地铁隧道控制测量技术分解

1、地铁隧道施工控制测量第 1 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量地铁隧道施工控制测量目录一、地铁隧道施工测量的内容及特点二、编制目的三、编制依据四、地面控制测量五、联系测量六、高程传递测量八 、洞内施工测量九、贯通误差测量十、断面测量十一、结束语第 2 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量地铁隧道施工控制测量中铁 X 局集团有限公司 万海亮一、地铁隧道施工测量的内容及特点 地铁工程主要有车站和隧道组成，多建于城市地下，但也有些区段会 采用地面或者高架线路。隧道施工控制测量是地铁施工测量的重点和难点， 所以这里主要介绍地铁隧道施工控制测量。1.1 地铁隧道施工测量的内容 地铁隧道控制测量一般是要

2、通过已完成的车站（盾构始发井） 、竖井、 或地面钻孔把地面 （ 井上） 控制点的坐标、方位及高程传递到地下 （井下） ， 从而将地面和地下控制网统一为同一坐标（高程）系统，作为地下导线的 起算坐标、起始方位角和起始高程基准，依此指导和控制地下区间隧道开 挖并保证正确贯通。因此，地铁隧道施工测量的内容主要有：地面平面控制测量、地面水 准控制测量、联系测量、竖井高程传递、洞内控制测量、隧道施工测量、 贯通测量。地铁隧道施工产生的测量误差除地面控制点的因素外，还包括 井上与井下联系测量误差以及区间隧道施工控制测量误差。因此，地面控 制测量、联系测量及区间隧道施工控制测量是地铁施工测量的三个关键因 素

3、，也是直接影响地铁贯通精度的关键控制点。1.2 地铁隧道施工测量的特点1、地铁工程线路长，全线分区段施工，各区段开工时间、施工方法各 异，且由不同承包商施工，要确保贯通，每个区段不仅要完成本段的测量 任务，还要注意与邻接工程的衔接。第 3 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量2、地铁线路长，且在主要地下施工，控制网要采取分级分段建立。3、地铁暗挖隧道，施工工艺复杂，地下施测条件差，测量工作量大。4、地铁隧道贯通精度及建筑限界都有要求严格，在隧道施工的各个阶 段必须对地面和地下控制网进行联系测量。因此应结合城市地铁的工程的特点建立合理、满足精度要求的地铁施 工控制网对地铁隧道的顺利、准确贯通非常

4、关键。二、编制目的为使地铁施工优质、高效、顺利进行，施工过程中不出现由于测量错 误或误差超限而引起的结构物返工或整改等质量问题，在施工过程中必须 通过科学的测量方法，按照规范要求定期对控制网进行复测，使施工测量 全过程处于受控状态。最终保证按期完成施工任务并交付验收。三、编制依据1、城市轨道交通工程测量规范 （ GB50308-2008）2、工程测量规范（GB50026-2007）3、城市测量规范（CJJ8-99）4、西安地铁建设工程施工测量管理细则5、西安地铁工程施工测量、监测管理管理办法（暂行） 6、业主测量队所交测点，控制点数据资料。四、地面控制测量4.1 地面平面控制测量城市轨道交通工

5、程测量规范 GB503082008规定：向隧道内传递坐标 和方位时，应在每个井（洞） 口或车站附近至少布设三个平面控制点及两 个水准控制点作为联系测量的依据。第 4 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量平面控制网测量严格按照城市轨道交通工程测量规范GB503082008中精密导线网测量的方法与要求进行。4.1.1 平面控制网测量主要技术要求如下表：表 1 精密导线测量主要技术要求平均边 长（m）闭合环 或附合 导线总 长度 （km）每边 测距 中误 差（mm）测距相 对中误 差测角中 误差（）水平角测回数边长测回 数方位角 闭合差 （）全长相 对闭合 差相邻点 的相对 点位中 误差 （mm）级

