市政隧道工程控制測量方法及數(shù)據處理

1、市政隧道工程控制測量方法及數(shù)據處理主要內容第一節(jié) 概 述第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差第三節(jié) 洞外控制測量第四節(jié) 控制測量數(shù)據處理第五節(jié) 洞內控制測量第一節(jié) 概 述 隧道是線路的重要組成部分，尤其是長大隧道是整個線路建設的控制工程。 隧道施工前，要首先進行地面控制測量，提供隧道各開挖洞口控制樁的坐標、定向方向的方位角及水準點高程，以便引測進洞。 隧道施工中，為了加快工程進度，一般由隧道兩端洞口進行相向開挖。長大隧道施工時，通常還要在兩洞口間設置斜井、橫洞、豎井等，以增加掘進工作面,保證隧道按設計正確貫通，并為隧道開挖指示方向和空間位置，必須進行進洞測量、洞內控制測量和施工測量。隧道測量示意圖第一節(jié)

2、 概 述 與地面測量工作不同的是，隧道施工的掘進方向在貫通之前無法通視，隧道測量的主要任務，是保證隧道相向開挖的工作面按照規(guī)定的精度在預定位置貫通，并使各項建筑物以規(guī)定的精度按照設計位置和尺寸修建。第一節(jié) 概 述隧道測量的主要任務： 1洞外控制測量：在洞外建立平面和高程控制網，測定各洞口控制點的位置； 2進洞測量：將洞外的坐標、方向和高程傳遞到隧道內，建立洞內、洞外統(tǒng)一坐標系統(tǒng)； 3洞內控制測量：包括隧道內的平面和高程控制； 4隧道施工測量：根據隧道設計要求進行施工放樣、指導開挖； 5竣工測量：測定隧道竣工后的實際中線位置和斷面凈空及各建、構筑物的位置尺寸。第一節(jié) 概 述 洞口投點：線路定測時

3、，標定在地面上確定隧道兩端洞口位置的控制樁。 直線隧道的洞口投點是利用線路上的直轉點標定出來的 曲線隧道的洞口投點是利用每條切線上的兩個點標定出來 由于定測時的精度較低，滿足不了貫通精度的要求，所以在施工前需進行洞外控制測量，與線路中線精密地聯(lián)系起來，根據精密測定的數(shù)據，反算精密的轉向角、方位角和距離，給出隧道各洞口投點的坐標。測定洞口水準點的高程，以便引進洞內，從而保證隧道準確貫通，這就是洞外控制測量的目的。第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差一、隧道貫通誤差及其限差 1、貫通 在隧道施工中兩個相向開挖的施工中線在設計的位置（里程）按放樣將隧道挖通，稱為貫通，該設計的位置稱為貫通點，貫通點所在的橫斷面

4、稱為貫通面。 2、貫通誤差 第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差 在隧道施工中，由于地面控制測量、聯(lián)系測量、地下控制測量以及細部放樣產生的誤差，使得兩個相向開挖的工作面的貫通點，不能理想的銜接而使成為兩個點，這兩個點之間的空間線段長稱為貫通誤差。第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差貫通誤差在線路中線方向的投影長度稱為縱向貫通誤差。貫通誤差在垂直于線路中線方向的投影長度稱為橫向貫通誤差在豎直方向的投影長度稱為高程貫通誤差。 橫向貫通誤差不超過規(guī)定的限值，是隧道測量的關鍵。過大時隧道會侵入建筑界限，迫使炸毀大段襯砌！第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差 3、隧道貫通誤差的限差各項貫通誤差的限度（用表式）一般取為中誤差的兩倍。對

5、于縱向誤差，通常都是按定測中線的要求， 即L=2mL1/2000*L 對于橫向誤差和高程誤差，按鐵路測量技術規(guī)則根據開挖洞口間的長度確定，如表7-1所示，按公路勘測規(guī)范對貫通誤差的規(guī)定如表7-2所示。第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差表7-1兩相向開挖洞口間長（km）448810101313171720橫向貫通誤差（mm）100150200300400500高程貫通誤差（mm）50表7-2兩相向開挖洞口間長度（km）3366橫向貫通誤差（mm）150200*高程貫通誤差（mm）70第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差二、隧道貫通誤差的來源及分配 隧道貫通誤差主要來源于洞內、外控制測量和豎井（斜井）聯(lián)系測量的誤差

