第八章 地下建筑物的施工测量解析

1、 8-18-1 概概 述述第八章第八章 地下建筑物的施工测量地下建筑物的施工测量 一、地下建筑物的施工测量的内容及其作用一、地下建筑物的施工测量的内容及其作用 地下建筑物主要有隧道工程、城市地铁工程、人防工程、地下建筑物主要有隧道工程、城市地铁工程、人防工程、地下厂房仓库、地下停车场、机场、地下环形粒子加速器工程地下厂房仓库、地下停车场、机场、地下环形粒子加速器工程以及地下矿山的井巷工程等。以及地下矿山的井巷工程等。 地下建筑物地下建筑物施工测量的主要内容：施工测量的主要内容： 在地面建立平面与高程施工控制网；将地面上的坐标、方在地面建立平面与高程施工控制网；将地面上的坐标、方向和高程传递到地

2、下去的联系测量；在地下进行平面与高程控向和高程传递到地下去的联系测量；在地下进行平面与高程控制测量；根据地下控制点进行施工放样，指导地下工程的正确制测量；根据地下控制点进行施工放样，指导地下工程的正确开挖、衬砌和施工；对地下建筑工程中的大型设备进行安装和开挖、衬砌和施工；对地下建筑工程中的大型设备进行安装和调校测量；最后进行竣工测量。调校测量；最后进行竣工测量。地下建筑物地下建筑物施工测量的作用：施工测量的作用： 在地下标定出地下工程建筑物的设计中心线和高程及开挖、在地下标定出地下工程建筑物的设计中心线和高程及开挖、衬砌和施工指定方向和位置；保证在有两个相向开挖面的掘进中，衬砌和施工指定方向和

3、位置；保证在有两个相向开挖面的掘进中，施工中线在平面和高程上按设计的要求正确贯通，保证开挖不超施工中线在平面和高程上按设计的要求正确贯通，保证开挖不超过规定的界线，保证所有的建筑物在贯通前能正确的修建；保证过规定的界线，保证所有的建筑物在贯通前能正确的修建；保证设备的正确安装；为设计和管理部门提供竣工测量资料等。设备的正确安装；为设计和管理部门提供竣工测量资料等。二、地下建筑物施工测量的方法二、地下建筑物施工测量的方法 1、现场标定法（直接定线测量）、现场标定法（直接定线测量） 对于较短的隧洞，可在现场直接选定洞口位置，然后用经对于较短的隧洞，可在现场直接选定洞口位置，然后用经纬仪按正倒镜定直

4、线的方法标定隧洞中心线掘进方向，并求出纬仪按正倒镜定直线的方法标定隧洞中心线掘进方向，并求出隧洞的长度。隧洞的长度。 a.a.洞口位置的标定，洞口位置的标定，b.b.开挖方向的标定，开挖方向的标定， c.c.隧洞长度的确定。隧洞长度的确定。对于直线型隧道：对于直线型隧道：对于曲线型隧道：对于曲线型隧道： 8-28-2 隧道贯通测量隧道贯通测量 一、贯通误差及其对隧道贯通的影响一、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程的中线点不重合，两点连线的空间线段称为贯通误差。误差。HYXJCP

5、1P2hlq1. 贯通误差的分类贯通误差的分类 贯通误差在水平面上的正射投影称为平面贯通误差在水平面上的正射投影称为平面 贯通误差；贯通误差； 在铅垂面上的正射投影称为高程贯通误差，简称高在铅垂面上的正射投影称为高程贯通误差，简称高程误差。程误差。HYXJCP1P2h l q平面贯通误差在水平面内可分解为两个分量：平面贯通误差在水平面内可分解为两个分量： 与贯通面平行的分量，称为横向贯通误差，简称与贯通面平行的分量，称为横向贯通误差，简称横向误差横向误差(q q ) ) ； 与贯通面垂直的分量，称为纵向贯通误差，简称与贯通面垂直的分量，称为纵向贯通误差，简称纵向误差纵向误差(l l ) )。H

