长安大学《测量学》第十四章隧道测量.

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1、第十四章 隧道测量,长安大学公路学院,14-1 概述,一、公路隧道 隧道:位于地表以下，一个方向的尺寸远大于另两个 方向的尺寸，两端起联通作用功能的人工建筑物称 地道。横截面较小时称坑道，横截面较大时称隧道。 1隧道类型 按其所处的位置不同分可为:山岭隧道、水下隧道（河底和海地）以及城市隧道等； 按其横断面形状分为圆形、椭圆形、马蹄形、眼睛形（孪生形）等； 按其用途可分为交通隧道和运输隧道.,14-1 概述,一、公路隧道 1隧道类型 按其长度的不同又分为四类。,公路隧道的分类,14-1 概述,一、公路隧道 2. 隧道组成与结构 主体建筑物和附属建筑物。 主体建筑物包括洞身衬砌和洞门，后者包括通

2、风、照明、防排水、安全设施等。 3. 隧道设计阶段 特长隧道和对路线有控制作用的长隧道，以及地形、 地质状况比较复杂的隧道，在勘测设计上采用两阶 段设计，隧道的测量工作也包括初侧和定测两个阶 段。,14-1 概述,一、公路隧道 3. 隧道设计阶段 （1）初测的主要任务和要求 初测的主要任务是根据隧道选线的初步结果，在选定的隧道线位走廊带进行控制测量、地形测量、纵断面测量，为地质填图和隧道的深入研究和设计提供点位参数、地形图条件及技术说明。 初测的基本要求： 布设控制点，进行控制测量。 按隧道选定方案进行带状地形图测量。 按隧道中线地面走向测量纵断面图。,14-1 概述,一、公路隧道 3. 隧道

3、设计阶段 （1）初测的主要任务和要求 （2）定测的主要任务 根据批准的初步设计文件确定隧道洞口位置，测定隧道洞口上面的隧道路线，进行洞外控制测量。,14-1 概述,二、隧道施工测量 1. 隧道施工测量的任务 隧道施工测量的任务是保证隧道各施工洞口相向开 挖能够正确贯通，并使各项建筑物按照设计位置和 尺寸修建，不得侵入限界。 2. 隧道施工测量的内容 隧道施工测量包括施工前洞外控制测量、施工中洞 内测量及竣工测量。施工中洞内测量又包括洞内控 制测量、施工中线测量、高程测量、断面测量及衬 砌施工放样测量等。,14-1 概述,二、隧道施工测量 2. 隧道施工测量的内容 （1）地面（洞外）控制测量：在

4、地面上建立平面和高程控制网； （2）联系测量：将地面上的坐标、方向和高程传到地下，建立地面地下统一坐标系统； （3）地下控制测量：包括地下平面与高程控制； （4）道施工测量：根据隧道设计进行放样、指导开控及衬砌的中线及高程测量。,14-2 隧道洞外控制测量,一、洞外平面控制测量 1. 中线法 （1）原理及方法 中线法是在隧道洞顶地面上用直线定线方法，把隧 道中线，每隔一定距离用控制桩精确地标定在地面 上，作为隧道施工引测进洞的依据。,14-2 隧道洞外控制测量,一、洞外平面控制测量 1. 中线法 （2）适用范围 该法宜用于隧道较短、洞顶地形较平坦，且无较高精度的测距设备的情况下。但必须反复测量

5、，防止错误，并要注意延伸直线的检核。 中线法的优点是中线长度误差对贯通的横向误差几乎没有影响。,14-2 隧道洞外控制测量,一、洞外平面控制测量 2. 导线法 （1）原理及方法 隧道洞外导线测量与路线导线测量方法相同，但它 的精度要求较高，导线布设必须按照隧道建筑的要 求来确定。 （2）适用范围 长隧道、洞外地形复 杂量距又特别困难等。,14-2 隧道洞外控制测量,一、洞外平面控制测量 3. 三角测量法 （1）原理及方法 隧道三角网一般布置成与路线同一方向延伸的三角 锁。隧道全长及各进洞点均包括在控制范围内，三 角点应分布均匀，并考虑施工引测方便和使误差最 小。,14-2 隧道洞外控制测量,一