6、。 對洞外控制測量而言，洞外的條件要較洞內好，故對洞外控制測量的精度可要求高一些 ，按照新建鐵路工程測量規(guī)范的規(guī)定，洞外、洞內控制測量誤差對每個貫通面上產生的誤差不應超過表73的規(guī)定。第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差表7-3測 量 部 位橫向中誤差（mm）高 程兩開挖洞口間長度（km）中誤差448810101313171720（mm）洞外3045609012015018洞內40608012016020017洞外、洞內總和507510015020025025第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差按照新建鐵路工程測量規(guī)范的規(guī)定 將洞外控制測量的誤差作為影響隧道貫通誤差的一個獨立因素，而將兩相向開挖的洞內導線測量各作

7、為一個獨立因素（有豎井或斜井各作為一個獨立因素），將各獨立因素按等精度影響，來求各獨立因素的影響。 設隧道總的橫向貫通誤差為總，則總的橫向貫通中誤差的限差為M總=總/2.因此，當沒有豎井或斜井時，獨立因素是三個。 由M總2= M外2+ M內2+ M內2得第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差洞外控制測量的誤差所引起的橫向貫通中誤差的影響值為： M外=0.58M總 洞內控制測量的誤差所引起的橫向貫通中誤差的影響值為： M內=0.82M總 當洞內開挖面愈多，則對洞外控制測量的精度要求就愈高，以彌補洞內控制測量因開挖面的增多而降低的精度。第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差對于高程控制測量，將洞外與洞內按等影響分配。 設

8、隧道總的高程貫通允許中誤差為Mh，則洞外高程貫通中誤差的允許值為 mh=Mh/2=0.71Mh 對鐵路隧道，高程貫通誤差的限差為50mm，則高程貫通允許中誤差Mh=25mm。按上式計算的mh=18mm。第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差 四等水準測量每公里高差中數(shù)偶然中誤差為5mm，三等水準為3mm。因此，若按四等水準測量觀測，則洞外高程貫通允許中誤差不超過18mm的限度最大長度為13km，而若按三等水準得L=35km。 對公路隧道，由于高程貫通誤差限差放大，用三、四等水準測量相應路線允許最大長度也增大。 可見，一般隧道采用三、四等水準測量，其精度已可滿足高程貫通的精度要求，所以可用紅外三角高程施測。

9、但應注意的是，平面控制點間邊長有些較長，而采用紅外三角高程一般應把邊長控制在500m內，故對于長邊，應增設轉點，專為傳遞高程之用。第二節(jié) 隧道貫通誤差及限差三、貫通精度預計的意義 為了加快隧道的施工進度，增加了開挖面，這就必需嚴格保證其施工質量，特別是各開挖面的貫通質量。由于隧道施工是在洞內、外控制測量的基礎上進行的，因此必須根據控制測量的設計精度或實測精度，在隧道施工前或施工中對其未來的貫通質量進行預計，以確保準確貫通，避免重大事故的發(fā)生，對于長大隧道尤其如此。四、洞外平面控制測量對橫向貫通誤差影響值的估算思路：視洞內及洞內外聯(lián)系測量的所有觀測值都看作為無誤差的觀測值，只考慮洞外控制測量的誤

10、差，然后從兩邊相向推算出貫通點的坐標，其坐標差即為 x 和 y 軸方向的貫通誤差。 目的：找出洞外控制測量的誤差與貫通誤差的關系，即“影響值”。理解：其應用在于（1）判斷依據選定的控制等級（允許的測角中誤差和允許的測距相對中誤差）求出的影響值是否超限（2）根據實際的測量精度計算洞外控制測量帶給貫通的“實際誤差”。oxy0n(A)(B)s11s22siisnn12i-1in-1進口出口隧道中線12i-1in-1AAB貫通面方向E1、導線測量貫通誤差計算 受洞外、洞內平面控制測量影響所產生在貫通面上的橫向中誤差，按下列公式計算： 式中 由于測角誤差影響，產生在貫通面上的橫向中誤差（mm），即 由于

