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1、主要测量工作主要测量工作 洞口投点及线路进洞关系计算洞口投点及线路进洞关系计算隧道洞门仰坡放样隧道洞门仰坡放样导坑延伸的中线测量导坑延伸的中线测量施工断面测量施工断面测量竣工测量及运营时期的测量竣工测量及运营时期的测量第1页/共42页进洞关系的计算和进洞测量进洞关系的计算和进洞测量洞外控制测量后，应把各洞口的线路中线控洞外控制测量后，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外控制点和中线控制桩的坐标纳入同一坐标系统内，先进行
2、坐标变换计算，得到控制点系统内，先进行坐标变换计算，得到控制点的新坐标。的新坐标。一般在直线段以线路中线作为一般在直线段以线路中线作为x x轴；曲线上则轴；曲线上则以一条切线方向作为以一条切线方向作为x x轴。用线路中线点和控轴。用线路中线点和控制点的坐标，反算两点的距离和方位角，从制点的坐标，反算两点的距离和方位角，从而确定进洞测量的数据。而确定进洞测量的数据。直线隧道曲线隧道第2页/共42页直线隧道直线隧道1移桩法如图142所示，空口两端线路控制点A、B、C、D是按定测精度测设的，它们并不是严格位于同一条直线上。经精测A、B、C、D后，可以A为原点，AB方向为纵轴，计算出C、D两点相应的偏
3、离值yc、yd和角，将经纬仪分别安置在C和D上，拔角量出垂线yc和yd，即可移桩定出C和D点，再将经纬仪安置于D点，照准C即得进洞方向。当偏移量较大时，为保持原设计的线路平面位置和方向的一致性，可用洞口两端的A、D两点连线作纵轴，将B、C移至中线上。第3页/共42页直线隧道直线隧道2拔角法如图143，当以AD为坐标纵轴时，可根据A、B及C、D点的坐标，反算出水平角和，即可得到进洞方向。通常为了施工测量方便，亦可将B、C两点移到中线上的B、C点上。第4页/共42页曲线隧道曲线隧道曲线隧道两端洞口的每条切线上已有两个投点的坐标在控制网中得到，如图144中的A、G和D、E。经坐标变换后，以A点为坐标
4、系原点，AG的切线方向为y轴，其进洞关系的计算步骤如下：第5页/共42页曲线隧道曲线隧道1坐标变换后，得到A、G、D、E各点的新坐标。根据这些新坐标反算得到AG、DE的方位角；两方位角相减得到曲线精测的转向角，它的精度较之定测角值精确，并与各点的坐标相一致。2计算交点的坐标因为AG切线与y轴重合或平行，故JD的x坐标为零或选定值，它是已知的；只需计算出JD的y坐标值即可。（144）3根据精测算得的和选定的曲线半径R和缓和曲线长，计算出曲线要素。第6页/共42页曲线隧道曲线隧道4选定洞口外面一个中线控制桩的里程，使其和定测里程一致，例如选定A点。由此从A推算隧道范围内其它中线控制点的里程，到隧道
5、另一端洞口外的中线控制点上出现断链，这是由于精测长度和定测长度不一致所致，这种里程称为隧道施工里程。5计算任一中线点的坐标要想在洞中测设出任一中线点的位置，必须先知道该点的施工里程，使它与曲线控制桩的施工里程相比较，才能确定该点是在直线上，还是在曲线上，并且知道该点距中线控制桩有多远。由于任一中线点的位置不同，所以计算坐标的方法也不同，现分别说明如下：(1)中线点在直线上如图144所示，进口洞门在一直线上，而N1点在出口端的另一直线上。在已知各点的施工里程DK进口、DKN1（不能用定测里程）的情况下，则 x进口0 y进口DK进口DKA （145）第7页/共42页曲线隧道曲线隧道(2)中线点在缓
6、和曲线上首先计算出它们的切线坐标（计算到mm或0.1mm），然后将切线坐标转换为统一坐标。第8页/共42页曲线隧道曲线隧道例如在图145中，统一坐标系的坐标轴为x、y轴；ZH端的切线坐标系为x、y轴；HZ端的切线坐标系为x”、y”轴。假设统一坐标系的y轴平行于x轴，则中线点N2、N3的统一坐标推算如下：（146）（147）式中 、N2点的切线坐标；、N3点的切线坐标。(3)中线点在圆曲线上当中线点位于圆曲线上时，最好通过圆心来计算它们的坐标。如图146中，N4点在圆曲线上，则圆心O的统一坐标为：（148）而ON4的坐标方位角为：（149）（1410）第9页/共42页曲线隧道曲线隧道按上述方法计