6、、洞外平面控制测量 3. 三角测量法 （2）适用范围 当隧道较长地形起伏多变，不便用导线法作洞外平 面控制时，常采用三角测量法。 4用GPS定位系统建立控制网 （1）原理及方法,14-2 隧道洞外控制测量,一、洞外平面控制测量 4用GPS定位系统建立控制网 （2）适用范围 利用GPS定位系统建立洞外的隧道施工控制网，由于 无需通视，故不受地形限制，减少了工作量，提高 了速度，降低了费用，并能保证施工控制网的精度。,14-2 隧道洞外控制测量,二、地面高程控制测量 1. 隧道高程控制测量 隧道高程控制测量的任务，是按照规定的精度，施 测隧道洞口附近水准点的高程。根据两洞口点间的 高差和距离，可以

7、确定隧道底面的设计坡度，并按 设计坡度控制隧道底面开挖的高程。 2. 精度要求 一次相向贯通的隧道，在贯通面上对高程要求的精度为25mm。对地面高程控制测量分配的影响值为18mm，分配到洞内高程控制的测量影响值是17mm。 地面水准测量等级选定及技术要求，符合规范要求。,14-2 隧道洞外控制测量,二、地面高程控制测量 3. 水准路线方案设计 水准路线应选择在连接两端洞口最平坦和最短的地段，以期达到设站少，观测快，精度高的要求。 水准路线应尽量直接经过辅助坑道附近，以减少联测工作。每一洞口埋设的水准点应不少于两个。 两个水准点间的高差，以能安置一次水准仪即可联测为宜，两端洞口之间的距离大于lk

8、m时，应在中间增设临时水准点，水准点间距以不大于1km为宜。 洞外高程控制通常常采用三，四等水准测量方法，往返观测或组成闭合水准路线进行施测。 水准点应埋设在坚实、稳定和避开施工干扰之处。,14-3 路线引测进洞数据的计算,一、直线隧道 1.原理 两洞口控制桩位于三角网的两端，各三角点的坐标 为(xi，yi)。其引进数据的计算是要算出隧道中线 与某一已知边的夹角1、2和AB的水平距离DAB。,14-3 路线引测进洞数据的计算,一、直线隧道 2.测设方法 在实地置仪器于A点后视1点，拨角1即为AB进洞方 向；同样置仪器于B点后视3点，拨角2 即为BA进 洞方向。,14-3 路线引测进洞数据的计算

9、,二、曲线隧道 三角网控制的曲线隧道，设各三角点坐标为(xi，yi) ，路线转折点JD、曲线起点B(ZH)、曲线终点C(HZ)的坐标根据设计图也可求得。 有了这些洞外洞内坐标，同样按坐标反算的方法可求得夹角1、2和AB、CD的水平距离DAB、DCD。从而可在实地标定出AB及CD之进洞开挖方向和控制其开挖长度。,14-3 路线引测进洞数据的计算,三、隧道内横洞 引进数据的计算，主要是算出CD与正洞中线的交角2；C(或D)点到正洞与横洞交点E的距离和A点到E点的距离等。,14-4 竖井联系测量,一、竖井联系测量的任务 按照地下控制网与地面上联系的形式不同，定向的 方法可分为下列四种： （1）经过一

10、个竖井定向（简称一井定向）； （2）经过两个竖井定向（简称两井定向）； （3）经过横洞（平坑）与斜井的定向； （4）应用陀螺经纬仪定向。,14-4 竖井联系测量,二、几何定向 几何定向分一井定向和两井定向。 1一井定向 （1）投点 投点所用垂球的重量与钢丝的直 径随井深而异。 由于井筒内受气流、滴水的影响， 使垂球线发生偏移和不停的摆动， 故投点分稳定投点和摆动投点。,14-4 竖井联系测量,二、几何定向 1一井定向 （2）连接测量 选择C和C时应满足如下要求： CD和CD长度应大于20m； C和C点应尽可能在AB的延长线上，即、，和 不应大于2 b/c、b/c一般应小于1.5，即C和C应尽量

11、靠近垂球线。,14-4 竖井联系测量,二、几何定向 1一井定向 （3）内业计算 规范规定：地面上 不应超过2mm；地下 不应大于4mm。,14-4 竖井联系测量,二、几何定向 1一井定向 （3）内业计算 当 时， 时，可用正弦公式计算。,14-4 竖井联系测量,二、几何定向 1一井定向 （3）内业计算,14-4 竖井联系测量,二、几何定向 1一井定向 （4）一井定向的误差 定向误差包括：地面的连接误差m上；地下的连接误差m下；投向误差。 井下一次独立定向的定向边CD方位角的中误差为,14-4 竖井联系测量,二、几何定向 2两井定向 在两井筒各下放一根垂球线，然后在地面和井下分 别将其连接，形成

