項(xiàng)目11-地下工程測(cè)量-《測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)課件

測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)項(xiàng)目11地下工程測(cè)量11.111.211.311.4建筑場(chǎng)地的施工控制測(cè)量民用建筑的施工測(cè)量工業(yè)廠房的施工測(cè)量竣工測(cè)量與總平面圖的編繪當(dāng)采用兩個(gè)或多個(gè)相向或同向掘進(jìn)的工作面掘進(jìn)同一井巷時(shí)，為了使其按照設(shè)計(jì)要求在預(yù)定地點(diǎn)正確接通而進(jìn)行的測(cè)量工作，稱為貫通測(cè)量。在施工過(guò)程中，貫通一般會(huì)出現(xiàn)相向貫通、同向貫通和單向貫通三種情況。貫通的三種情況11.1貫通誤差預(yù)計(jì)在井巷貫通的過(guò)程中，測(cè)量人員的任務(wù)就是保證各掘進(jìn)工作面均沿著設(shè)計(jì)位置與方向掘進(jìn)，使貫通后結(jié)合處的偏差不超過(guò)規(guī)定限度，對(duì)隧道的運(yùn)行不造成影響。為此，在工作中應(yīng)當(dāng)遵循下列原則。（1）在確定測(cè)量方案和測(cè)量方法時(shí)，應(yīng)保證貫通所必需的精度，既不因精度過(guò)低而使井巷不能正確貫通，也不因盲目追求過(guò)高精度而增加測(cè)量的工作量和成本。（2）對(duì)所完成的每一步、每一項(xiàng)測(cè)量工作都應(yīng)當(dāng)有客觀獨(dú)立的檢查校核，尤其要杜絕粗差。貫通測(cè)量的基本內(nèi)容是測(cè)出待貫通巷道兩端導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。11.1貫通誤差預(yù)計(jì)貫通點(diǎn)在水平面和高程上的誤差預(yù)計(jì)11.1.2在隧道貫通前約50m時(shí)要增加施工測(cè)量的次數(shù)，并進(jìn)行控制導(dǎo)線的全線復(fù)測(cè)，直至隧道貫通。貫通后，應(yīng)進(jìn)行橫向貫通誤差、縱向貫通誤差及高程貫通誤差的測(cè)量。巷道貫通接合處的偏差值可能發(fā)生在以下三個(gè)方向上。（1）水平面內(nèi)沿巷道中線方向上的長(zhǎng)度偏差。這種偏差只對(duì)貫通在距離上有影響，而對(duì)巷道質(zhì)量沒(méi)有影響。11.1貫通誤差預(yù)計(jì)（2）水平面內(nèi)垂直于巷道中線的左、右偏差Δx′。11.1貫通誤差預(yù)計(jì)(3)豎直面內(nèi)垂直于巷道腰線的上、下偏差Δh。因?yàn)棣′和Δh對(duì)于巷道質(zhì)量有直接影響，所以又稱為貫通重要方向的偏差。11.1貫通誤差預(yù)計(jì)對(duì)于立井貫通來(lái)說(shuō)，影響貫通質(zhì)量的是平面位置偏差，即在水平面內(nèi)上、下兩段待貫通的井筒中心線之間的偏差。立井貫通偏差11.1貫通誤差預(yù)計(jì)洞外控制測(cè)量是隧道工程所有測(cè)量的基礎(chǔ)和依據(jù)，是隧道工程全線線路與結(jié)構(gòu)貫通的保障。隧道的設(shè)計(jì)位置，一般在定測(cè)時(shí)已初步標(biāo)定在地表面上。但由于定測(cè)時(shí)測(cè)定的轉(zhuǎn)向角、曲線要素的精度及直線控制樁方向的精度較低，滿足不了隧道貫通精度的要求，因此在施工前要進(jìn)行洞外控制測(cè)量。進(jìn)行洞外控制測(cè)量的目的是在各開(kāi)挖洞口之間建立一個(gè)精密的控制網(wǎng)，為確定中線掘進(jìn)方向和高程放樣提供依據(jù)，精確確定各開(kāi)挖洞口的掘進(jìn)方向和開(kāi)挖高程，使之正確相向開(kāi)挖，保證準(zhǔn)確貫通。