7、算出测设中线点的坐标后，再根据控制网点的坐标，反算出两点间的距离和方位角，利用极坐标法即可确定洞门的位置和进洞方向。如图147，H为出口洞门的设计位置，D、E为切线方向的控制点，根据D、H点坐标可以算出距离SDH及方位角DH；根据D、E坐标可以算出方位角DE，根据两方位角之差可以求得水平角。将经纬仪按在D点，后视E点，转一角度，沿此方向丈量距离SDH，即可定出洞门出口位置H点。第10页/共42页由洞外向洞内传递方向和坐标由洞外向洞内传递方向和坐标为了加快施工进度，隧道施工中除了进出洞口之外，还会用斜井、横洞或竖井来增加施工开挖面。为此就要经由它们布设导线，把洞外导线的方向和坐标传递给洞内导线，
8、构成一个洞内、外统一的控制系统，这种导线称为联系导线，如图148。联系导线属支导线性质，其测角误差和边长误差直接影响隧道的横向贯通精度，故使用中必须多次精密测定、反复校核，确保无误。当由竖井进行联系测量时，可以采用垂准仪光学投点、陀螺经纬仪定向的方法，来传递坐标和方位。第11页/共42页由洞外向洞内传递高程由洞外向洞内传递高程 经由斜井或横洞向洞内传递高程时，一般均采用往返水准测量，当高差较差合限时取平均值的方法。由于斜井坡度较陡，视线很短，测站很多，加之照明条件差，故误差积累较大，每隔10站左右应在斜井边脚设一临时水准点，以便往返测量时校核。近年来用光电测距三角高程测量的方法来传递高程，已得
9、到愈来愈广泛的应用，大大提高了工作效率，但应注意洞中温度的影响，以及应采用对向观测的方法。经由竖井传递高程时，过去一直采用悬挂钢尺的方法，即在井上悬挂一根经过检定的钢尺（或钢丝），尺零点下端挂一标准拉力的重锤，如图149所示，在井上、井下各安置一台水准仪，同时读取钢尺读数l1和l2，然后再读取井上、井下水准点的尺读数a、b，由此可求得井下水准点B的高程：第12页/共42页由洞外向洞内传递高程由洞外向洞内传递高程HB=HA+a-(l1-l2)+t+k-b （1411）式中 HA井上水准点A的高程；a、b井上、井下水准尺读数；l1、l2井上、井下钢尺读数，Ll1-l2；t钢尺温度改正数，tL（t均
10、-t0）；钢尺膨胀系数，取1.2510-5/；t均井上、井下平均温度；t0钢尺检定时的温度；k钢尺尺长改正数，k=(Ll)l；l和l分别是 钢尺的名义长度和它的尺长改正数。第13页/共42页由洞外向洞内传递高程由洞外向洞内传递高程如果在井上装配一如果在井上装配一托架，安装上光电测距仪，使照准头向下直接瞄准井底的反光镜测出井深Dh，然后在井上、井下用两台水准仪，同时分别测定井上水准点A与测距仪照准头转动中心的高差（a上b上）、井下水准点B与反射镜转动中心的高差（b下a下），求得井下水准点B的高程HB HB=HA+HB=HA+（a a上上b b上）上）+（b b下下a a下）下）用光电测距仪测井深
11、的方法远比悬挂钢尺的方法快速、准确，尤其是对于50m以上的深井测量，更显现出其优越性。第14页/共42页隧道洞内中线测量隧道洞内中线测量 洞内中线测量洞内中线测量 洞内临时中线的测设洞内临时中线的测设第15页/共42页 洞内中线测量洞内中线测量隧道洞内施工，是以中线为依据来进行。当洞内敷设导隧道洞内施工，是以中线为依据来进行。当洞内敷设导线之后，导线点不一定恰好在线路中线上，更不可能恰线之后，导线点不一定恰好在线路中线上，更不可能恰好在隧道的结构中线上（即隧道轴线上）。而隧道衬砌好在隧道的结构中线上（即隧道轴线上）。而隧道衬砌后两个边墙间隔的中心即为隧道中心，在直线部分则与后两个边墙间隔的中心