6、YXJCP1P2h l q2. 贯通误差对隧道贯通的影响贯通误差对隧道贯通的影响 高程误差主要影响线路坡度。高程误差主要影响线路坡度。 纵向误差影响隧道中线的长度和线路的设计坡度。纵向误差影响隧道中线的长度和线路的设计坡度。 横向误差影响线路方向，如果超过一定的范围，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。误差加以限制。 3. 横

7、向误差和高程误差的限差横向误差和高程误差的限差两开挖洞口两开挖洞口间长度（间长度（km）448810101313171720横向贯通误横向贯通误差（差（mm）100150200300400500高程贯通误高程贯通误差（差（mm）50 主要来源于洞内、外控制测量和竖井（斜井）联系测量的误主要来源于洞内、外控制测量和竖井（斜井）联系测量的误差，由于施工中线的误差是由洞内导线测量确定，所以施工误差，由于施工中线的误差是由洞内导线测量确定，所以施工误差和放样误差对贯通的影响可忽略不计。差和放样误差对贯通的影响可忽略不计。 误差分配：将地面控制作为一个独立因素；地下两相向开挖误差分配：将地面控制作为一个

8、独立因素；地下两相向开挖的坑道中导线测量的误差各为一个独立因素。设隧道总的横向的坑道中导线测量的误差各为一个独立因素。设隧道总的横向贯通中误差的允许值为贯通中误差的允许值为Mq，按等影响原则，则地面控制测量的，按等影响原则，则地面控制测量的误差所引起的横向贯通中误差的允许值为：误差所引起的横向贯通中误差的允许值为：qqqMMm58. 03 对于高程控制测量，洞内、外各为一个独立因素。设隧道对于高程控制测量，洞内、外各为一个独立因素。设隧道总的高程贯通中误差的允许值为总的高程贯通中误差的允许值为Mh，则地面水准测量高程贯，则地面水准测量高程贯通中误差的允许值为：通中误差的允许值为：hhhMMm7

9、1. 02 按上述原理算得的隧道洞内、洞外控制测量误差，对于贯按上述原理算得的隧道洞内、洞外控制测量误差，对于贯通面上的横向和高程贯通中误差所产生的影响值为下表所示：通面上的横向和高程贯通中误差所产生的影响值为下表所示：洞洞外外、洞洞内内控控制制测测量量误误差差对对贯贯通通精精度度的的影影响响值值（mm） 横横 向向 中中 误误 差差 两两开开挖挖洞洞口口间间长长度度（km） 测测 量量 部部 位位 4 48 810 1013 1317 1720 高高 程程 中中误误差差 洞洞 外外 洞洞 内内 洞洞外外、 内内总总和和 30 40 50 45 60 75 60 80 100 90 120 1

10、50 120 160 200 150 200 250 18 17 25 注：此表不适用设有竖井的隧道。注：此表不适用设有竖井的隧道。若设有竖井？若设有竖井？ 若设有竖井，在一般情况下通过每个竖井的联系测量若设有竖井，在一般情况下通过每个竖井的联系测量误差作为一个独立因素。误差作为一个独立因素。8-3 隧道控制测量误差对横向贯通精度的影响隧道控制测量误差对横向贯通精度的影响 隧道控制测量包括地面和洞内两部分，每一部分又分平面隧道控制测量包括地面和洞内两部分，每一部分又分平面控制和高程控制。控制和高程控制。 平面控制可通过三角测量、导线测量、平面控制可通过三角测量、导线测量、GPS测量等建立；测量

