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1、浅谈高速铁路隧道施工测量 摘 要 在中铁十七局第三建筑公司承建的杭州至宁波的高速铁路客运专线杭甬四工区施工段中，隧道贯穿主线。其包括凉帽山，外岙一二号，大山脑，寺前王及章家山大小六孔隧道。在隧道施工过程中，由于我国南方地质结构的特点，硬质地层采用了传统的矿山法（凿岩爆破），进行了洞体的掘进。施工测量方面，根据设计院洞内布设的地下导线点，经坐标推算而确定隧道中心线方向上有关点位，以准确知道较长隧道的开挖方向和便于日常施工放样。其中包括了中线放样，坡度放样，断面放样与隧道贯通误差的测定与调整。关键词 高速铁路 隧道 施工测量 放样一、前言在新建的杭甬高速铁路四工区施工段中以大山脑隧道为主。大山脑隧
2、道位于余姚市及慈溪市境内，全长6209m，最大埋深约200m属深埋长隧道，起讫里程为DK112+207DK118+416大山脑隧道位于剥蚀低山丘陵区，地形起伏较大，自然坡度1035，植被发育。区内最高山峰为大山脑，海拔标高为288.4m，隧址所穿越山丘海拔一般为110265m。该隧道由进口和出口相向开挖，进出口各开挖至DK115+586，进口开挖长度为3379m；出口开挖长度为2830m。该隧道全部位于直线段上。其处于暗挖段。在此项山岭隧道施工中，为了加快采用了进口方向，出口方向及斜井两向，四面同时光面爆破掘进的作业方式。设以中间DK115+500处为基础面，向进出口延伸呈0.35%的下坡。隧
3、道自两端洞口相向开挖，在洞内预订位置挖通，称为贯通（holing）。因此，隧道测量（tunnel survey）也称贯通测量（holing through survey）。隧道测量的任务是：准确测设出洞口、井口、坑口的平面位置和高程；隧道开挖时，测设隧道中线的方向和高程，指示掘进方向保证隧道按要求的精度正确贯通，放样洞室各细部的平面位置与高程，放样衬砌的位置等。与地面测量工作不同的是，隧道施工的掘进方向在贯通之前无法通视，只能完全依据沿隧道中线布设的支导线来指导施工。因为支导线无外部检核条件，同时隧道内光线暗淡工作环境较差，在测量工作中极易产生疏忽或错误，造成相向开挖隧道的方向偏离设计方向，使
4、隧道不能正确贯通，其后果是必须部分拆除已经做好的衬砌，削帮后从新衬砌或采取其它补救措施，这样不但产生巨大经济损失，还会延期工期。所以，进行隧道测量工作时，要十分认真细致，除按规范的要求严格检验与校正仪器，还应注意采取多种有效措施，削弱误差，避免发生错误。在洞内支导线测量过程中，由于测量误差的积累，使两个相向开挖的隧道中线不能准确衔接，其错位距离H称为贯通误差（holing error），如下图13-37所示大意： H在隧道中线方向上的投影长度Ht,称为纵向贯通误差；在垂直于隧道方向上的投影长度Hu称为横向贯通误差；在铅垂面内的投影投影长度Hh称为高程贯通误差。备注：其中Ht只影响隧道的长度，与
5、工程质量的关系不大，施工测量时较容易满足设计要求。当不考虑Ht时则隧道贯通相遇于一垂直于中线的平面，称为贯通面。规范只规定了贯通面横向误差Hu和高程误差Hht的限差。如铁路测量技术规范规定：长度小于4km的铁路隧道，Hu的容许值为100mm，Hh的容许值为50mm。现就学生在施工现场的测量与各项工作，对大山脑隧道施工中洞外控制测量，洞内控制测量，洞内中线测设，结合各项施工图纸及规范，做自己的一些总结认识与浅谈。 二、大山脑隧道洞外控制测量 为了保证隧道工程在两个或多个开挖面的掘进中，施工中线在贯通面上的Hu及Hh能满足贯通精度要求，符合断面的技术条件，必须进行控制测量。控制测量的中误差是指由测
6、量误差引起在贯通面上产生贯通误差，取上述容许误差的一半，如3km公路隧道的横向误差为75mm，高程中误差为35mm。由于贯通误差主要来源洞外和洞内控制测量精度两方面。因此，进行洞外控制测量精度设计时，要将贯通误差按误差传播定律分解为洞外和洞内的横向误差和高程误差，此过程称为贯通误差影响值的分配。公路隧道勘测规程规定的贯通误差分配方案见下表：贯通面上贯通误差影响值的分配测量部位横向中误差（mm） 高程中误差(mm)两开挖洞口间长度(m)300030006000洞外455525洞内608025全部隧道7510035隧道两相向开挖洞口施工中线在贯通面上的横向和高程贯通误差应符合下表规定：隧道贯通误差
7、规定项 目横 向 贯 通 误 差 高 程 贯 通误 差相 向 开 挖 长 度（km）L44L77L1010L1313L1616L1919L20洞外贯通中误差（mm）3040455565758018洞内贯通中误差（mm4050658010513516017洞内外综合贯通中误差（mm）50658010012512018025贯通限差（mm）10013016020025032036050注：1.本表不适合用于利用竖井贯通的隧道。2.相向开挖长度大于20km的隧道应作特殊设计。隧道长度大于1500m时，应根据横向贯通误差进行平面网设计，估计洞外控制测量产生的横向贯通误差影响值，并进行洞内测量设计。水准