12、一个闭合环，从而把地面坐标系 的平面坐标和方位角引测到井下。 （1）投点 投点的方法和要求与一井定向相同。,14-4 竖井联系测量,二、几何定向 2两井定向 （2）连接测量 对井上、井下布设的导线 事先要做误差预计。根据 使用的仪器、采用的测量 方法、导线布设的方案， 估算一次定向测量的中误 差，若不超过20，这个方案才能使用。,14-4 竖井联系测量,二、几何定向 2两井定向 （3）内业计算 根据地面导线计算两垂球线的坐标，反算连线的 方位角AB和长度c。 假定井下导线为独立坐标系，以A点为原点，以A1为x轴，用导线计算方法计算出B点的坐标，得 。反算AB的假定方位角和长度c。,14-4 竖

13、井联系测量,二、几何定向 2两井定向 （3）内业计算,fc不应大于2倍连接测量的中误差。,其全长相对闭合差,。,14-4 竖井联系测量,三、通过竖井传递高程 1用钢尺导入高程 井下B点高程 其中：,14-4 竖井联系测量,三、通过竖井传递高程 2光电测距仪导入高程法 （1）用光电测距仪测出井深L，将高程导入地下,14-4 竖井联系测量,三、通过竖井传递高程 2光电测距仪导入高程法 （2）则井下B点的高程：,14-5 隧道洞内导线与洞内中线测量,一、洞内导线测量 1. 地下导线测量的特点 （1）地下导线随隧道的开挖而向前延伸，所以只能逐段设支导线。而支导线采用重复观测的方法进行检核。 （2）导线

14、在地下开挖的坑道内敷设，因此其导线形状（直伸或曲折）完全取决于坑道的形状，导线点选择余地小。 （3）地下导线是先敷设精度较低的施工导线，然后再敷设精度较高的基本控制导线。,14-5 隧道洞内导线与洞内中线测量,一、洞内导线测量 2. 地下导线的布设 （1）施工导线：在开挖面向前推进时，用以进行放样且指导开挖的导线测量，施工导线的边长一般为2550m。 （2）基本控制导线：当掘进长度达100300m以后，为了检查隧道的方向是否与设计相符合，并提高导线精度，选择一部分施工导线点布设边长较长，精度较高的基本控制导线，基本导线的边长一般为50100m。,14-5 隧道洞内导线与洞内中线测量,一、洞内导

15、线测量 2. 地下导线的布设 （3）主要导线：当隧道掘进大于2km时，可选择一部分基本导线点敷设主要导线，主要导线的边长一般为150800m（用测距仪测边）。,14-5 隧道洞内导线与洞内中线测量,一、洞内导线测量 2. 地下导线的布设,14-5 隧道洞内导线与洞内中线测量,一、洞内导线测量 3. 地下导线的外业 （1）选点。隧道中的导线点要选在坚固的地板或顶板上，应便于观测，易于安置仪器，通视较好；边长要大致相等，不小于20m。 （2）测角。隧道中的导线点如果在顶板上，就需点下对中（又称镜上对中），要求经纬仪有镜上中心。地下导线一般用测回法、复测法，观测时要严格进行对中，瞄准目标或垂球线上的

16、标志。,14-5 隧道洞内导线与洞内中线测量,一、洞内导线测量 3. 地下导线的外业 （3）量边。一般是悬空丈量。 如果是倾斜巷道，又是点下对中，还要测出竖直角,14-5 隧道洞内导线与洞内中线测量,一、洞内导线测量 4. 地下导线测量的内业 导线测量的计算与地面相同（支导线的形式）。 根据对支导线的误差分析，得到如下结论： （1）测角误差对导线点位的影响，随测站数的增加而增大，故尽量增长导线边，以减少测站数。 （2）量边的偶然误差影响较小，系统误差影响大。 （3）测角误差直接影响导线的横向误差，对隧道贯通影响较大；测边误差影响纵向误差。,14-5 隧道洞内导线与洞内中线测量,二、隧道的中线测设 在全断面掘进的隧道中，常用中线给出隧道的掘进方向。,14-5 隧道洞内导线与洞内中线测量,二、隧道的中线测设 如果A点离掘进工作面较远，则在工作面近处建立新的中线D，A与D之间不应大于是100m。在工作面附近，用正倒镜分中法设立临时中线点D、E、F，都埋设在顶板上。D、E、F之间的距离不宜小于5m。,14-6 隧道洞内水准测