工程隧道施工测量.ppt

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1、第七章第七章 隧道施工测量隧道施工测量7-1 7-1 隧道施工的特点及隧道施工的特点及 施工施工测量的任量的任务和内容和内容7-2 7-2 隧道隧道贯通通误差差 7-3 7-3 隧道洞外控制隧道洞外控制测量量7-4 7-4 进洞关系洞关系计算和算和进洞洞测量量7-5 7-5 隧道洞内控制隧道洞内控制测量量7-6 7-6 隧道施工中隧道施工中线测设7-17-1 隧道施工的特点及隧道施工的特点及施工测量的任务和内容施工测量的任务和内容 为了保了保证工期，常利用增加开挖面的方工期，常利用增加开挖面的方法，将整个隧道分成若干段同法，将整个隧道分成若干段同时施工；施工；一、隧道施工的特点一、隧道施工的特

2、点 开挖开挖顺着中着中线不断地向洞内延伸，不断地向洞内延伸，衬砌和砌和洞内建筑物（避洞内建筑物（避车洞、排水沟、洞、排水沟、电缆槽等）槽等）的施工的施工紧跟其后，不等跟其后，不等贯通，隧道内的大通，隧道内的大部分建筑物已部分建筑物已经建成；建成；增加开挖面的主要方法有：增加开挖面的主要方法有：设置平行置平行导坑或在坑或在隧道中部隧道中部设置横洞、斜井或置横洞、斜井或竖井。井。二、隧道施工测量的主要任务二、隧道施工测量的主要任务保保证洞内各洞内各项建筑物以建筑物以规定的精度按照定的精度按照设计位置修建，不得侵入建筑限界。位置修建，不得侵入建筑限界。保保证相向开挖的工作面，按照相向开挖的工作面，按

3、照规定的精定的精度在度在预定位置定位置贯通；通；两个开挖面相向开挖，在两个开挖面相向开挖，在预定位置挖通称定位置挖通称为贯通。通。贯通后，由两端分通后，由两端分别引引进的的线路路中中线，应按按设计规定的精度正确定的精度正确衔接。接。1.洞外总体控制洞外总体控制2.作作为指指导隧道施工的隧道施工的测量工作，在隧量工作，在隧道开挖前一般要建立具有必要精度的、独道开挖前一般要建立具有必要精度的、独立的隧道洞外施工控制网，作立的隧道洞外施工控制网，作为引引测进洞洞的依据；的依据；对于于较短的隧道，可不必短的隧道，可不必单独建独建立洞外施工控制网，而以立洞外施工控制网，而以经隧道施工复隧道施工复测、调整

4、后并确整后并确认的洞外的洞外线路中路中线控制控制桩为引引测进洞的依据。洞的依据。三、隧道施工测量的特点三、隧道施工测量的特点2.2.洞内分级控制洞内分级控制 洞内控制点控制正式中洞内控制点控制正式中线点（正式中点（正式中线点是点是洞内洞内衬砌和洞内建筑物施工放砌和洞内建筑物施工放样的依据）的依据），正式中，正式中线点控制点控制临时中中线点；点；临时中中线点点控制掘控制掘进方向。方向。洞内高程控制与平面相仿，洞内高程控制与平面相仿，临时水准点水准点控制开挖面的高低，正式水准点控制洞内控制开挖面的高低，正式水准点控制洞内衬砌和洞内建筑物的高程位置。砌和洞内建筑物的高程位置。对于采用全断面开挖法开挖

5、的隧道，其于采用全断面开挖法开挖的隧道，其测量量过程与先挖程与先挖导坑后坑后扩大成型开挖的隧道大成型开挖的隧道基本一基本一样，不同的是，不同的是对临时中中线点、点、临时水准点的水准点的测设精度要求精度要求较高，或者是直接高，或者是直接测设正式中正式中线点、正式水准点。点、正式水准点。3.3.开挖方法影响测量方式开挖方法影响测量方式 先先导坑后坑后扩大成型法大成型法对隧道的位置隧道的位置还有一定有一定的的纠正余地，隧道施工正余地，隧道施工测量可先粗后精；量可先粗后精；全断面开挖法一次成型，隧道施工全断面开挖法一次成型，隧道施工测量必量必须一次到位。一次到位。4.4.隧道施工的特殊环境对控制点布设