12、即为隧道中心，在直线部分则与线路中线重合；曲线部分由于隧道衬砌断面的内外侧加线路中线重合；曲线部分由于隧道衬砌断面的内外侧加宽不同，所以线路中心线就不是隧道中心线宽不同，所以线路中心线就不是隧道中心线.第16页/共42页 洞内中线测量洞内中线测量（一）由导线测设中线用精密导线进行洞内隧道控制测量时，为便于施工，应根据导线点位的实际坐标和中线点的理论坐标，反算出距离和角度，利用极坐标法，根据导线点测设出中线点。一般直线地段150200 m；曲线地段60100m，应测设一个永久的中线点。由导线建立新的中线点之后，还应将经纬仪安置在已测设的中线点上，测出中线点之间的夹角，如图1417所示，将实测的检
13、查角与理论值相比较；另外实量45点的距离，亦可与理论值比较，作为另一种检核，确认无误即可挖坑埋入带金属标志的混凝土桩。（二）独立的中线法若用独立的中线法测设，在直线上应采用正倒镜分中法延伸直线；在曲线上一般采用弦线偏角法。测规要求采用独立中线法时，永久中线点间距离：直线上不小于100m，曲线上不小于50m。第17页/共42页洞内临时中线的测设洞内临时中线的测设为了知道隧道洞内开挖方向，随着向前掘进的深入，平面测量的控制工作和中线工作也需紧随其后。当掘进的延伸长度不足一个永久中线点的间距时，应先测设临时中线点，如图1418中的1、2等，点间距离，一般直线上不大于30m，曲线上不大于20m，临时中
14、线点应该用仪器测设。当延伸长度大于永久中线点的间距时，就可以建立一个新的永久中线点，如图中的e。永久中线点应根据导线或用独立中线法测设，然后根据新设的永久中线点继续向前测设临时中线点。当掘进长度距最新的导线点B大于一个导线的设计边长时，就可以建立一个新的导线点C，然后根据C点继续向前测设中线点（图1418）。当采用全断面法开挖时，导线点和永久中线点都应紧跟临时中线点。这时临时中线点要求的精度也较高。第18页/共42页洞内临时中线的测设洞内临时中线的测设第19页/共42页隧道施工测量隧道施工测量 隧道是边开挖、边衬砌，为保证开挖方向正确、开挖断面尺寸符合设计要求，施工测量工作必须要紧紧跟上，同时
15、要保证测量成果的正确性。导坑延伸测量导坑延伸测量上下导坑的联测上下导坑的联测隧道结构物的施工放样隧道结构物的施工放样竣工测量竣工测量第20页/共42页导坑延伸测量导坑延伸测量当导坑从最前面一个临时中线点继续向前掘进时，在直线上延伸不超过30m，曲线上不超过20m的范围内，可采用“串线法”延伸中线。用串线法延伸中线时，应在临时中线点前或后用仪器再设置两个中线点，如图1419中的1、2，其间距不小于5m。串线时可在这三个点上挂上垂球线，先检验三点是否在一直线上，如正确无误，可用肉眼瞄直，在工作面上给出中线位置，指导掘进方向。当串线延伸长度超过临时中线点的间距时（直线为30m、曲线为20m），则应设
16、立一个新的临时中线点。第21页/共42页导坑延伸测量导坑延伸测量如果用激光导向仪，将其挂在中线洞顶部来指示开挖方向，可以定出100m以外的中线点，如图1420所示。这种方法对于直线隧道和全断面开挖的定向，既快捷又准确。第22页/共42页导坑延伸测量导坑延伸测量在曲线导坑中，常用弦线偏距法和切线支距法。弦线偏距法最方便，如图1421所示，A、B为曲线上已定出的两个临时中线点，如要向前定出新的中线点C，要求BC=AB=s，则从B沿CB方向量出长度s，同时从A量出偏距d，将两尺拉直使两长度分划相交，即可定出D点，然后在D、B方向上挂三根垂球线，用串线法指导B、C间的掘进，掘进长度超过临时中线点间距时
17、，由B沿DB延伸方向量出距离s，即可测设出新的临时中线点C。偏距d可按下列近似公式计算圆曲线部分 缓和曲线部分 （1413）式中 s临时中线点间距；R圆曲线半径；缓和曲线全长；B点到ZH（或HZ）的距离第23页/共42页导坑延伸测量导坑延伸测量第24页/共42页上下导坑的联测上下导坑的联测 采用上、下导坑开挖时，每前进一段距离后，上部的临时中线点和下部的临时中线点应通过漏斗联测一次，用以改正上部的中线点或向上部导坑引点。联测时，一般用长线垂球、光学垂准器、经纬仪的光学对点器等，将下导坑的中线点引到上导坑的顶板上，如图1422所示。移设三个点之后，应复核其准确性；测量一段距离之后及筑拱前，应再引