11、等建立； 高程控制一般采用水准测量的方法。高程控制一般采用水准测量的方法。 隧道施工控制网的主要作用是保证地下相向开挖的工作面隧道施工控制网的主要作用是保证地下相向开挖的工作面 能正确贯通。它们的精度要求主要取决于隧道贯通的精度要求、能正确贯通。它们的精度要求主要取决于隧道贯通的精度要求、隧道长度与形状、开挖工作面的数量以及施工方法等。隧道长度与形状、开挖工作面的数量以及施工方法等。二、导线测量误差对横向贯通精度的影响二、导线测量误差对横向贯通精度的影响 1、测角误差引起的横向贯通误差、测角误差引起的横向贯通误差 ZDRARxBCRxRDEFBAXDXEXRCEDBCAYX隧道中线通贯面 2X

12、yRmm 式中，式中，R2X为测角的各导线点至贯通面的垂直距离的为测角的各导线点至贯通面的垂直距离的平方和。平方和。公式推导：公式推导：ABRxA通面贯ACBCNSKKmxAAyAyRmmsmKKKKNKmAA 故cos 2XyRmm2、测边误差所引起的横向贯通误差、测边误差所引起的横向贯通误差2ylydlmmlABB1B1BAdymylmllylydlmBBml1公式推导：公式推导：式中：式中：d2y为各导线边在为各导线边在贯通面上的投影长度平方贯通面上的投影长度平方的总和。的总和。3、导线测量误差引起的横向贯通误差、导线测量误差引起的横向贯通误差 222222ylXyyqdlmRmmmml

13、 35 .12222nmsnmq当导线为等边直伸型时：当导线为等边直伸型时：三、地面三角测量误差对隧道横向贯通误差的影响（略）三、地面三角测量误差对隧道横向贯通误差的影响（略） 四、水准测量误差对高程贯通精度的影响四、水准测量误差对高程贯通精度的影响 受洞外或洞内高程控制测量的误差影响，贯通面上所产生受洞外或洞内高程控制测量的误差影响，贯通面上所产生的高程中误差按下式估算：的高程中误差按下式估算： 式中：式中：L 为洞内外水准路线全长，以为洞内外水准路线全长，以km计。计。 m 为每为每km水准测量高差中数的偶然中误差，水准测量高差中数的偶然中误差， 以以mm计；计；Lmmh8-4 8-4 地

14、面控制测量地面控制测量 直线隧道长度大于直线隧道长度大于1000m，曲线隧道长度大于，曲线隧道长度大于 500 m，均，均应根据横向贯通精度要求进行隧道平面控制测量设计。应根据横向贯通精度要求进行隧道平面控制测量设计。 两相邻开挖洞口（包括横洞口、斜井口）高程路线长度大两相邻开挖洞口（包括横洞口、斜井口）高程路线长度大于于5000m，应根据高程贯通精度要求进行隧道高程控制测，应根据高程贯通精度要求进行隧道高程控制测量设计。量设计。（一）洞外平面控制测量（一）洞外平面控制测量 对于直线隧道，洞外平面控制测量的目的主要是对于直线隧道，洞外平面控制测量的目的主要是获取两端洞口较为精确的点的平面位置和

15、引测进获取两端洞口较为精确的点的平面位置和引测进洞的方向；洞的方向； 对于曲线隧道，洞外平面控制测量除具有与直线对于曲线隧道，洞外平面控制测量除具有与直线隧道相同的目的外，还在于间接求算隧道所在曲线隧道相同的目的外，还在于间接求算隧道所在曲线的转向角及两端洞口控制桩与交点的相对位置，进的转向角及两端洞口控制桩与交点的相对位置，进而按设计选配的圆曲线半径和缓和曲线长重新确定而按设计选配的圆曲线半径和缓和曲线长重新确定隧道中线的位置。隧道中线的位置。1. 1. 中线法中线法 中线法一般只能用于短于中线法一般只能用于短于1000 m1000 m的直线隧道的直线隧道和短于和短于500 m500 m的曲

