地下工程测量教程郑(7)讲义

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1、1. 隧道工程测量综述,隧道可分为超长隧道、长隧道和短隧道。对于直线隧道，其长度在3000m以上的属超长隧道；长度在10003000m的属长隧道；长度在5001000m的属中长隧道；长度在500m以下的属短隧道。对于同等级的曲线隧道，其长度界限为直线形隧道的一半。,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。,特点：,山东科技大学测绘科学与工程学院,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,西康铁路 秦岭特长隧道(18.4公里),第七章 隧道、地铁施工和竣工测量,山东科技大学测绘科学与

2、工程学院,大瑶山隧道(14.3公里),第七章 隧道、地铁施工和竣工测量,2. 隧道工程测量的任务,勘测设计阶段是提供选址地形图和地质填图所需的测绘资料，以及定测时将隧道线路测设在地面上，即在洞门前后标定线路中线控制桩及洞身顶部地面上的中线桩；,施工阶段是保证隧道相向开挖时，能按规定的精度正确贯通，并使建筑物的位置符合规定，不侵入建筑限界，以确保运营安全。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量,隧道工程施工的主要测量工作包括： 1）洞外控制测量：在洞外建立平面和高程控制网，测定各洞口控制点的位置； 2）进洞测量：将洞外的坐标、方向和高程传递到隧道内，建立洞内、洞外统一

3、坐标系统； 3）洞内控制测量：包括隧道内的平面和高程控制； 4）隧道施工测量：根据隧道设计要求进行施工放样、指导开挖； 5）竣工测量：测定隧道竣工后的实际中线位置和断面净空及各建、构筑物的位置尺寸。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,一、洞外控制测量 隧道的设计位置，一般是以定测的精度初步标定在地面上。在施工之前必须进行施工复测，检查并确认两端洞口的中线控制桩（也称为洞口投点）的位置，它是进行洞内施工测量的主要依据。 （一）控制点的设置：规程规定 1、在每个洞口应测设不少于3个平面控制点（包括洞口投点及其相联系的三角点或导线点）2个高程控制点

4、。 2、直线隧道上，两端洞口应各确定一个中线控制桩，以两桩连线作为隧道的中线； 3、在曲线隧道上，应在两端洞口的切线上各确定两个间距不小于200 m的中线控制桩，以两条切线的交角和曲线要素为依据，来确定隧道中线的位置。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,（二）控制点的设置要求 1、各洞口外两点纳入控制网，洞口投点包含其中。 2、曲线隧道时，必须包含切线上的转点，以便精确确定转向角及曲线其他元素。 3.平面控制网应尽可能包括隧道各洞口的中线控制点，这样既可以在施工测量时提高贯通精度，又可减少工作量。 4、同时进行高程控制测量,联测各洞口水准点的

5、高程，以便引测进洞，保证隧道在高程方向准确贯通。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,1. 中线法（现场标定法）,中线法一般只能用于短于1000 m的直线隧道和短于500 m的曲线隧道的洞外平面控制。中线法简单、直观，但其精度不太高。,二、洞外平面控制的常用的方法 建立洞外平面控制的常用的方法有：中线法、精密导线法、三角网和GPS网等。,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衔接后，方可以此作为依据，进行引测进洞和洞内中线测设。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘

6、科学与工程学院,假设A、D两点为隧道中线在洞口处的已知点，由于不能通视，因此要在中间定出B、C两点，作为向洞内引线的依据。标定时可按设图纸求得AD的概略方位角，然后在现场按此方向用经纬仪以计正倒镜延长直线的方法，将中线从A点延长至B、C，最后至D 点，并量出DD 间的距离。另外用视距法求得AB 、B C 、C D 等距离，这时CC 的距离可用下式求得：,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,然后将经纬仪移到C，后视D点，再用上法延长直线至A，若直线不通过A点，再按上述方法计算在B点的偏距，并将仪器移至B点，依此方法，直至使B、C二点都在AD直线上

7、为止。最后将B、C二点在地面上标定出来，作为向洞内引线的依据。,若用于曲线隧道，则应首先精确标出两切线方向，然后精确测出转向角，将切线长度正确地标定在地表上，以切线上的控制点为准，将中线引入洞内。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,隧道洞外导线测量和经纬仪（或全站仪）导线测量方法相同，但它的精度要求较高，所以测角和量边均用较精密的仪器和方法。,2. 导线法,（1）在直线隧道的设计中，导线应尽量沿两洞口连接的方向布设成直伸形式。因为直伸导线量距误差只影响隧道的长度，而对垂直隧道中线方向上的误差（即横向贯通误差）影响较小。 （2）在曲线隧道的测设