6、提出特隧道施工的特殊环境对控制点布设提出特殊要求殊要求 隧道隧道贯通前，洞内平面控制通前，洞内平面控制测量只能采量只能采用支用支导线的形式，的形式，测量量误差随着开挖的延差随着开挖的延伸而伸而积累。洞外控制网和洞内施工控制累。洞外控制网和洞内施工控制测量量应保保证必要的精度。必要的精度。控制点控制点应设置在不易被破坏的位置置在不易被破坏的位置处。四、隧道施工测量的主要内容四、隧道施工测量的主要内容 洞外平面控制洞外平面控制测量；量；洞外高程控制洞外高程控制测量；量；洞内平面控制洞内平面控制测量；量；洞内高程控制洞内高程控制测量；量；进洞洞测量；量；洞内中洞内中线测设；贯通通误差差调整；整；竣工

7、竣工测量。量。7-2 7-2 隧道贯通误差隧道贯通误差 一、贯通误差及其对隧道贯通的影响一、贯通误差及其对隧道贯通的影响 相向开挖的两条施工中相向开挖的两条施工中线上，具有上，具有贯通通面里程的中面里程的中线点不重合，两点点不重合，两点连线的空的空间线段称段称为贯通通误差。差。实际的的贯通通误差差只有在只有在贯通后才通后才能确定！能确定！贯通通面面1.贯通误差的分类贯通误差的分类贯通通误差在水平面上的正射投影称差在水平面上的正射投影称为平面平面贯通通误差；差；在在铅垂面上的正射投影称垂面上的正射投影称为高程高程贯通通误差，差，简称高程称高程误差。差。贯通通面面平面贯通误差在水平面内可分解为两个

8、分量：平面贯通误差在水平面内可分解为两个分量：与与贯通面平行的分量，称通面平行的分量，称为横向横向贯通通误差，差，简称横向称横向误差；差；与与贯通面垂直的分量，称通面垂直的分量，称为纵向向贯通通误差，差，简称称纵向向误差。差。贯通通面面2.贯通误差对隧道贯通的影响贯通误差对隧道贯通的影响高程高程误差主要影响差主要影响线路坡度。路坡度。纵向向误差影响隧道中差影响隧道中线的的长度和度和线路的路的设计坡度。坡度。横向横向误差影响差影响线路方向，如果超路方向，如果超过一定的一定的范范围，就会引起隧道几何形状的改，就会引起隧道几何形状的改变，甚，甚至造成侵入建筑限界而迫使大段至造成侵入建筑限界而迫使大段

9、衬砌拆除砌拆除重建，既重建，既给工程造成重大工程造成重大经济损失又延失又延误了工期。因此，必了工期。因此，必须对横向横向误差加以限制。差加以限制。3.横向误差和高程误差的限差横向误差和高程误差的限差两开挖洞两开挖洞口口间长间长度度（km）448810101313171720横向横向贯贯通通误误差差（mm）100150200300400 500高程高程贯贯通通误误差差（mm）504.影响贯通误差的主要因素及其分解影响贯通误差的主要因素及其分解由于洞外控制由于洞外控制测量、洞内外量、洞内外联系系测量、洞内控量、洞内控制制测量和洞内中量和洞内中线放放样等等项误差的共同影响。差的共同影响。一般将洞外平

10、面控制一般将洞外平面控制测量的量的误差做差做为影响隧道影响隧道横向横向贯通通误差的一个独立的因素，将两相向开差的一个独立的因素，将两相向开挖的洞内挖的洞内导线测量的量的误差各差各为一个独立的因素，一个独立的因素，按照等影响原按照等影响原则确定相确定相应的横向的横向贯通通误差。差。高程控制高程控制测量中，洞内、洞外高程量中，洞内、洞外高程测量的量的误差差对高程高程贯通通误差的影响，按相等原差的影响，按相等原则分配。分配。5.控制测量对贯通精度影响的限值控制测量对贯通精度影响的限值测量部位横 向 中 误 差 （mm）高 程中误差mm相 邻 两 开 挖 洞 口 间 长 度（km）4488101013