16、线隧道的洞外平面控制。的曲线隧道的洞外平面控制。 建立洞外平面控制的常用的方法有：中线法、导线建立洞外平面控制的常用的方法有：中线法、导线法、三角网和法、三角网和GPSGPS网等。网等。 先将洞内线路中线点的平面位置测设于地面，先将洞内线路中线点的平面位置测设于地面，经检核确认该段中线与两端相邻线路中线能够正确经检核确认该段中线与两端相邻线路中线能够正确衔接后，方可以此作为依据，进行引测进洞和洞内衔接后，方可以此作为依据，进行引测进洞和洞内中线测设。中线测设。 2. 2. 导线法导线法 导线最短边长不应小于导线最短边长不应小于300m，相邻边长的比不，相邻边长的比不应小于应小于1：3，并尽量采

17、用长边，以减小测角误差，并尽量采用长边，以减小测角误差对导线横向误差的影响。对导线横向误差的影响。 用导线方式建立隧道洞外平面控制时，导线点应用导线方式建立隧道洞外平面控制时，导线点应沿两端洞口的连线布设。沿两端洞口的连线布设。 导线点的位置应根据隧道的长度和辅助坑道的数导线点的位置应根据隧道的长度和辅助坑道的数量及分布情况，并结合地形条件和仪器测程选择。量及分布情况，并结合地形条件和仪器测程选择。 导线的水平角一般采用方向观测法。当水平角只导线的水平角一般采用方向观测法。当水平角只有两个方向时，可按奇数和偶数测回分别观测导线有两个方向时，可按奇数和偶数测回分别观测导线的左角和右角，这样可以检

18、查出测角仪器的带动误的左角和右角，这样可以检查出测角仪器的带动误差，数据处理时可以较大程度地消除此项误差的影差，数据处理时可以较大程度地消除此项误差的影响。响。 导线的内业计算一般采用严密平差法，对于等级导线的内业计算一般采用严密平差法，对于等级较低的导线也可采用近似平差计算较低的导线也可采用近似平差计算 隧道洞外导线应组成闭合环，一个控制网中导线隧道洞外导线应组成闭合环，一个控制网中导线环的个数应不少于环的个数应不少于 4 个；每个环的边数约为个；每个环的边数约为 46 条，条，应尽可能将两端洞口控制点纳入到导线网中。应尽可能将两端洞口控制点纳入到导线网中。JC3.3.三角网法三角网法 三角

19、测量建立隧道洞外平面控制时，一般是布设三角测量建立隧道洞外平面控制时，一般是布设成单三角锁的形式。成单三角锁的形式。 对于直线隧道，一排三角点应尽量沿线路中线布对于直线隧道，一排三角点应尽量沿线路中线布设。条件许可时，可将线路中线做为三角锁的一设。条件许可时，可将线路中线做为三角锁的一条基本边，布设为直伸三角锁。以减小边长误差条基本边，布设为直伸三角锁。以减小边长误差对横向贯通的影响。对横向贯通的影响。 对于曲线隧道，应尽量沿着两洞口的连线方向布对于曲线隧道，应尽量沿着两洞口的连线方向布设，以减弱边长误差对横向贯通的影响。设，以减弱边长误差对横向贯通的影响。 四、四、GPS控制测量控制测量AJ

20、CEFB 布点要求与三角测量、导线测量相同。布点要求与三角测量、导线测量相同。GPS网的布网的布设一般遵循设一般遵循“网中每个点至少独立设站两次网中每个点至少独立设站两次”的原则。的原则。 如下图的布网方案，图中两点间连线为独立基线，该方案如下图的布网方案，图中两点间连线为独立基线，该方案每个点均有三条独立基线相连，其可靠性较好。每个点均有三条独立基线相连，其可靠性较好。五、洞外高程控制测量五、洞外高程控制测量 洞外高程控制测量的任务，是按照测量设计中规定洞外高程控制测量的任务，是按照测量设计中规定的精度要求，以洞口附近一个线路定测点的高程为的精度要求，以洞口附近一个线路定测点的高程为起算高程