8、路线长度大于5000m时，应根据高程贯通中误差进行高程控制网设计。洞外控制网与线路控制网的连接应符合下列规定:1. 当线路控制网（CPI,CPII）的精度满足隧道控制测量要求时，应在线路控制网基础上扩展加密建立隧道控制网。2. 当线路控制网精度不能满足隧道控制测量要求时，应建立隧道独立控制网，并于隧道洞口附近线路控制点联测。3. 洞外控制高程测量应从隧道一段的线路水准点联测至另一端的线路水准点。4. 当隧道洞口两端的线路控制网（CPI,CPII）不在一个投影内时，可建立独立的隧道施工控制网。2.1洞外平面控制测量洞外平面控制测量的主要任务是：测定各洞口控制的相对位置，作为引测进洞和测设洞内中线
9、的依据。一般要求洞外平面控制网包括洞口控制点。建立洞外平面控制的方法有：敷设中线法，精密导线法，三角锁法和GPS法等。由于测距仪，全站仪甚至GPS接收机已经基本在施工单位普及，敷设中线法由于精度较低，只适用于地形，地质条件简单的中、短隧道，因此在生产实践中已很少使用。下面介绍后三种方法：2.1.1 精密导线法 在洞外沿隧道线型布设精密光电测距导线来测定各洞口控制点的平面坐标。精密导线一般是采用正副导线组成的若干个导线环构成控制网，简图13-38所示。主导线应沿两洞口连线方向敷设，每13个主导线边应与副导线联系。主导线边一般不宜短于300m,且相邻边长不宜相差过大。主导线须同时观测水平角和边长副
10、导线，一般只测水平角。水平角观测宜用不低于DJ6级经纬仪，以方向观测法为主。公路隧道勘测规程给出的采用精密导线法进行洞外平面控制测量的参考精度指标见下表。精密导线法参考精度测量方法两开挖洞口间距离（km）测角中误差（）导线边最小长度（m）导线边长相对中误差直线隧道曲线隧道直线隧道曲线隧道直线隧道曲线隧道导线测量462.54.02.05001501/50001/15000341.52.52.54001501/35001/10000231.01.54.03001501/35001/1000021.010.02001501/25001/100002.1.2 三角锁法在洞外沿隧道地形布设单三角形锁来测
11、定各洞口控制点的平面坐标见图13-39所示。邻近隧道中线一侧的三角锁各边宜尽量垂直于贯通面，避免较大的曲折。测量三角锁的求距角不宜小于30，起始边宜设在三角锁的中部（边角锁可以不做此要求）公路隧道勘测规程给出的采用三角锁法进行洞外平面控制测量的参考精度指标见下表。三角锁法参考精度测量方法两开挖洞口间距离(km)测角中误差（）最弱边边长相对中误差起始边边长相对中误差三角测量4621/200001/300002421/150001/200001.522.51/150001/200001.541/100001/15000注：1.贯通精度估算贯通面按总横向中误差75 mm，高程中误差25 mm进行设计
12、。依据各导线点至贯通面的垂直距离计算的结果为：Rx=48743292， dy2=0RX导线环在隧道两洞口连线上的各点至贯通面的垂直距离； 导线边边长相对中误差；dy导线环在邻近隧道两洞口连线的各边对贯通面上的投影长度。 2.1.3 GPS法 用GPS法测定各洞口控制点的平面坐标，由于各控制点之间可以互不通视，没有测量误差积累，因此特别适合于特长隧道及通视条件较差的山岭隧道。如下图13-40示。现行的公路隧道勘测规程是1985年制定，1986年实行的。因为当时的GPS系统还没有建立使用，所以规程中没有规定可以使用GPS测量方法建立洞外平面控制网的条款。但公路全球定位系统（GPS）测量规范中的3.
13、1.1条款规定：根据公路及特殊桥梁、隧道等构造物的特点及不同要求，GPS控制网分一级、二级、三级、四级共四个等级。各级GPS控制网的主要技术指标规定见下表。大山脑隧道中结合隧道两开挖洞口间距离，在下表中选择应该级别布设GPS控制网。GPS控制网的主要技术指标级别 每对相邻点平均距离d(km)固定误差a(mm)比例误差b(ppm)最弱相邻点点位中误差m(mm)路线特殊构造物路线特殊构造物路线特殊构造物一级4.0105215010二级2.0105525010三级1.01051025010四级0.51020502.2 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的精度要求，施测隧道洞口（包括隧道的进出口、竖井口、斜井口和坑道口）附近水准点的高程，作为高程引测进洞的依据。高程控制一般采用三、四等水准测量，当两洞口之间的距离不大于1km时，应在中间设临时水准点。如果隧道不长，高高程控制测量等级在四等以下时，也可采用光电测距三角高程测量的方法进行观测。三角高程测量中，光电测距的最大边长不应超过600m，且每条边均应进行对象观测。高差计算时，应加上地球曲率改正。 三、大山脑隧道施工测量大山脑隧道施工测量的内容包括：隧道正式开挖之前测设掘进方向；外挖过程中，测设隧道中线和腰线，指示掘进方向，隧道开挖到一定的距离后，进行洞内控