11.2洞外控制測(cè)量洞外平面控制測(cè)量11.2.1隧道洞外平面控制網(wǎng)宜布設(shè)成自由網(wǎng)，并根據(jù)線路測(cè)量的控制點(diǎn)進(jìn)行定位和定向，可采用GPS網(wǎng)、三角形網(wǎng)或?qū)Ь€網(wǎng)等形式，并沿隧道兩洞口的連線方向布設(shè)。隧道的各個(gè)洞口（包括輔助坑道口）均應(yīng)布設(shè)兩個(gè)以上且相互通視的控制點(diǎn)。11.2洞外控制測(cè)量11.2洞外控制測(cè)量全球系統(tǒng)定位法1.11.2洞外控制測(cè)量對(duì)于隧道較長(zhǎng)、地形復(fù)雜的山嶺地區(qū)或城市的地下鐵道建筑，地面平面控制網(wǎng)一般布置成三角網(wǎng)形式，如圖所示。測(cè)定三角網(wǎng)的全部角度和若干條邊長(zhǎng)（或全部邊長(zhǎng)），使之成為邊角網(wǎng)。三角網(wǎng)的點(diǎn)位精度比導(dǎo)線網(wǎng)高，有利于控制隧道貫通的橫向誤差。三角網(wǎng)法2.三角網(wǎng)法地面控制11.2洞外控制測(cè)量在兩隧道口之間布設(shè)一條導(dǎo)線或大致平行的兩條導(dǎo)線，導(dǎo)線的轉(zhuǎn)折角用DJ2級(jí)經(jīng)緯儀觀測(cè)，距離用光電測(cè)距儀測(cè)定，相對(duì)誤差不大于1∶10000。經(jīng)洞口兩點(diǎn)坐標(biāo)的反算，可求得兩點(diǎn)連線方向（對(duì)于直線隧道，即為中線方向）的距離和方向角，據(jù)此可以計(jì)算從洞口開(kāi)始的掘進(jìn)方向。導(dǎo)線測(cè)量法3.11.2洞外控制測(cè)量洞外高程控制測(cè)量11.2.2高程控制測(cè)量在隧道施工中與平面控制測(cè)量具有同等重要的作用，是隧道工程全線貫通的保障；同時(shí)為工程設(shè)計(jì)提供大比例尺的地形圖服務(wù)，為施工放樣服務(wù)，還為建設(shè)期間變形監(jiān)測(cè)及運(yùn)營(yíng)后的結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)服務(wù)。因此，高程控制測(cè)量也是隧道工程建設(shè)中一項(xiàng)很重要的先行基礎(chǔ)工作。11.2洞外控制測(cè)量隧道洞內(nèi)、外的高程控制測(cè)量宜采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，應(yīng)滿足表11-2的要求。11.2洞外控制測(cè)量測(cè)區(qū)的高程系統(tǒng)宜采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。當(dāng)在已有高程控制網(wǎng)的地區(qū)測(cè)量時(shí)，可沿用原有的高程系統(tǒng)；當(dāng)小測(cè)區(qū)聯(lián)測(cè)有困難時(shí)，可采用假定高程系統(tǒng)。高程控制點(diǎn)間的距離，一般地區(qū)應(yīng)為1～3km，特殊情況下也可小于1km，但一個(gè)測(cè)區(qū)及周?chē)辽賾?yīng)有三個(gè)高程控制點(diǎn)。隧道兩端的洞口水準(zhǔn)點(diǎn)、相關(guān)洞口水準(zhǔn)點(diǎn)（含豎井和平洞口）和必要的洞外水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)組成閉合或往返水準(zhǔn)路線。11.2洞外控制測(cè)量洞內(nèi)平面控制測(cè)量11.3.1由于隧道洞內(nèi)場(chǎng)地狹窄，故洞內(nèi)平面控制常采用導(dǎo)線的形式。地下導(dǎo)線測(cè)量施工的等級(jí)不同，規(guī)定的導(dǎo)線精度也不同。若按Ⅰ級(jí)導(dǎo)線精度要求施測(cè)，測(cè)角中誤差應(yīng)為±5″，導(dǎo)線全長(zhǎng)閉合差應(yīng)不大于1/15000。當(dāng)開(kāi)挖至隧道全長(zhǎng)的1/3和2/3處、貫通前50～100m處時(shí)，應(yīng)分別對(duì)地下導(dǎo)線進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)成果正確或采用新成果，以保證貫通精度。