隧道施工测量讲义课件中线法 三角网法

第七章隧道施工测量§7-1隧道施工的特点及施工测量的任务和内容§7-2隧道贯通误差§7-3隧道洞外控制测量§7-4进洞关系计算和进洞测量§7-5隧道洞内控制测量§7-6隧道施工中线测设§7-1

隧道施工的特点及

施工测量的任务和内容为了保证工期，常利用增加开挖面的方法，将整个隧道分成若干段同时施工；一、隧道施工的特点开挖顺着中线不断地向洞内延伸，衬砌和洞内建筑物（避车洞、排水沟、电缆槽等）的施工紧跟其后，不等贯通，隧道内的大部分建筑物已经建成；增加开挖面的主要方法有：设置平行导坑或在隧道中部设置横洞、斜井或竖井。二、隧道施工测量的主要任务保证洞内各项建筑物以规定的精度按照设计位置修建，不得侵入建筑限界。保证相向开挖的工作面，按照规定的精度在预定位置贯通；两个开挖面相向开挖，在预定位置挖通称为贯通。贯通后，由两端分别引进的线路中线，应按设计规定的精度正确衔接。洞外总体控制作为指导隧道施工的测量工作，在隧道开挖前一般要建立具有必要精度的、独立的隧道洞外施工控制网，作为引测进洞的依据；对于较短的隧道，可不必单独建立洞外施工控制网，而以经隧道施工复测、调整后并确认的洞外线路中线控制桩为引测进洞的依据。三、隧道施工测量的特点2.洞内分级控制洞内控制点控制正式中线点（正式中线点是洞内衬砌和洞内建筑物施工放样的依据），正式中线点控制临时中线点；临时中线点控制掘进方向。洞内高程控制与平面相仿，临时水准点控制开挖面的高低，正式水准点控制洞内衬砌和洞内建筑物的高程位置。对于采用全断面开挖法开挖的隧道，其测量过程与先挖导坑后扩大成型开挖的隧道基本一样，不同的是对临时中线点、临时水准点的测设精度要求较高，或者是直接测设正式中线点、正式水准点。3.开挖方法影响测量方式先导坑后扩大成型法对隧道的位置还有一定的纠正余地，隧道施工测量可先粗后精；全断面开挖法一次成型，隧道施工测量必须一次到位。4.隧道施工的特殊环境对控制点布设提出特殊要求隧道贯通前，洞内平面控制测量只能采用支导线的形式，测量误差随着开挖的延伸而积累。洞外控制网和洞内施工控制测量应保证必要的精度。控制点应设置在不易被破坏的位置处。四、隧道施工工测量的主要要内容洞外平面控制制测量；洞外高程控制制测量；洞内平面控制制测量；洞内高程控制制测量；进洞测量；洞内中线测设设；贯通误差调整整；竣工测量。§7-2隧隧道贯通误误差一、贯通误差差及其对隧道道贯通的影响响相向开挖的两两条施工中线线上，具有贯贯通面里程的的中线点不重重合，两点连连线的空间线线段称为贯通通误差。实际的贯通误误差只有在贯贯通后才能确确定！贯通面1.贯通误误差的分类贯通误差在水水平面上的正正射投影称为为平面贯通误误差；在铅垂面上的的正射投影称称为高程贯通通误差，简称称高程误差。。贯通面平面贯通误差差在水平面内内可分解为两两个分量：与贯通面平行行的分量，称称为横向贯通通误差，简称称横向误差；；与贯通面垂直直的分量，称称为纵向贯通通误差，简称称纵向误差。。贯通面2.贯通通误差对隧道道贯通的影响响高程误差主要要影响线路坡坡度。纵向误差影响响隧道中线的的长度和线路路的设计坡度度。横向误差影响响线路方向，，如果超过一一定的范围，，就会引起隧隧道几何形状状的改变，甚甚至造成侵入入建筑限界而而迫使大段衬衬砌拆除重建建，既给工程程造成重大经经济损失又延延误了工期。。因此，必须须对横向误差差加以限制。。3.横向向误差和高程程误差的限差差两开挖洞口间长度（km）＜44~88~1010~1313~1717~20横向贯通误差（mm）100150200300400500高程贯通误差（mm）±504.影响贯贯通误差的主主要因素及其其分解由于洞外控制制测量、洞内内外联系测量量、洞内控制制测量和洞内内中线放样等等项误差的共共同影响。一般将洞外平平面控制测量量的误差做为为影响隧道横横向贯通误差差的一个独立立的因素，将将两相向开挖挖的洞内导线线测量的误差差各为一个独独立的因素，，按照等影响响原则确定相相应的横向贯贯通误差。高程控制测量量中，洞内、、洞外高程测测量的误差对对高程贯通误误差的影响，，按相等原则则分配。5.控制测测量对贯通精精度影响的限限值测量部位横向中误差（mm）高程中误差mm相邻两开挖洞口间长度（km）＜44~88~1010~1313~1717~20洞外30456090120150±18洞内406080120160200±17洞外、洞内总影响5075100150200250±25二、贯通误差差估算1.