11、測邊誤差影響，產生在貫通面上的橫向中誤差（mm），即 其中 由導線環(huán)的閉合差求算的測角中誤差（） Rx導線環(huán)在隧道相鄰兩洞口連線的一條導線上各點至貫通面的垂直距離（m）。 導線邊邊長相對中誤差 Dx導線環(huán)在隧道相鄰兩洞口連線的一條導線上各邊在貫通面上的投影長度（m）。第三節(jié) 洞外控制測量一、洞外控制網布設的方法及工作步驟1、收集資料 在布設洞外控制網前，首先要從設計文件中了解隧道的形狀，各洞口的設計位置，各洞口的間隔距離，各貫通面的設計位置。然后搜集測區(qū)的地形圖（1：50001：2000），隧道地段的線路平面圖，其次還應搜集勘測單位過去所完成的測量資料，隧道地區(qū)的氣象、水文、地質以及交通運輸?shù)?/p>

12、方面的資料。第三節(jié) 洞外控制測量2、現(xiàn)場踏勘與交樁 在研究了這些資料后，在進行實地踏勘。進一步判明這些資料的正確性，并詳細了解隧道兩側的地形，兩端洞口線路的走向，里程樁點特別是主點的設置等。踏勘的過程也是勘測設計單位向施工單位現(xiàn)場交樁的過程。3、選點布網 在了解了測區(qū)各有關資料，現(xiàn)場實際情況后，即可進行測量設計，研究洞外控制網的布網方案。平面控制網的設計，可以結合隧道的長度以及線路通過地區(qū)的地形情況，分別布設成三角網、邊角網、導線網、GPS網等。高程控制網一般均采用水準測量，也可采用光電測距三角高程來代替三、四等水準測量。第三節(jié) 洞外控制測量4、控制網等級的確定二、洞外平面控制測量 洞外平面控

13、制測量應結合隧道長度、平面形狀、線路通過地區(qū)的地形和環(huán)境等條件進行，可采用的方法有：中線法、精密導線法、三角鎖網法、GPS測量。1中線法（平面控制簡單、直觀，精度不高） 適用于長度較短或貫通精度要求不高的隧道。 方法：就是將隧道中線的平面位置，測設在地表上，經反復核對改正誤差后，把洞口控制點確定下來，施工時就以這些控制點為準，將中線引入洞內。在直線隧道，于地表沿勘測設計階段標定的隧道中線，用經緯儀正倒鏡延伸直線法測設中線；在曲線隧道，則按鐵路曲線測設方法，首先精確標出兩端切線方向，然后測出轉向角，將切線長度正確地標定在地表上，再把線路中線測設到地面上。經反復校核，與兩端線路正確銜接后，再以切線

14、上的控制點（或曲線主點及轉點等）為準，將中線引入洞內。2精密導線法 在隧道進、出口之間，沿勘測設計階段所標定的中線或離開中線一定距離布設導線，采用精密測量的方法測定各導線點和隧道兩端控制點的點位。 在進行導線點的布設時，導線點應根據隧道長度和輔助坑道的數(shù)量及位置分布情況布設。導線宜采用長邊，且盡量以直伸形式布設，這樣可以減少轉折角的個數(shù)，以減弱邊長誤差和測角誤差對隧道橫向貫通誤差的影響。為了增加檢核條件和提高測角精度評定的可行性，導線應組成多邊形導線閉合環(huán)或具有多個閉合環(huán)的閉合導線網，測規(guī)規(guī)定，在一個控制網中，導線環(huán)的個數(shù)不宜少于4個；每個環(huán)的邊數(shù)宜為46條。 導線可以是獨立的，也可以與國家高

15、等級控制點相連。 導線水平角的觀測，宜采用方向觀測法，測回數(shù)應符合下表的規(guī)定。三角鎖、導線測量等級測角中誤差（）儀器型號測回數(shù)二1.0DJ169DJ2912三1.8DJ14DJ26四2.5DJ12DJ24五4.0DJ22表 測角精度、儀器型號和測回數(shù) 當水平角為兩方向時，則以總測回數(shù)的奇數(shù)測回和偶數(shù)測回分別觀測導線的左角和右角。左、右角分別取中數(shù)后應按下式計算圓周角閉合差，其值應符合下表的規(guī)定。再將它們統(tǒng)一換算為左角或右角后取平均值作為最后結果，這樣可以提高測角精度。 左角中右角中360導線等級二三四五2.03.65.08.0表 測站圓周角閉合差的限差 （）導線環(huán)角度閉合差，應不大于按下式計算