11.3洞內(nèi)控制測(cè)量在隧道未貫通前，地下導(dǎo)線為一條支導(dǎo)線，建立時(shí)要形成檢核條件，以保證導(dǎo)線的精度。地下施工控制導(dǎo)線是隧道掘進(jìn)的依據(jù)，每次延伸施工控制導(dǎo)線前，需對(duì)已有施工控制導(dǎo)線的前三個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。地下導(dǎo)線點(diǎn)宜布設(shè)成導(dǎo)線鎖的形式，形成較多的檢核條件，以提高導(dǎo)線點(diǎn)的精度。導(dǎo)線點(diǎn)如有變動(dòng)，則應(yīng)選擇另外穩(wěn)定的施工控制導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行施工導(dǎo)線延伸測(cè)量。施工控制導(dǎo)線在隧道貫通前應(yīng)測(cè)量三次，并且應(yīng)與豎井定向測(cè)量同步進(jìn)行。當(dāng)重復(fù)測(cè)量的坐標(biāo)值與原測(cè)量的坐標(biāo)值的較差小于±10mm時(shí)，應(yīng)采用逐次的加權(quán)平均值作為施工控制導(dǎo)線延伸測(cè)量的起算值。11.3洞內(nèi)控制測(cè)量折線段隧道施工控制導(dǎo)線點(diǎn)宜埋設(shè)在折點(diǎn)上，一般邊長(zhǎng)不應(yīng)小于60m。導(dǎo)線測(cè)量采用全站儀施測(cè)，左、右角各測(cè)兩測(cè)回，左、右角平均值之和與360°的較差應(yīng)小于6″；邊長(zhǎng)往返觀測(cè)各兩測(cè)回，往返觀測(cè)平均值的較差應(yīng)小于7mm。11.3洞內(nèi)控制測(cè)量除上述控制測(cè)量外，隧道平面控制測(cè)量還可通過(guò)設(shè)在地面上的測(cè)量孔（擬設(shè)在貫通區(qū)間全長(zhǎng)的1/3和2/3處、貫通前50～100m處）投點(diǎn)復(fù)核，測(cè)量孔采用鉆機(jī)成孔。當(dāng)隧道開(kāi)挖至測(cè)量孔位置時(shí)，可利用通過(guò)測(cè)量孔投測(cè)下來(lái)的控制點(diǎn)復(fù)核洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)，精確控制隧道中線。必要時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況在地面多設(shè)測(cè)量孔進(jìn)行復(fù)核。洞內(nèi)導(dǎo)線的起點(diǎn)通常都設(shè)在隧道洞口、平行坑道口、橫洞或斜井口等處，它們的坐標(biāo)在進(jìn)行地面控制測(cè)量時(shí)測(cè)定。導(dǎo)線控制的形式靈活，點(diǎn)位易于選擇，測(cè)量工作比較簡(jiǎn)單，而且具有多種檢核方法。當(dāng)組成導(dǎo)線閉合環(huán)時(shí)，角度經(jīng)過(guò)平差后還可提高點(diǎn)位的橫向精度。11.3洞內(nèi)控制測(cè)量（1）洞內(nèi)導(dǎo)線是隨著隧道的開(kāi)挖逐漸向前延伸的，故只能敷設(shè)支導(dǎo)線或狹長(zhǎng)形導(dǎo)線環(huán)，而不可能將全部導(dǎo)線一次測(cè)完。（2）導(dǎo)線的形狀完全取決于隧道的形狀。（3）導(dǎo)線點(diǎn)的埋石頂面應(yīng)比洞內(nèi)地面低20～30cm，并應(yīng)在埋石上面加設(shè)護(hù)蓋，并填平地面，以免在施工過(guò)程中被破壞。洞內(nèi)導(dǎo)線與洞外導(dǎo)線相比，具有以下特點(diǎn)11.3洞內(nèi)控制測(cè)量洞內(nèi)高程控制測(cè)量11.3.2洞內(nèi)高程控制測(cè)量應(yīng)采用水準(zhǔn)測(cè)量或光電測(cè)距三角高程測(cè)量的方法進(jìn)行。