18、至下导坑核对，并尽早与洞口外引入的中线闭合。第25页/共42页隧道结构物的施工放样隧道结构物的施工放样 (一)隧道开挖断面测量在隧道施工中，为使开挖断面能较好的符合设计断面，在每次掘进前，应在开挖断面上，根据中线和轨顶高程，标出设计断面尺寸线。分部开挖的隧道在拱部和马口开挖后，全断面开挖的隧道在开挖成形后，应采用断面自动测绘仪或断面支距法测绘断面，检查断面是否符合要求；并用来确定超挖和欠挖工程数量。测量时按中线和外拱顶高程，从上至下每0.5m（拱部和曲墙）和1.0m（直墙）向左右量测支距。量支距时，应考虑到曲线隧道中心与线路中心的偏移值和施工预留宽度。仰拱断面测量，应由设计轨顶高程线每隔0.5
19、m（自中线向左右）向下量出开挖深度。(二)结构物的施工放样在施工放样之前，应对洞内的中线点和高程点加密。中线点加密的间隔视施工需要而定，一般为510m一点，加密中线点可以铁路定测的精度测定。加密中线点的高程，均以五等水准精度测定。在衬砌之前，还应进行衬砌放样，包括立拱架测量、边墙及避车洞和仰拱的衬砌放样，洞门砌筑施工放样等一系列的测量工作 第26页/共42页竣工测量竣工测量 隧道竣工以后，应在直线地段每50m，曲线地段每20m，或者需要加测断面处，以中线桩为准，测绘隧道的实际净空。测绘内容包括：拱顶高程、起拱线宽度、轨顶水平宽度、铺底或仰拱高程，如图1423所示。当隧道中线统一检测闭合后，在直
20、线上每200500m、曲线上的主点，均应埋设永久中线桩；洞内每1km应埋设一个水准点。无论中线点或水准点，均应在隧道边墙上画出标志，以便以后养护维修时使用。第27页/共42页 隧道贯通误差预计隧道贯通误差预计 贯通误差概述贯通误差概述贯通误差预计贯通误差预计第28页/共42页贯通误差概述贯通误差概述隧道施工进度慢，往往成为控制工期的工程。为了加快施工进度，除了进、出口两个开挖面外，还常采用横洞、斜井、竖井、平行导坑等来增加开挖面。因此，不管是直线隧道还是曲线隧道，开挖总是沿线路中线不断向洞内延伸，洞内线路中线位置测设的误差，就逐步随着开挖的延伸而逐渐积累；另一方面，隧道施工时基本上都是采用边开
21、挖、边衬砌的方法，等到隧道贯通时，未衬砌部分也所剩不多，故可进行中线调整的地段有限。于是，如何保证隧道在贯通时（包括横向、纵向、高程方向），两相向开挖施工中线的相对错位不超过规定的限值，是隧道施工测量的关键问题。但是，在纵向方面所产生的贯通误差，一般对隧道施工和隧道质量不产生影响，从我国隧道施工调查中得知，一般不超过320mm，即使达到这种情况，对施工质量也无影响，因此规定这项限差无实际意义；高程要求的精度，使用一般水准测量方法即可满足；而横向贯通误差（在平面上垂直于线路中线方向）的大小，则直接影响隧道的施工质量，严重者甚至会导致隧道报废。所以一般说贯通误差，主要是指隧道的横向贯通误差横向贯通
22、误差。第29页/共42页贯通误差概述贯通误差概述铁路测量技术规则对隧道贯通误差的限值见表142。两开挖洞口长度(km)448810101313171720横向贯通误差(mm)100150200300400500高程贯通误差(mm)50表表142 142 贯通误差的限差贯通误差的限差 第30页/共42页贯通误差预计贯通误差预计 影响横向贯通误差的因素有：洞外和洞内平面控制测量误差、洞外与洞内之间联系测量误差。铁路测量技术规则规定，洞外、洞内控制测量误差，对每个贯通面上产生的横向中误差不应超过表143的规定。测量部位横向中误差(mm)高程中误差(mm)两开挖洞口间长度(km)44881010131
23、3171720洞外3045609012015018洞内40608012016020017洞外、洞内总和507510015020025025表表143 143 洞外、洞内控制测量的贯通精度要求洞外、洞内控制测量的贯通精度要求注：本表不适用于设有竖井的隧道第31页/共42页贯通误差预计贯通误差预计洞外、洞内控制测量，产生在贯通面上的横向中误差，按下列公式计算：1导线测量（1414）式中由于测角误差影响，产生在贯通面上的横向中误差(mm)，即（1415）由于测边误差影响，产生在贯通面上的横向中误差(mm)，即（1416）其中由导线环闭合差求算的测角中误差（）；导线环在隧道相邻两洞口连线的一条导线上各