16、的限差： 式中 m設計所需的測角中誤差（）； n導線環(huán)內角的個數(shù)。 導線的實際測角中誤差應按下式計算，并應符合控制測量設計等級的精度要求。 式中 f每一導線環(huán)的角度閉合差（）； n 每一導線環(huán)內角的個數(shù)； N導線環(huán)的總個數(shù)。導線環(huán)（網）的平差計算: 一般采用條件平差或間接平差。當導線精度要求不高時，亦可采用近似平差。 用導線法進行平面控制靈活、方便，對地形的適應性強。我國長達14.3 km的大瑤山隧道和8km多的軍都山隧道，采用光電測距儀導線網作控制測量，均取得很好的效果。導線網特點：布網自由、靈活，適應性好；工作量小，1/3 的三角測量；內業(yè)相對簡單。大瑤山隧道（14.295km）大秦線軍都

17、山隧道（8.46km）朔石線雁門關隧道（10.764km）候月線云臺山隧道（8.147km）橫南線分水關隧道（7.228km）南昆線米花嶺隧道（8.654km）湘黔復線新雪峰山隧道（3.693km）深圳梧桐山公路隧道北京地鐵復興門折返線工程等等。工程應用實例： 上世紀80年代以來，因全站儀的普及，導線網已成為隧道控制的主要方案。如：（1）定測中線是采用光電測距儀測設的，且施工不設輔助導坑時，可采用單導線；（2）一般地，2KM以下的短隧道均可采用單閉合導線；（3）當兩端洞口控制點與國家三角點方便聯(lián)測時，可采用單附合導線；（4）除復雜的長大曲線隧道要采用GPS網、邊角網或混合網外（不多見），幾乎所

18、有的中長隧道均可采用狹長的多環(huán)導線圖7-3（1）布置簡況：導線網包含四個閉合環(huán)：TC14-TC1-TC2-TC13-TC14；TC2-TC3-TC4-TC11- TC12-TC13-TC2；TC4-TC5-TC6-TC9-TC10-TC11-TC4；TC6-TC7-TC8-TC9-TC6兩洞口點進1（TC2）和出1 （TC8）納入主網，進2 和出2為插點，進出洞口處各有三個控制點。 主網平均邊長617.9m，最短邊長315m，最長邊1173m。洞口點至后視點（定向點）的最短邊長（進2-TC1的邊長）為301.6m，導線邊最大傾角24，平均傾角815。 由TCl610全站儀施測，測距標稱精度為2

19、mm+2ppm，測角精度1.5。主網水平角觀測12個測回，附網觀測9個測回（亦應觀測12個測回為好），豎直角觀測3個測回，邊長觀測3個測回。估算的橫向貫通誤差為11.7mm，實際為5.9mm，限差為55mm， 隧道貫通面隧道為雙洞直線型，全長3.02km和3.01km，三維導線網作平面控制。3、三角鎖網法 將測角三角鎖布置在隧道進出口之間，以一條高精度的基線作為起始邊，并在三角鎖的另一端增設一條基線，以增加檢核和平差的條件。三角測量的方向控制較中線法、導線法都高，如果僅從提高橫向貫通精度的觀點考慮，它是最理想的隧道平面控制方法。圖直線隧道曲線隧道 由于光電測距儀和全站儀的普遍應用，三角測量除采

20、用測角三角鎖外，還可采用邊角網和三邊網作為隧道洞外控制。但從其精度、工作量等方面綜合考慮，以測角單三角形鎖最為常用。經過近似或嚴密平差計算可求得各三角點和隧道軸線上控制點的坐標，然后以這些控制點為依據，可計算各開挖口的進洞方向。 4GPS測量 隧道洞外控制測量可利用GPS相對定位技術，采用靜態(tài)測量方式進行。測量時僅需在各開挖洞口附近測定幾個控制點的坐標，工作量小，精度高，而且可以全天候觀測，因此是大中型隧道洞外控制測量的首選方案。三、洞外高程控制測量 洞外高程控制測量，是按照設計精度施測各開挖洞口附近水準點之間的高差，以便將整個隧道的統(tǒng)一高程系統(tǒng)引入洞內，以保證在高程方向按規(guī)定精度正確貫通，并

21、使隧道各附屬工程按要求的高程精度正確修建。 高程控制方法： 1）常采用水準測量方法，2）亦可采用光電測距三角高程的方法進行。 高程控制路線： 應選擇連接各洞口最平坦和最短的線路，以期達到設站少、觀測快、精度高的要求。每一個洞口應埋設不少于2個水準點，以相互檢核；兩水準點的位置，以能安置一次儀器即可聯(lián)測為宜，方便引測并避開施工的干擾。測量部位測量等級每公里水準測量的偶然中誤差M(mm)兩開挖洞口間水準路線長度（km）水準儀等級測距儀精度等級水準標尺類型洞外二1.036DS0.5、DS1線條式銦瓦水準尺三3.01336DS1線條式銦瓦水準尺DS3區(qū)格式水準尺四5.0513DS3、區(qū)格式水準尺五7.