其目的是在洞內(nèi)建立一個(gè)與地面統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，作為隧道施工放樣的依據(jù)，保證隧道在豎直方向上的正確貫通。洞內(nèi)高程測(cè)量應(yīng)由洞外高程控制點(diǎn)（洞口水準(zhǔn)點(diǎn)）開(kāi)始，通過(guò)水平坑道、豎井或斜井向洞內(nèi)傳遞，然后測(cè)定洞內(nèi)各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。11.3洞內(nèi)控制測(cè)量洞內(nèi)水準(zhǔn)測(cè)量以豎井傳遞高程時(shí)測(cè)設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)作為起算依據(jù)，采用二等精密水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行施測(cè)，一般與洞內(nèi)導(dǎo)線同時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)線點(diǎn)可兼作水準(zhǔn)點(diǎn)。結(jié)合洞內(nèi)施工特點(diǎn)，每隔200～500m設(shè)立一組永久性水準(zhǔn)點(diǎn)，每組至少有三個(gè)點(diǎn)以便檢核，兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的間距以30～80m為宜。隧道內(nèi)施工控制水準(zhǔn)點(diǎn)位11.3洞內(nèi)控制測(cè)量進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)往返觀測(cè)，視線長(zhǎng)度不宜大于50m。采用光電測(cè)距三角高程測(cè)量方法時(shí)，應(yīng)進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，避免受到洞內(nèi)的除塵、通風(fēng)排煙和水汽的影響。洞內(nèi)高程控制測(cè)量的限差要求與洞外高程控制測(cè)量的要求相同。洞內(nèi)高程點(diǎn)作為施工高程的依據(jù)必須定期復(fù)測(cè)。為便于施工使用，在兩組永久性水準(zhǔn)點(diǎn)之間應(yīng)布設(shè)1～2個(gè)臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)，并定期復(fù)核，以檢測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)是否受施工爆破和震動(dòng)等的影響。11.3洞內(nèi)控制測(cè)量（1）當(dāng)水準(zhǔn)點(diǎn)在洞頂時(shí)，水準(zhǔn)尺應(yīng)倒立，尺上讀數(shù)以負(fù)值代入，其他計(jì)算和地面一樣（hAB=a-b）。水準(zhǔn)點(diǎn)在洞頂時(shí)測(cè)定高程11.3洞內(nèi)控制測(cè)量（2）當(dāng)隧道貫通后，應(yīng)在貫通面附近設(shè)立一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，求出相向兩支水準(zhǔn)路線的高程貫通誤差，如在允許范圍內(nèi)，則可按水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度的倒數(shù)為權(quán)的加權(quán)平均值作為該水準(zhǔn)點(diǎn)的最后高程，并在未襯砌地段進(jìn)行調(diào)整。所有開(kāi)挖、襯砌工程均應(yīng)以調(diào)整后的高程為依據(jù)。11.3洞內(nèi)控制測(cè)量平面坐標(biāo)的傳遞11.4.1暗挖隧道采用豎井聯(lián)系三角形測(cè)量，即先通過(guò)豎井懸掛兩根鋼絲，測(cè)定近井點(diǎn)與鋼絲的距離和角度，算得鋼絲的坐標(biāo)及它們的方位角，然后在井下認(rèn)為鋼絲的坐標(biāo)和方位角已知，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算便可得出地下導(dǎo)線的坐標(biāo)和方位角，從而將地上和地下聯(lián)系起來(lái)。一并定向1.11.4聯(lián)系測(cè)量用聯(lián)系三角形法進(jìn)行定向測(cè)量11.4聯(lián)系測(cè)量