21、，测量并传算到隧道另一端洞口与另一个起算高程，测量并传算到隧道另一端洞口与另一个定测高程点闭合。定测高程点闭合。洞外高程测量的等级划分测量测量 部位部位 测量测量 等级等级 每千米水准测量每千米水准测量 偶然中误差偶然中误差 M（mm） 两开挖洞口间两开挖洞口间 高程路线长度高程路线长度 （km） 水准仪等级水准仪等级 / 测距仪等级测距仪等级 水准尺类型水准尺类型 二二 1.0 36 DS0.5、DS1 因瓦水准尺因瓦水准尺 DS1 因瓦水准尺因瓦水准尺 三三 3.0 1336 DS3 区格式水准尺区格式水准尺 四四 5.0 513 DS3 / I、II 区格式水准尺区格式水准尺 洞洞 外外

22、 五五 7.5 5 DS3 / I、II 区格式水准尺区格式水准尺 隧道高程控制测量一般采用水淮测量，对于四、五隧道高程控制测量一般采用水淮测量，对于四、五等高程控制测量也可采用光电测距三角高程测量。等高程控制测量也可采用光电测距三角高程测量。 8-5 8-5 进洞关系计算和进洞测量进洞关系计算和进洞测量 控制测量确认了隧道两端线路中线控制桩与洞控制测量确认了隧道两端线路中线控制桩与洞外平面控制点的相对位置关系。外平面控制点的相对位置关系。 根据洞外控制测量成果，计算由洞外控制点引测根据洞外控制测量成果，计算由洞外控制点引测进洞测设数据，据此指导隧道的进洞及洞内开挖，进洞测设数据，据此指导隧道

23、的进洞及洞内开挖，称为进洞关系计算称为进洞关系计算 。 进洞关系计算和进洞测量的主要任务：进洞关系计算和进洞测量的主要任务： 1.1.确定隧道中线与平面控制网之间的关系；确定隧道中线与平面控制网之间的关系； 2.2.在洞内控制建立之前，指导中线进洞和洞内开挖。在洞内控制建立之前，指导中线进洞和洞内开挖。隧道进洞测设的主要方法隧道进洞测设的主要方法极坐标法极坐标法 将隧道的中线控制桩纳入洞外平面控制网，控制将隧道的中线控制桩纳入洞外平面控制网，控制测量完成后，即可求得它们的精确坐标。根据这测量完成后，即可求得它们的精确坐标。根据这些点的坐标和洞口（或洞内）中线点的坐标，反些点的坐标和洞口（或洞内

24、）中线点的坐标，反算出极坐标法的放样数据，进而现场测设。算出极坐标法的放样数据，进而现场测设。ABCD 8-6 8-6 地下控制测量地下控制测量 地下控制测量包括地下平面控制测量和高程控制测量。地地下控制测量包括地下平面控制测量和高程控制测量。地下平面控制测量在隧道内下平面控制测量在隧道内只能敷设成支导线形式，其形状完全只能敷设成支导线形式，其形状完全取决于隧道的形状取决于隧道的形状；地下高程控制测量一般采用水准测量形式，地下高程控制测量一般采用水准测量形式，也可以采用三角高程测量的形式。也可以采用三角高程测量的形式。 1 1、采取、采取支导线形式，随坑道的开挖而逐渐向前延伸；支导线形式，随坑

25、道的开挖而逐渐向前延伸； 2 2、导线点经常布设在坑道顶板，采用点下对中；、导线点经常布设在坑道顶板，采用点下对中； 3 3、采用分级布设的方法；施工导线（边长、采用分级布设的方法；施工导线（边长202050m50m）、基本导）、基本导线（边长较短线（边长较短5050100m100m）和主要导线（边长）和主要导线（边长150150800m800m）见图）见图施工导线点基本导线点主要导线点 1、地下导线尽量沿线路中线（和边线）布设，边长要接近、地下导线尽量沿线路中线（和边线）布设，边长要接近等边。等边。 2、在导线延伸时，应对以前的导线点作检查测量，在直线、在导线延伸时，应对以前的导线点作检查测