22、55DS3、區(qū)格式水準尺洞內二1.032S1線條式銦瓦水準尺三3.01132S3區(qū)格式水準尺四5.0511DS3、區(qū)格式水準尺五7.55DS3、區(qū)格式水準尺表 各等級水準測量的路線長度及儀器等級的規(guī)定 第四節(jié) 控制測量數(shù)據處理觀測數(shù)據處理根據閉合差和往返值評定觀測值的精度。投影面的選擇及邊長歸算 在鐵路隧道測量中，一般以線路平均縱斷面高程作為控制網平差計算的投影面（參考橢球面）。由于隧道長度較小，參考橢球面投影到高斯投影面所產生的長度變形和方向改正可忽略不計。第五節(jié) 洞內控制測量一、洞內導線等級的確定測量部位測量方法測量等級測角精度適用長度邊長相對中誤差洞內導線測量二1.0直線7201/100

23、00曲線3.520三1.8直線3.57曲線2.53.5四2.5直線2.53.5曲線1.52.5五4.0直線2.5曲線1.5第五節(jié) 洞內控制測量二、洞內測距儀導線的布設形式 洞內導線應具有以下特點： 、只能敷設成支導線的形式，并隨隧道的開挖而向前延伸。 、導線的形狀（直伸和曲折）完全取決于隧道的形狀，沒有選擇的余地。 、為了保證在貫通面處橫向貫通誤差不超過限差，應減少導線轉折角數(shù)，即導線邊應越長越好，同時為了利用導線點進行放樣，邊長又不能太長。第五節(jié) 洞內控制測量洞內導線布設形式： 、施工導線。在開挖面向前推進時，用以進行放樣指導開挖的導線測量。 、主要導線。主要為保證正確貫通而設，邊長越長越好

24、，在直線段導線邊最短不應短于200m，在曲線段不宜短于70m。洞內主要導線布設形式 、單導線 、導線環(huán) 、主副導線環(huán) （1）單導線 導線布設靈活，但缺乏檢測條件。測量轉折角時最好半數(shù)測回測左角，半數(shù)測回測右角，以加強檢核。施工中應定期檢查各導線點的穩(wěn)定情況。（2）導線環(huán) 是長大隧道洞內控制測量的首選形式，有較好的檢核條件，而且每增設一對新點，如5和5點，可按兩點坐標反算55的距離，然后與實地丈量的55距離比較，這樣每前進一步均有檢核。（3）主、副導線環(huán) 圖中雙線為主導線，單線為副導線。主導線既測角又測邊長，副導線只測角不測邊，增加角度的檢核條件。在形成第二閉合環(huán)時，可按虛線形式，以便主導線在3

25、點處能以平差角傳算34邊的方位角。主副導線環(huán)可對測量角度進行平差，提高測角精度，對提高導線端點的橫向點位精度非常有利。此外，還有交叉導線、旁點閉合環(huán)等布線方式。當有平行導坑時，還可利用橫通道形成正洞和導坑聯(lián)系起來的導線閉合環(huán)，重新進行平差計算，可進一步提高導線的精度。 在洞內進行平面控制時應注意： （1）每次建立新點，都必須檢測前一個舊點的穩(wěn)定性，確認舊點沒有發(fā)生位移，才能用來發(fā)展新點。 （2）導線點應布設在避免施工干擾、穩(wěn)固可靠的地段，盡量形成閉合環(huán)。導線邊以接近等長為宜，一般直線地段不短于200 m，曲線地段不宜短于70 m。 （3）測角時，必須經過通風排煙，使空氣澄清以后，能見度恢復時進行。根據測量的精度要求確定使用儀器的類型和測回數(shù) 。 （4）洞內邊長丈量，用鋼尺丈量時，鋼尺需經過檢定；當使用光電測距儀