聯(lián)系三角形法一般適合于對(duì)井口小、深度大的豎井進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量。雖然其作業(yè)工作量較大，但精度很穩(wěn)定，因而國(guó)內(nèi)很多單位仍在使用該法，在城市軌道交通聯(lián)系測(cè)量工作中該法也得到了廣泛應(yīng)用。11.4聯(lián)系測(cè)量?jī)删ㄏ蚴侵竿ㄟ^(guò)兩個(gè)豎井向地下投測(cè)控制點(diǎn)，在地下通過(guò)無(wú)定向?qū)Ь€連接所投測(cè)的控制點(diǎn)的定向方法。在地鐵工程定向測(cè)量中還有一種常用的方法是通過(guò)兩個(gè)豎井所投測(cè)的控制點(diǎn)在地下能夠直接通視，這兩個(gè)控制點(diǎn)可以直接作為地下控制網(wǎng)的起算依據(jù)。這種情況可視為兩井定向的一種特殊形式。兩井定向2.11.4聯(lián)系測(cè)量地鐵隧道在采用暗挖法施工時(shí)，為了加快施工進(jìn)度，經(jīng)常在區(qū)間中部設(shè)置施工豎井，一旦該豎井和相鄰豎井或車(chē)站貫通，就可以進(jìn)行兩井定向，以兩井定向的成果指導(dǎo)剩余的隧道掘進(jìn)。采用兩井定向的聯(lián)系測(cè)量時(shí)，兩根鋼絲間的距離應(yīng)大于60m，特殊情況下不得小于30m。在施工過(guò)程中應(yīng)利用地面上的精密導(dǎo)線點(diǎn)，按同等精度導(dǎo)線測(cè)定近井點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行兩井定向的測(cè)量。11.4聯(lián)系測(cè)量在兩豎井處各掛一根鋼絲（在通視等條件允許的情況下，可在兩個(gè)井口各掛兩根鋼絲來(lái)加強(qiáng)傳點(diǎn)精度），同時(shí)測(cè)定地下起始邊的方位角。另外，由于地鐵隧道的埋深一般較淺，因此在掘進(jìn)過(guò)程中往往還會(huì)采用在隧道上方打孔的方式向下投測(cè)控制點(diǎn)，與豎井或車(chē)站的控制點(diǎn)形成兩井定向圖形。兩井定向的聯(lián)系測(cè)量11.4聯(lián)系測(cè)量鉛垂儀、陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向法3.地上、地下聯(lián)系測(cè)量是地鐵測(cè)量中的一個(gè)重要組成部分。豎井定向時(shí)大都采用鉛垂儀、陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向和聯(lián)系三角形定向方法。與傳統(tǒng)的聯(lián)系三角形定向方法相比，目前使用的鉛垂儀、陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向法利用全站儀、1/200000垂準(zhǔn)儀和陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，具有投點(diǎn)精度高、測(cè)量精度高、測(cè)量時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。11.4聯(lián)系測(cè)量陀螺經(jīng)緯儀定向法是利用慣性原理，通過(guò)觀測(cè)陀螺轉(zhuǎn)子的擺幅（逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法）或觀測(cè)轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)分劃板特殊位置的時(shí)間（中天法）來(lái)完成定向的，屬于物理定向方法。