导线测测量误差对横横向贯通精度度的影响（mm）测角误差的影影响设RX为导线环在隧隧道两洞口连连线的一列边边上的各点至至贯通面的垂垂直距离（m），则导线的测角角中误差m（″）对横向贯通中中误差的影响响为：贯通误差估算算的方法因控控制网的形式式不同而异RX1RX2RX3RX4RX5RX6RX7RX812345678（mm）xy贯通面测距误差的影影响设导线环在邻邻近隧道两洞洞口连线的一一列测边上的的各边对贯通通面上的投影影长度为dy(m)，导线线边长测量的的相对中误差差为ml/l，则由于测距距误差对贯通通面上横向中中误差的影响响为：dy2dy412345678dy1贯通面dy5dy7受角度测量误误差和距离测测量误差的共共同影响，导导线测量误差差对贯通面上上横向贯通中中误差的影响响为：方法1.按按照严密公式式计算(公式式与方法见《《新建铁路测测量规范（条条文说明）》》)2.三角测量量误差对横向向贯通精度的的影响估算12345678方法2.按按导线估算（（偏于安全，，目前不提倡倡）3.高程控控制测量对高高程贯通误差差的影响估算算在贯通面上，，受洞外或洞洞内高程控制制测量误差影影响而产生的的高程中误差差为：式中，M为每千米水准准测量的偶然然中误差，以以mm计；L为洞外或洞内内两开挖洞口口间高程路线线长度的公里里数。算例［例7-1］］某铁路隧道道为直线隧道道，设计长度度为L=1136.29m，洞外平面面控制设计为为单导线，其其布设如图。。试确定测量量等级并判定定该设计方案案能否满足贯贯通的精度要要求。（1）图解解相关数据A、F为导线的始、、终点，亦为为隧道洞口控控制点。以洞外导线的的始点A做为坐标系原原点，以隧道道中线按里程程增加方向为为X轴正向，建立立测量坐标系系。在地形图图上，各导线线点A、B、C、、D、E、F在贯通面方向向上的垂足分分别为A′、B′，，C′、D′′、E′、F′，量算出各导导线点的垂距距RX及各导线边在在贯通面方向向上的投影长长度dy，其结果于表表7-3中中。［解］（2）确定隧隧道洞外平面面控制测量等等级本例隧道长度度小于2km，根据据表7-5洞洞外导线测测量适用长度度知，洞外导导线可布设为为五等，即导线测角中误误差为mβ=±4.0″″，边长相对中误误差为ml/l=1/20000。（3）估算洞洞外导线测量量误差对贯通通的影响洞外导线测量量误差对贯通通的影响列表表计算如下表7-3洞洞外导线测测量误差对横横向贯通影响响各导线点至贯通面的垂距RX各导线边在贯通面方向的投影长度dy点名RX（m）RX2（m2）导线边dy（m）dy2（m2）B400160000A~B14019600C15025500B~C401600D25062500C~D16025600E480230400D~E704900E~F13016900∑475400∑68600=±13.4（mm）=±13.1（mm）=±18.7（mm）洞外导线测量量中误差对隧隧道的影响预预计是18.7mm，其允许值是30mm，显然该洞外导导线测量设计计可行。注意：计算洞外导线线测角误差影影响值时，不不应计入始、、终点（即洞洞口控制桩））。但在引入入洞内导线时时，两洞口控控制桩上需测测角，故其测测角误差应计计入洞内的测测量误差。§7-3隧隧道洞外控控制测量直线隧道长度度大于1000m，曲线线隧道长度大大于500m，均应应根据横向贯贯通精度要求求进行隧道平平面控制测量量设计。两相邻开挖洞洞口（包括横横洞口、斜井井口）高程路路线长度大于于5000m，应根据高程贯贯通精度要求求进行隧道高高程控制测量量设计。一、洞外平面面控制测量对于直线隧道道，洞外平面面控制测量的的目的主要是是获取两端洞洞口较为精确确的点的平面面位置和引测测进洞的方向向；对于曲线隧道道，洞外平面面控制测量除除具有与直线线隧道相同的的目的外，还还在于间接求求算隧道所在在曲线的转向向角及两端洞洞口控制桩与与交点的相对对位置，进而而按设计选配配的圆曲线半半径和缓和曲曲线长重新确确定隧道中线线的位置。1.中线法法中线法一般只只能用于短于于1000m的直线隧隧道和短于500m的的曲线隧道的的洞外平面控控制。建立洞外平面面控制的常用用的方法有：：中线法、精精密导线法、、三角网和GPS网等。。先将洞内线路路中线点的平平面位置测设设于地面，经经检核确认该该段中线与两两端相邻线路路中线能够正正确衔接后，，方可以此作作为依据，进进行引测进洞洞和洞内中线线测设。2.