11、 1317 1720洞 外3045609012015018洞 内40608012016020017洞外、洞内总影响507510015020025025二、贯通误差估算二、贯通误差估算1.1.导线测量误差对横向贯通精度的影响导线测量误差对横向贯通精度的影响（mm）测角角误差的影响差的影响设RX 为导线环在隧道两洞口在隧道两洞口连线的一列的一列边上上的各点至的各点至贯通面的垂直距离（通面的垂直距离（m），），则导线的的测角中角中误差差m （）对横向横向贯通中通中误差的差的影响影响为：贯通通误差估算的方法因控制网的形式不同而异差估算的方法因控制网的形式不同而异RX1RX2RX3RX4RX5RX6RX

12、7RX812345678（mm）xy贯通面贯通面 测距距误差的影响差的影响设导线环在在邻近隧道两洞口近隧道两洞口连线的一列的一列测边上上的各的各边对贯通面上的投影通面上的投影长度度为 dy (m)，导线边长测量的相量的相对中中误差差为 ml/l ，则由于由于测距距误差差对贯通面上横向中通面上横向中误差的影响差的影响为：dy2dy412345678dy1贯通面贯通面dy5dy7 受角度受角度测量量误差和距离差和距离测量量误差的共同影差的共同影响，响，导线测量量误差差对贯通面上横向通面上横向贯通中通中误差的影响差的影响为：方法方法1.1.按照按照严密公式密公式计算算(公式与方法公式与方法见新建新建

13、铁路路测量量规范（条文范（条文说明）明）)2.2.三角测量误差对横向贯通精度的影响估算三角测量误差对横向贯通精度的影响估算12345678方法方法2.2.按按导线估算（偏于安全，目前不提倡）估算（偏于安全，目前不提倡）3.高程控制测量对高程贯通误差的影响高程控制测量对高程贯通误差的影响估算估算在在贯通面上，受洞外或洞内高程控制通面上，受洞外或洞内高程控制测量量误差影响而差影响而产生的高程中生的高程中误差差为：式中，式中，M 为每千米水准每千米水准测量的偶然中量的偶然中误差，差，以以mm计；L为洞外或洞内两开挖洞口洞外或洞内两开挖洞口间高高程路程路线长度的公里数。度的公里数。算算 例例例例7-1

14、7-1某某铁路隧道路隧道为直直线隧道，隧道，设计长度度为L L=1136.29m=1136.29m，洞外平面控制，洞外平面控制设计为单导线，其布，其布设如如图。试确定确定测量等量等级并并判定判定该设计方案能否方案能否满足足贯通的精度要求。通的精度要求。（1 1）图解相关数据解相关数据A、F为导线的始、终点，亦为隧道洞口控制点。以洞外导线的始点A做为坐标系原点，以隧道中线按里程增加方向为X 轴正向，建立测量坐标系。在地形图上，各导线点A、B、C、D、E、F在贯通面方向上的垂足分别为A、B，C、D、E、F，量算出各导线点的垂距 RX 及各导线边在贯通面方向上的投影长度 dy，其结果于表7-3 中。

15、解解（2）确定隧道洞外平面控制）确定隧道洞外平面控制测量等量等级 本例隧道长度小于 2 km，根据表7-5 洞外导线测量适用长度知，洞外导线可布设为五等，即导线测角中角中误差差为 m=4.0，边长相相对中中误差差为 ml/l=1/20000。（3）估算洞外）估算洞外导线测量量误差差对贯通的影响通的影响 洞外导线测量误差对贯通的影响列表计算如下表7-3 洞外导线测量误差对横向贯通影响各各导线导线点至点至贯贯通面的垂距通面的垂距RX各各导线边导线边在在贯贯通面方向的投通面方向的投影影长长度度dy点点 名名RX（m）RX2（m2）导导 线线 边边dy（m）dy2（m2）B400160000AB140

16、19600C15025500BC401600D25062500CD16025600E480230400DE704900EF1301690047540068600=13.4（mm）=13.1（mm）=18.7（mm）洞外导线测量中误差对隧道的影响预计是洞外导线测量中误差对隧道的影响预计是18.7mm，其允许值是其允许值是30mm，显然该洞外导显然该洞外导线测量设计可行。线测量设计可行。注意：注意：计算洞外算洞外导线测角角误差影响差影响值时，不，不应计入始、入始、终点（即洞口控制点（即洞口控制桩）。但在引）。但在引入洞内入洞内导线时，两洞口控制，两洞口控制桩上需上需测角，角，故其故其测角角误差差应