8、当中，当两端洞口附近为曲线而中部为直线的隧道，两端曲线部分可沿切线、中部直线部分沿中线布设导线点；当整个隧道在曲线上时，宜沿两端洞口的连接线布设导线点，如受地形地物限制，可离开中线或两洞口的连接线，但不宜过远。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,同时，曲线隧道的导线还应尽可能通过洞外曲线起讫点或交点桩，这样曲线交点上的总偏角可根据导线测量结果计算出来，据此可将定测时所测得的总偏角加以修正，用得到的较精确的数值来求算曲线元素。 （3）导线应尽可能通过隧道两端洞口及各辅助坑道口的进洞点，使这些点能够成为主导线点。有时受条件限制，辅助坑道口的进洞点

9、不便直接联系为主导线点时，可作为支导线点，这些点至少与两个主导线点联测，以保证其精度。 （4）在确定控制点位置时，应使每个洞口不少于三个能彼此联系的平面控制点（包括洞口插点及附近的三角点，导线点）。以便于进洞时进行检测，或某个点在施工过程中被破坏后，便于补测。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,（5）为了提高导线测量的精度和增加校核条件，一般都将导线布置成多边形闭合环。当量距困难时，可布设成主副导线闭合环，副导线只测其转角而不量距。,（6）导线最短边长不应小于300m，相邻边长的比不应小于1：3，并尽量采用长边，以减小测角误差对导线横向误差的

10、影响。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,（7）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 4 个；每个环的边数约为 46 条，应尽可能将两端洞口控制点纳入到导线网中。,（8）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，可按总测回数的奇数和偶数测回分别观测导线的左角和右角，以检查测角错误；将它们换算为左角或右角后再取平均值，可以提高测角精度。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,三角测量的方向控制较中线法、导线法都高，如果仅从横向贯通精度的观点考虑，则它是最理想的隧

11、道平面控制方法。三角测量除采用测角三角锁外，还可采用边角网和三边网。但从精度、工作量、经济方面综合考虑，以测角三角锁为好。,3. 三角网法,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,直线隧道以单锁为主，三角点尽量靠近中线，条件许可时，可利用隧道中线三角锁的一边，以减少测量误差对横向贯通的影响。曲线隧道三角锁以沿两端洞口的连线方向布设较为有利，较短的曲线隧道可布设成中点多边形锁，长的曲线隧道，包括一部分直线，一部分曲线的隧道可布设成任意三角形锁。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,三角锁一般布置一条高

12、精度的基线作为起始边，并在三角锁另一端增设一条基线，以资检核；其余仅只有测角工作，按正弦定理推算边长，经过平差计算可求得三角点和隧道轴线上控制点的坐标，然后以控制点为依据，确定进洞方向。,三角锁的优点是图形结构坚强、布点少、推进快、精度高、多余观测数据较多，可以检查判断明显的粗差和系统误差，其缺点是测角工作量大，受图形传距角大小的限制以及基线丈量困难。但目前由于高精度光电测距仪的应用，测量边长已不再困难。所测边长根据其测距精度的高低，可作为基线使用也可当作观测值参与平差。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,4. GPS法,用全球定位系统GPS

13、技术作洞外平面控制时，只需在洞口处布点，对于直线隧道，洞口点选在线路中线上，另外再布设两个定向点，除要求洞口点与定向点通视外，定向点之间不要求通视。对于曲线隧道还应把曲线的主要控制点如始终点，切线上的两点包括在网中。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,由上述各种方法比较看出：,中线法控制形式最简单，但由于方向控制较差，故只能用于较短的隧道；,三角测量方法其方向控制精度最高，故在光电测距仪未广泛使用之前，是隧道控制最主要的形式，但其三角点的布设要受到地形、地物条件的限制，而且基线边要求精度高，使丈量工作复杂，平差计算工作量大；,精密导线法，在光

14、电测距仪的测程和精度不断提高的今天，由于布设简单、灵活、地形适应性强、外业工作量少，因而逐渐成为隧道控制的主要形式，只要在水平角测量时适当增加测回数，就可弥补其方向控制不如三角测量之不足。,GPS测量是目前的一种全新控制形式，随着其价格的降低、精度的提高、理论的完善，已经成为使用最广、效率最高的控制形式。,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,三、洞外高程控制测量 洞外高程控制测量，是按照设计精度施测各开挖洞口附近水准点的高程，以便将统一的高程系统引入洞内，保证在高程方向按规定精度正确贯通。 高程控制方法：1）常采用水准测量方法，2）四、五等高程

15、控制亦可采用光电测距三角高程的方法进行。 高程控制路线：应选择连接各洞口最平坦和最短的线路，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。每一个洞口应埋设不少于2个水准点，以相互检核；两水准点的位置，以能安置一次仪器即可联测为宜，方便引测并避开施工的干扰,山东科技大学测绘科学与工程学院,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第一节隧道施工测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第七章 隧道、地铁施工和竣工测量 第二节隧道洞外、洞内联系测量,洞外控制测量完成以后，应把各洞口的线路中线控制桩和洞外控制网联系起来。由于控制网和线路中线两者的坐标系不一致，应首先把洞外控制点和中线控制桩的坐标纳入同一坐标系统内，故必须先进行坐标变换计算，得到控制点在变换后的新坐标。一般在直线段以线路中线作为x轴；曲线上则以一条切线方向作为x轴