26、量，在直线段只检查角度，在曲线段全面检查。段只检查角度，在曲线段全面检查。 3、应尽可能减小仪器对中和目标对中误差；当边长小于、应尽可能减小仪器对中和目标对中误差；当边长小于15m时，测回间仪器和目标应重新对中。时，测回间仪器和目标应重新对中。 4、边长测量中，采用钢尺悬空丈量时，除加入尺长、温度改、边长测量中，采用钢尺悬空丈量时，除加入尺长、温度改正外，还应加入垂曲改正。当采用光电测距时应注意水雾、灰正外，还应加入垂曲改正。当采用光电测距时应注意水雾、灰尘的影响，有瓦斯时应采用防爆测距仪。另外对于重要的贯通尘的影响，有瓦斯时应采用防爆测距仪。另外对于重要的贯通测量，边长应进行归化改正。测量，

27、边长应进行归化改正。续续5、凡构成闭和图形的导线网（环），都应进行平、凡构成闭和图形的导线网（环），都应进行平差计算，以便求出导线点的新坐标。差计算，以便求出导线点的新坐标。6、对与螺旋形隧道，不能形成长边导线，每次向、对与螺旋形隧道，不能形成长边导线，每次向前延伸时都应从洞外复测。复测精度应一致，在证前延伸时都应从洞外复测。复测精度应一致，在证明导线点无明显位移时，取点位的均值。明导线点无明显位移时，取点位的均值。三、洞内高程控制测量三、洞内高程控制测量 洞内高程控制测量的目的，是由洞口高程控制点向洞内高程控制测量的目的，是由洞口高程控制点向洞内传递高程，即测定洞内各高程控制点的高程，洞内传

28、递高程，即测定洞内各高程控制点的高程，做为洞内施工高程放样的依据。做为洞内施工高程放样的依据。 洞内应每隔洞内应每隔200500m设立一对高程控制点。高程设立一对高程控制点。高程控制点可选在导线点上，也可根据情况埋设在隧道控制点可选在导线点上，也可根据情况埋设在隧道的顶板、底板或边墙上。的顶板、底板或边墙上。 当采用水准测量时，应进行往返观测；采用光电测当采用水准测量时，应进行往返观测；采用光电测距三角高程测量时，应进行对向观测距三角高程测量时，应进行对向观测; 三等及以上的高程控制测量应采用水准测量，四、三等及以上的高程控制测量应采用水准测量，四、五等可采用水准测量或光电测距三角高程测量五等

29、可采用水准测量或光电测距三角高程测量; 高程导线宜构成闭合环。高程导线宜构成闭合环。 洞内高程控制测量采用水准测量时，除采用常规洞内高程控制测量采用水准测量时，除采用常规的方法外，有时为避免施工干扰还采用倒尺法传的方法外，有时为避免施工干扰还采用倒尺法传递高程。递高程。 洞内倒尺法传递高程示意图a1b1a2b2a3b3a4b4P3P4BM1P1P2 应用倒尺法传递高程时，规定倒尺的读数为负值，应用倒尺法传递高程时，规定倒尺的读数为负值，则高差的计算与常规水准测量方法相同：则高差的计算与常规水准测量方法相同： hAB = a - b 计算计算检核：检核：726. 0ba726. 0hhh726.014BMPHH高高差差 测测点点 后后视视读读数数 前前视视读读数数 测测得得高高程程 BM 1 1.856 56.231 P1 1.789 1.566 0.290 56.521 P2 -2.385 -2.512 4.301 60.822 P3 -2.568 -2.743 0.358 61.180 P4 1.655 4.223 56.957 -1.308 -2.034 4.949 4.223