）点位对天通视情况控制点间及与洞口通视情况相互通视控制点的概略距离在相应图上标出实际选点位置,九、隧道洞外控制测量平面,土层标石：当覆盖土层较薄或风化层不深时，埋至弱风化层或基底岩石完整处。,九、隧道洞外控制测量平面,中线控制点标石埋设直接采用定测测设的线路中线控制桩。或者采用GPS-RTK或全站仪重新测设线路中线控制点，并应进行相应检核。挖坑前采用骑马桩护桩，浇灌混凝土后采用骑马桩恢复点位。,九、隧道洞外控制测量平面,完成埋石后应记录三个时间驻地到工地时间。相邻子网间汽车行驶时间。在各子网中从一点到另一点行走时间。记录上述三个时间目的是科学合理地编制观测计划。,九、隧道洞外控制测量平面,隧道GPS网的观测一般原则应采用双频GPS接收机静态观测。一般应选择卫星数目多，卫星升降少，GDOP值比较小且稳定的观测窗口施测。,九、隧道洞外控制测量平面,隧道GPS网观测前准备观测计划的编制：观测前应根据控制网形、确定的定向边、观测时段数、卫星可见性预报表、作业的接收机台数、作业模式、点位间搬迁时间、点位周围观测环境编制观测计划。,九、隧道洞外控制测量平面,提醒注意：地形对观测的影响,九、隧道洞外控制测量平面,隧道GPS网观测前准备作业前应进行天线相位中心偏心误差检测。仪器光学对点器在作业前及过程中应经常进行检验和校正，确保对中的准确性。,九、隧道洞外控制测量平面,隧道GPS网观测应按编制的观测计划进行观测。观测2个时段，应采用不同的卫星星座。起始边基线采用相同的卫星星座观测，以削弱卫星星座不同对起始边基线的方位角影响。必须认真安置仪器，对中误差不得超过1mm，仪器安置后必须检查一次，过程中随时检查仪器状态。仪高丈量两次。,九、隧道洞外控制测量平面,隧道GPS网观测GPS天线必须统一定向。施测2个时段，可一个时段指北定向，另一个时段应指南定向，基线取均值后，可消除相位中心偏心误差对方位的影响。子网短基线应观测两个时段。观测2个时段，不同长度基线的观测时间,九、隧道洞外控制测量平面,为什么GPS天线必须统一定向？,九、隧道洞外控制测量平面,观测数据备份每日观测结束后，应及时将当天采集的数据录入计算机内，并制作备份。数据录入计算机时，应对照测量手簿检查点名标识是否正确，并确保两次观测具有同样点名标识的点为同一点，检查数据文件中天线高的正确性。制作数据文件备份时，不得随意进行剔除或删改。,九、隧道洞外控制测量平面,基线解算基线解算WGS-84坐标系起算坐标取较长时间观测数据的单点定位结果。根据设计网形和观测要求解算独立基线。基线解算设置参数一般采用软件系统推荐的系统缺省值，除非有充分的理由，否则不应改变缺省值。简单记录基线解算精度情况，注意基线协方差量级。,九、隧道洞外控制测量平面,基线质量检核洞口子网基线构成的异步环三维闭合差限差应小于20mm。子网间的联系网基线构成的异步环相对闭合差应符合下表要求。重复观测的基线较差应满足限差要求。,九、隧道洞外控制测量平面,补测外业有缺测、漏测，或数据处理后基线不符合要求时，应补测。基线长度小于20km整周未知数未解算出来或经检核发现基线质量不符合要求时，应分析原因，对其中部分成果或全部成果进行重测。,九、隧道洞外控制测量平面,数据后处理隧道工程坐标系的建立：以线路（直线或切线）前进方向为X轴，X轴顺时针转90为Y轴，建立右手坐标系。坐标系的基准面为隧道进出口平均高程面；坐标原点X方向加常数为原点在线路中的定测里程（或相对里程），Y方向加常数以不使控制网中各点Y坐标为负值为准。,九、隧道洞外控制测量平面,常见几种隧道工程坐标系,九、隧道洞外控制测量平面,数据后处理平差计算：应选取合格基线，采用专用平差处理软件进行平差计算。取既有施工坐标系参考椭球的参数，固定原点平面坐标(X、Y）和正常高h，固定X轴线上两点的方位角为0。贯通误差估算：选取定向边和贯通面，采用专用处理软件进行计算。GPS测量误差对隧道横向贯通误差的影响值应满足规范要求。,九、隧道洞外控制测量平面,控测后线路资料计算曲线资料计算计算曲线偏角、切线长、曲线长线路控测里程推算计算线路上控制点的控测里程线路断链计算要比较控测与定测资料差异，并分析,九、隧道洞外控制测量平面,实测检查角度检查：采用全站仪实测34个三角形的内角，进行比较分析。边长检查：采用全站仪实测912条边，进行比较分析。,十、隧道洞外控制测量高程,主要工作内容选点埋石高程测量设计观测和计算,十、隧道洞外控制测量高程,选点每个洞口一般布设23水准点，选择在洞口附近施测便利、便于保存、高程适宜和土质坚实之处。相邻水准点应安置一次仪器即可观测；可与洞口投点共用一个点。在主水准路线上可沿水准路线每2km左右布设一个临时水准点，每4km左右布设一个长期水准点。,十、隧道洞外控制测量高程,埋石洞口水准点和长期水准点均可采用现场灌注混凝土的方式埋设（同CPI)，埋设深度应在冻结线以下0.5m。临时水准点可选取临时标志。,十、隧道洞外控制测量高程,高程测量设计图上选取水准路线通过实地踏勘选取最佳水准路线在选定的水准路线上量取相邻洞口间水准路线长度，根据隧道高程贯通误差18mm的要求，估算洞外水准测量精度。,十、隧道洞外控制测量高程,观测和计算注意：起点和终点应引测定测水准点；有条件应与附近高等级国家水准点联测。计算往返测高差闭合差和闭合环闭合差。要比较控测与定测资料差异，计算与高等级国家水准点闭合差，并分析。计算高程成果。,十一、资料整理,成果资料内容技术设计书技术总结控制测量成果计算资料仪器证书附件,十一、资料整理,技术设计书一、任务概述二、搜集测区既有资料情况三、采用的技术规程规范四、平面高程系统五、精度指标六、平面控制测量七、洞外高程控制测量,十一、资料整理,技术总结一、工程概况二、技术标准三、坐标与高程系统四、平面控制测量1、GPS控制网的布设2、选点和埋石3、GPS观测4、数据处理5、控制网平差后