該方法既可以在車(chē)站、豎井、投點(diǎn)孔處進(jìn)行，也可以在區(qū)間隧道內(nèi)任何能夠架設(shè)儀器的位置進(jìn)行。施工中，陀螺經(jīng)緯儀定向法是采用光學(xué)垂準(zhǔn)儀（或重垂球）投出井上、井下在同一鉛垂線上的點(diǎn)位，根據(jù)井上、井下陀螺經(jīng)緯儀定向成果求算投點(diǎn)在空間的平面夾角，使得井上、井下的導(dǎo)線連成一體，從而將井上導(dǎo)線的坐標(biāo)和方位角傳遞給井下導(dǎo)線。11.4聯(lián)系測(cè)量鉛垂儀、陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向測(cè)量的布置11.4聯(lián)系測(cè)量高程的傳遞11.4.2在隧道施工中，除了通過(guò)開(kāi)挖平洞、斜井來(lái)增加工作面外，還可以采用開(kāi)挖豎井的方法來(lái)增加工作面，將整個(gè)隧道分成若干段，實(shí)行分段開(kāi)挖。例如，在城市地下鐵道的建造中，每個(gè)地下站都是一個(gè)大型豎井，在站與站之間用盾構(gòu)法進(jìn)行開(kāi)挖，不會(huì)受到城市地面密集建筑物和繁忙交通的影響。11.4聯(lián)系測(cè)量為了保證地下各方向的開(kāi)挖面能準(zhǔn)確貫通，必須將地面控制網(wǎng)中的點(diǎn)位坐標(biāo)、方位和高程通過(guò)豎井傳遞到地下，這項(xiàng)工作稱為豎井聯(lián)系測(cè)量。在豎井施工前，應(yīng)根據(jù)地面控制點(diǎn)把豎井的設(shè)計(jì)位置測(cè)設(shè)至地面。豎井向地下開(kāi)挖，其平面位置用懸掛大錘球或用垂準(zhǔn)儀測(cè)設(shè)鉛垂線的方法，將地面的控制點(diǎn)垂直投影至地下施工面。其工作原理和方法與高層建筑的平面控制點(diǎn)垂直投影完全相同。高程控制點(diǎn)的高程傳遞可以通過(guò)鋼尺或全站儀來(lái)完成。11.4聯(lián)系測(cè)量利用鋼尺傳遞高程1.聯(lián)系高程測(cè)量的主要內(nèi)容是將地面的高程系統(tǒng)傳至井下的高程起算點(diǎn)。當(dāng)采用懸掛鋼尺的方法來(lái)傳遞高程時(shí)，鋼尺需先經(jīng)檢定合格，然后在地面上選好掛鋼尺的固定位置系好鋼尺，在鋼尺的下端掛上鋼尺在檢定時(shí)所用的具有標(biāo)準(zhǔn)拉力的重物，再在井上和井下各安置一臺(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)讀取鋼尺上的讀數(shù)，如圖所示，每次錯(cuò)動(dòng)鋼尺3～5cm，施測(cè)三次，當(dāng)高差較差不大于3mm時(shí)，取其平均值；當(dāng)測(cè)深超過(guò)20m時(shí)，三次誤差應(yīng)控制在±5mm。在進(jìn)行高程傳遞的過(guò)程中，對(duì)每測(cè)回均應(yīng)進(jìn)行獨(dú)立觀測(cè)，測(cè)回間變動(dòng)儀器的高度應(yīng)不小于20cm。11.4聯(lián)系測(cè)量利用鋼尺傳遞高程11.4聯(lián)系測(cè)量利用全站儀傳遞高程2.

當(dāng)用全站儀代替鋼尺測(cè)定豎直方向的距離（高差）時(shí)，其具有操作簡(jiǎn)單，能大量減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，占用井筒時(shí)間短，導(dǎo)入高程精度高，實(shí)用性好的優(yōu)點(diǎn)。尤其是對(duì)深度在50m以上的深井進(jìn)行測(cè)量時(shí)優(yōu)勢(shì)更加明顯。11.4聯(lián)系測(cè)量在地鐵盾構(gòu)施工中，對(duì)于車(chē)站施工豎井或定向測(cè)量投點(diǎn)孔，均可采用全站儀天頂測(cè)距法