17、计入洞内的入洞内的测量量误差。差。7-3 7-3 隧道洞外控制测量隧道洞外控制测量直直线隧道隧道长度大于度大于1000m，曲，曲线隧道隧道长度大度大于于 500 m，均，均应根据横向根据横向贯通精度要求通精度要求进行行隧道平面控制隧道平面控制测量量设计。两相两相邻开挖洞口（包括横洞口、斜井口）开挖洞口（包括横洞口、斜井口）高程路高程路线长度大于度大于5000m，应根据高程根据高程贯通通精度要求精度要求进行隧道高程控制行隧道高程控制测量量设计。一、洞外平面控制测量一、洞外平面控制测量对于直于直线隧道，洞外平面控制隧道，洞外平面控制测量的量的目的主要是目的主要是获取两端洞口取两端洞口较为精确的精确

18、的点的平面位置和引点的平面位置和引测进洞的方向；洞的方向；对于曲于曲线隧道，洞外平面控制隧道，洞外平面控制测量除具量除具有与直有与直线隧道相同的目的外，隧道相同的目的外，还在于在于间接求算隧道所在曲接求算隧道所在曲线的的转向角及两端洞向角及两端洞口控制口控制桩与交点的相与交点的相对位置，位置，进而按而按设计选配的配的圆曲曲线半径和半径和缓和曲和曲线长重新重新确定隧道中确定隧道中线的位置。的位置。1.1.中线法中线法 中中线法一般只能用于短于法一般只能用于短于1000 m1000 m的直的直线隧隧道和短于道和短于500 m500 m的曲的曲线隧道的洞外平面控制。隧道的洞外平面控制。建立洞外平面控

19、制的常用的方法有：中建立洞外平面控制的常用的方法有：中线法、法、精密精密导线法、三角网和法、三角网和GPSGPS网等。网等。先将洞内先将洞内线路中路中线点的平面位置点的平面位置测设于地于地面，面，经检核确核确认该段中段中线与两端相与两端相邻线路中路中线能能够正确正确衔接后，方可以此作接后，方可以此作为依据，依据，进行引行引测进洞和洞内中洞和洞内中线测设。2.2.精密导线法精密导线法 导线最短最短边长不不应小于小于300m，相，相邻边长的的比不比不应小于小于1：3，并尽量采用，并尽量采用长边，以减小，以减小测角角误差差对导线横向横向误差的影响。差的影响。用用导线方式建立隧道洞外平面控制方式建立隧

20、道洞外平面控制时，导线点点应沿两端洞口的沿两端洞口的连线布布设。导线点的位置点的位置应根据隧道的根据隧道的长度和度和辅助坑助坑道的数量及分布情况，并道的数量及分布情况，并结合地形条件和合地形条件和仪器器测程程选择。导线的水平角一般采用方向的水平角一般采用方向观测法。当水法。当水平角只有两个方向平角只有两个方向时，可按奇数和偶数，可按奇数和偶数测回回分分别观测导线的左角和右角，的左角和右角，这样可以可以检查出出测角角仪器的器的带动误差，数据差，数据处理理时可以可以较大程度地消除此大程度地消除此项误差的影响。差的影响。导线的内的内业计算一般采用算一般采用严密平差法，密平差法，对于四、五等于四、五等

21、导线也可采用近似平差也可采用近似平差计算算 隧道洞外隧道洞外导线应组成成闭合合环，一个控制网中，一个控制网中导线环的个数的个数应不少于不少于 4 个；每个个；每个环的的边数数约为 46 条，条，应尽可能将两端洞口控制点尽可能将两端洞口控制点纳入到入到导线网中。网中。3.3.三角网法三角网法三角三角测量建立隧道洞外平面控制量建立隧道洞外平面控制时，一般，一般是布是布设成成单三角三角锁的形式。的形式。对于直于直线隧道，一排三角点隧道，一排三角点应尽量沿尽量沿线路路中中线布布设。条件。条件许可可时，可将，可将线路中路中线做做为三角三角锁的一条基本的一条基本边，布，布设为直伸三角直伸三角锁。以减小。以