24、点至贯通面的垂直距离（m）；导线边边长相对中误差；导线环在隧道相邻两洞口连线的一条导线上各边在贯通面上的投影长度（m）。第32页/共42页贯通误差预计贯通误差预计2三角测量 三角测量的计算公式可参考铁路测量技术规则中给出的有关公式，也可以按导线测量的误差公式计算。其方法是选取三角网中沿中线附近的连续传算边作为一条导线进行计算。但式（1414）（1415）（1416）中：由三角网闭合差求算的测角中误差（）；所选三角网中连续传算边形成的导线上各转折点至贯通面的垂直距离；取三角网最弱边的相对中误差；所选三角网中连续传算边形成的导线各边在贯通面上的投影长度。例例：现以导线为例，说明洞外、洞内控制测量误
25、差对横向贯通精度影响值的估算方法。第33页/共42页贯通误差预计贯通误差预计例例：现以导线为例，说明洞外、洞内控制测量误差对横向贯通精度影响值的估算方法。第34页/共42页贯通误差预计贯通误差预计首先按导线布点，绘出1：10 000的导线平面图，如图1424。012345为单导线，0、5为洞外导线的始终点，使y轴平行于贯通面；由各导线点向贯通面方向作垂线，其垂足为0、1、2、3、4、5；除导线点的始终点0、5之外，量出各点垂距Rx1、Rx2、Rx3、Rx4（用比例尺量，凑整到10m即可）。然后以同样精度量出各导线边在贯通方向上的投影长度（即的长度），将各值填入表144。第35页/共42页贯通误
26、差预计贯通误差预计 各点的投影垂距各边的投影长度点名（m）(m2)线段(m)(m2)1400160 0000114019 600215022 50012401 600325062 5002316025 6004480230 40034704 9004513016 900表表144 144 洞外导线测量误差对横向贯通精度影响值计算表洞外导线测量误差对横向贯通精度影响值计算表第36页/共42页贯通误差预计贯通误差预计设 导线环的测角中误差为：式中 导线环的角度闭合差；一个导线环内角的个数；N导线环的个数。导线边长相对中误差为：则 洞内控制无论是中线形式，还是导线形式，一律按导线看待，所以其估算方法
27、与洞外导线测量完全相同，但有两点要注意：第37页/共42页贯通误差预计贯通误差预计（1）两洞口处的控制点，在引入洞内导线时需要测角，其测角误差算入洞内测量误差。故计算洞外导线测角误差时，不包括始、终点的 值，而计算洞内导线测角误差时，如图1425中的、，它们应归入洞内估算值中。（2）两洞口引入的洞内导线不必单独计算，可以将贯通点当作一个导线点，从一端洞口控制点到另一端洞口控制点，当作一条连续的导线来计算，如图1425中，从0到h看成一条导线，其计算值见表145。第38页/共42页贯通误差预计贯通误差预计第39页/共42页贯通误差预计贯通误差预计 各点的投影垂距各边的投影长度点名（m）(m2)线
28、段(m)(m2)0690476 1000a00a510260 100ab00b330108 900bc00c11012 100cd00d00de00e17028 900ef00f350122 500fg00g510260 100gh603600h630396 900表表145 145 洞内导线测量误差对横向贯通精度影响值计算表洞内导线测量误差对横向贯通精度影响值计算表第40页/共42页贯通误差预计贯通误差预计设洞内测角中误差 洞内测边相对中误差则 洞外、洞内测量误差，对隧道横向贯通精度的影响总值为：按表143中测规要求，两开挖洞口间的长度小于4km时，横向贯通中误差应小于50mm，现估算值为40.4mm，故可认为设计的施测精度能够满足隧道横向贯通精度的要求，设计是合理的。第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页