精密导导线法导线最短边长长不应小于300m，相相邻边长的比比不应小于1：3，并尽尽量采用长边边，以减小测测角误差对导导线横向误差差的影响。用导线方式建建立隧道洞外外平面控制时时，导线点应应沿两端洞口口的连线布设设。导线点的位置置应根据隧道道的长度和辅辅助坑道的数数量及分布情情况，并结合合地形条件和和仪器测程选选择。导线的水平角角一般采用方方向观测法。。当水平角只只有两个方向向时，可按奇奇数和偶数测测回分别观测测导线的左角角和右角，这这样可以检查查出测角仪器器的带动误差差，数据处理理时可以较大大程度地消除除此项误差的的影响。导线的内业计计算一般采用用严密平差法法，对于四、、五等导线也也可采用近似似平差计算隧道洞外导线线应组成闭合合环，一个控控制网中导线线环的个数应应不少于4个；每个环的的边数约为4~6条，应尽可能能将两端洞口口控制点纳入入到导线网中中。3.三角网法法三角测量建立立隧道洞外平平面控制时，，一般是布设设成单三角锁锁的形式。对于直线隧道道，一排三角角点应尽量沿沿线路中线布布设。条件许许可时，可将将线路中线做做为三角锁的的一条基本边边，布设为直直伸三角锁。。以减小边长长误差对横向向贯通的影响响。对于曲线隧道道，应尽量沿沿着两洞口的的连线方向布布设，以减弱弱边长误差对对横向贯通的的影响。二、洞外高程程控制测量洞外高程控制制测量的任务务，是按照测测量设计中规规定的精度要要求，以洞口口附近一个线线路定测点的的高程为起算算高程，测量量并传算到隧隧道另一端洞洞口与另一个个定测高程点点闭合。闭合的高程差差应设断高，，或推算到路路基段调整。。这样，既使使整座隧道具具有统一的高高程系统，又又使之与相邻邻线路正确衔衔接，从而保保证隧道按规规定精度在高高程方面正确确贯通，保证证各项建筑物物在高程方面面按规定限界界修建。洞外高程测量量的等级划分分隧道高程控制制测量一般采采用水淮测量量，对于四、、五等高程控控制测量也可可采用光电测测距三角高程程测量。高程控制测量量误差对高程程贯通精度的的影响受洞外或洞内内高程控制测测量的误差影影响，贯通面面上所产生的的高程中误差差按下式估算算：式中：mΔ为每千米水准准测量高差中中数的偶然中中误差，以mm计；L为洞外或洞内两开开挖洞口间水准路路线长度，以km计。每千米水准测量高高差中数的偶然中中误差计算[例7—2]某某铁路直线隧道，，设计长度为5246m，分别由由两端洞口相向开开挖。两端洞口分分别埋设四个水准准点：BM23、、BM23－1和和BM24、BM24－1，其中中BM23和BM24为定测线线路水准点。洞外外高程控制测量设设计为四等水准测测量，布设六个临临时水准点。各测测段水准路线长度度、往返测高差观观测值及高程计算算列于表中，试计计算每千米水准测测量高差中数的偶偶然中误差mΔ，并估算mΔh。表7—11往返返测高差观测值及及高程计算每千米水准测量高高差中数的偶然中中误差计算高程贯通中误差为为：可见，该项洞外高高程控制测量对贯贯通面上所产生的的高程贯通中误差差的影响满足精度度要求。§7-4进洞洞关系计算和进洞洞测量控制测量确认了隧隧道两端线路中线线控制桩与洞外平平面控制点的相对对位置关系。根据洞外控制测量量成果，计算由洞洞外控制点引测进进洞测设数据，据据此指导隧道的进进洞及洞内开挖，，称为进洞关系计计算。进洞关系计算和进进洞测量的主要任任务1.确定隧道中线线与平面控制网之之间的关系；2.在洞内控制建建立之前，指导中中线进洞和洞内开开挖。隧道进洞测设的主主要方法——极坐坐标法将隧道的中线控制制桩纳入洞外平面面控制网，控制测测量完成后，即可可求得它们的精确确坐标。根据这些些点的坐标和洞口口（或洞内）中线线点的坐标，反算算出极坐标法的放放样数据，进而现现场测设。ABCD§7-5隧道道洞内控制测量洞内控制测量起始始于两端洞口处的的洞外控制点，随随着隧道的开挖而而向前延伸。因此，只能敷设成成支线形式，其形形状完全取决于隧隧道的形状；只能用重复观测的的方法进行检核。。一、洞内平面控制制测量洞内平面控制通常常有两种形式，即即中线形式和导线线形式。中线形式就是以定定测精度或稍高于于定测精度，在洞洞内按中线测量的的方法测设隧道中中线。这种方法只只适用于短隧道。。洞内导线主要有以以下几种形式：1.单导线2.导线环3.主副导线环4.交叉导线5.旁点导线洞内导线应注意的的问题导线点应尽量布设设在施工干扰小、、通视良好、地层层稳固的地方；点间视线应离开洞洞内设施0.2m以上；导线的边长在直线线地段不宜短于200m，在曲线地段