22、减小边长误差差对横向横向贯通的影响。通的影响。对于曲于曲线隧道，隧道，应尽量沿着两洞口的尽量沿着两洞口的连线方向布方向布设，以减弱，以减弱边长误差差对横向横向贯通的通的影响。影响。二、洞外高程控制测量二、洞外高程控制测量洞外高程控制洞外高程控制测量的任量的任务，是按照，是按照测量量设计中中规定的精度要求，以洞口附近一个定的精度要求，以洞口附近一个线路定路定测点的高程点的高程为起算高程，起算高程，测量并量并传算到隧道算到隧道另一端洞口与另一个定另一端洞口与另一个定测高程点高程点闭合。合。闭合的高程差合的高程差应设断高，或推算到路基段断高，或推算到路基段调整。整。这样，既使整座隧道具有，既使整座隧

23、道具有统一的高程系一的高程系统，又使之与相，又使之与相邻线路正确路正确衔接，从而保接，从而保证隧道按隧道按规定精度在高程方面正确定精度在高程方面正确贯通，保通，保证各各项建筑物在高程方面按建筑物在高程方面按规定限界修建。定限界修建。洞外高程测量的等级划分 隧道高程控制隧道高程控制测量一般采用水淮量一般采用水淮测量，量，对于四、五等高程控制于四、五等高程控制测量也可采用光量也可采用光电测距距三角高程三角高程测量。量。高程控制测量误差对高程贯通精度的影响高程控制测量误差对高程贯通精度的影响 受洞外或洞内高程控制受洞外或洞内高程控制测量的量的误差影响，差影响，贯通面上所通面上所产生的高程中生的高程中

24、误差按下式估算：差按下式估算：式中：式中：m为每千米水准每千米水准测量高差中数的偶然中量高差中数的偶然中误差，差，以以mm计；L为洞外或洞内两开挖洞口洞外或洞内两开挖洞口间水准路水准路线长度，度，以以km计。每千米水准测量高差中数的偶然中误差计算每千米水准测量高差中数的偶然中误差计算例例72 某某铁路路直直线隧隧道道，设计长度度为5246m，分分别由由两两端端洞洞口口相相向向开开挖挖。两两端端洞洞口口分分别埋埋设四四 个个 水水 准准 点点：BM23、BM23 1和和 BM24、BM241，其其中中BM23和和BM24 为定定测线路路水水准准点点。洞洞外外高高程程控控制制测量量设计为四四等等水

25、水准准测量量，布布设六六个个临时水水准准点点。各各测段段水水准准路路线长度度、往往返返测高高差差观测值及及高高程程计算算列列于于表表中中，试计算算每每千千米米水水准准测量量高高差差中中数数的的偶偶然然中中误差差m，并估算，并估算mh。表 711往返测高差观测值及高程计算 每千米水准测量高差中数的偶然中误差计算高程贯通中误差为：高程贯通中误差为：可可见见，该该项项洞洞外外高高程程控控制制测测量量对对贯贯通通面面上上所所产产生生的的高程贯通中误差的影响满足精度要求。高程贯通中误差的影响满足精度要求。7-4 7-4 进洞关系计算和进洞测量进洞关系计算和进洞测量控制控制测量确量确认了隧道两端了隧道两端

26、线路中路中线控制控制桩与洞外平面控制点的相与洞外平面控制点的相对位位置关系。置关系。根据洞外控制根据洞外控制测量成果，量成果，计算由洞算由洞外控制点引外控制点引测进洞洞测设数据，据此数据，据此指指导隧道的隧道的进洞及洞内开挖，称洞及洞内开挖，称为进洞关系洞关系计算算 。进洞关系计算和进洞测量的主要任务进洞关系计算和进洞测量的主要任务 1.1.确定隧道中确定隧道中线与平面控制网与平面控制网之之间的关系；的关系；2.2.在洞内控制建立之前，指在洞内控制建立之前，指导中中线进洞和洞内开挖。洞和洞内开挖。隧道进洞测设的主要方法隧道进洞测设的主要方法极坐标法极坐标法将将隧隧道道的的中中线控控制制桩纳入入

27、洞洞外外平平面面控控制制网网，控控制制测量量完完成成后后，即即可可求求得得它它们的的精精确确坐坐标。根根据据这些些点点的的坐坐标和和洞洞口口（或或洞洞内内）中中线点点的的坐坐标，反反算算出出极极坐坐标法法的的放放样数数据，据，进而而现场测设。ABCD7-5 7-5 隧道洞内控制测量隧道洞内控制测量洞内控制洞内控制测量起始于两端洞口量起始于两端洞口处的洞外的洞外控制点，随着隧道的开挖而向前延伸。控制点，随着隧道的开挖而向前延伸。因此，只能敷因此，只能敷设成支成支线形式，其形状完形式，其形状完全取决于隧道的形状；全取决于隧道的形状；只能用重复只能用重复观测的方法的方法进行行检核。核。一、洞内平面控

28、制测量一、洞内平面控制测量洞内平面控制通常有两种形式，即中洞内平面控制通常有两种形式，即中线形形式和式和导线形式。形式。中中线形式就是以定形式就是以定测精度或稍高于定精度或稍高于定测精精度，在洞内按中度，在洞内按中线测量的方法量的方法测设隧道中隧道中线。这种方法只适用于短隧道。种方法只适用于短隧道。洞内洞内导线主要有以下几种形式：主要有以下几种形式：1.单导线单导线2.导线环导线环3.主副导线环主副导线环4.交叉导线交叉导线5.旁点导线旁点导线洞内导线应注意的问题洞内导线应注意的问题导线点点应尽量布尽量布设在施工干在施工干扰小、通小、通视良好、良好、地地层稳固的地方；固的地方；点点间视线应离开

29、洞内离开洞内设施施0.2 m 以上；以上；导线的的边长在直在直线地段不宜短于地段不宜短于200m，在曲在曲线地段不宜短于地段不宜短于70 m，并尽量并尽量选择长边和接和接近等近等边；导线点点应埋于坑道底板面以下埋于坑道底板面以下1020cm，上上面盖面盖铁板以保板以保护桩面及面及标志中心不受志中心不受损坏，坏，为便于便于寻找，找，应在在边墙上用上用红油漆油漆预以以标注；注；采用双照准法采用双照准法测角，角，测回回间要重新要重新对中中仪器器和和觇标，以减小，以减小对中中误差和差和对点点误差的影响；差的影响；由洞外引向洞内的由洞外引向洞内的测角工作，宜在夜晚或阴角工作，宜在夜晚或阴天天进行，以减小

30、折光差的影响；行，以减小折光差的影响；洞内洞内导线应重复重复观测，定期，定期检查；设立新点前必立新点前必须检查与之相关的既有与之相关的既有导线点，点，在在对既有既有导线点确点确认的基的基础上上测量新点量新点;应构成多构成多边形形闭合合导线或主副或主副导线环；当有平行当有平行导坑坑时，应利用横向通道，使平行利用横向通道，使平行导坑的坑的单导线与正洞的与正洞的导线联测，以，以资检核。核。二、洞内高程控制测量二、洞内高程控制测量洞内高程控制洞内高程控制测量的目的，是由洞口高程控制点向量的目的，是由洞口高程控制点向洞内洞内传递高程，即高程，即测定洞内各高程控制点的高程，定洞内各高程控制点的高程，做做为

31、洞内施工高程放洞内施工高程放样的依据。的依据。洞内洞内应每隔每隔200500m设立一立一对高程控制点。高程高程控制点。高程控制点可控制点可选在在导线点上，也可根据情况埋点上，也可根据情况埋设在隧道在隧道的的顶板、底板或板、底板或边墙上。上。当采用水准当采用水准测量量时，应进行往返行往返观测；采用光；采用光电测距三角高程距三角高程测量量时，应进行行对向向观测;三等及以上的高程控制三等及以上的高程控制测量量应采用水准采用水准测量，四、量，四、五等可采用水准五等可采用水准测量或光量或光电测距三角高程距三角高程测量量;高程高程导线宜构成宜构成闭合合环。洞内高程控制洞内高程控制测量采用水准量采用水准测量量时，除采，除采用常用常规的方法外，有的方法外，有时为避免施工干避免施工干扰还采用倒尺法采用倒尺法传递高程。高程。应用倒尺法用倒尺法传递高程高程时，规定倒尺的定倒尺的读数数为负值，则高差的高差的计算与常算与常规水准水准测量方量方法相同：法相同：hAB=a-b 计算检核：