6、 全站 仪级 全站 仪、级 全站仪3503-4±41/60000±2.546往返测距各2测回±5n1/35000±8注：1、精密导线网应沿线路方向布设，并应布设成附合导线、闭合导线或结点导线网的形式；2、n为导线的角度个数，一般不超过 12；3、附合导线线路超长时，宜布设结点导线网，结点间角度个数不超过 8个。4.1.2 平面控制网测量注意事项a、采用 I 级全站仪进行测量，为了提高精度，测量时可采用六测回作业，采用方向观测法，六测回作业，各测回按照下表变换度盘：测回序号123度盘编制0-00-5060-24-15120-33-20测回序号456度盘编制

7、180-30-30240-50-00360-20-20b、当观测仅有两个方向时，在观测总测回中以奇数测回和偶数测回分别观测 导线前进方向的左角和右角，左角平均值与右角平均值之和与 360°的差值不大 于 4。c、水平角方向观测法的技术要求：半测回归零差不大于 6，一测回内 2C较差不大于 9，同一方向值各测回较差不大于 6第 5 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量d、水平角观测误差超限时，在原来度盘位置上按上述要求进行重测e、精密导线边长测量在成像清晰和气象条件稳定时进行，往返观测，单向由正倒镜各一测回构成，测距时测出气象数据并加以改正，测距的技术要求：全站仪等级一测回中读数 间较

8、差单程各测回 间较差往返侧或不 同时段结果 较差342（a+bd）注：（a+bd）为仪器标称精度，a为固定误差，b为比例误差系数，d 为距离 测量值（以千米计）。f 、一测回指照准目标一次读数四次。另外，测距时应读取温度和气压，测前、测后各读取一次，取平均值作为测 站气象数据。温度读至 0.2 ，气压读至 50Pa。气象改正，根据仪器提供的公式 进行改正；也可以将气象数据输入全站仪内自动改正。g、其他技术要求例如：高程归化及高斯投影改化参考规范4.2 地面水准控制测量4.2.1 地面水准控制测量主要技术要求如下表：根据城市轨道交通工程测量规范 GB50308 2008，本次高程复测采用二等水准

9、测量，技术要求如下：水准测 量等级每千米高差中 数中误差 （）附合 水准 路线 平均 长度 （）水准 仪等 级水准尺观测次数往返较差 、附合或 环线闭合 差（）偶然中 误差M全中误差Mw与已知 点连测附合或 环线二等±2±42-4DS1铟瓦尺 或条码 尺往返测 各一次往返测 各一次±8L注： L 为往返测段、附合或环线的路线长（以计）第 6 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量4.2.1 地面水准控制测量注意事项a、二等水准网测量的观测方法应符合下列规定:往测 奇数站上：后前前后，偶数站上：前后后前，返测 奇数站上：前后后前， 偶数站上：后前前后。并且往测与返测采

10、用分时段测量（上午往测，下午返测）；往测转为返测时， 两根水准尺必须互换以抵消铟瓦尺误差，并应重新整置仪器。b、二等水准测量关于视线长度、视距差、视线高度要求（ m）：等级视距前后视距 差前后视距 累计差视线高度视线长度20m以上视线长度21m以下二等60240.40.3为消除 i 角误差的影响，用测绳或测量上下丝等方法进行量距，保证前后 视距差、前后视距累计差满足要求。c、二等水准测量的测站观测限差（ mm）：等级上下丝读数 平均值与中 丝读数之差基辅分划读 数之差基辅分划所 测高差之差检测间歇点 高差之差二等30.50.72五、联系测量联系测量应包括：地面近井导线测量和近井水准测量；通过竖

11、井、斜井、 钻孔的定向测量和传递高程测量；地下近井导线测量和水准测量等。定向测量 常用的方法有：联系三角形法；陀螺经纬仪、铅垂仪（钢丝）组合法；导线直 接传递法；第 7 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量5.1 联系三角形法如图 5.1 所示 A为地面控制点，与其他地面控制点通视（如图中 T 方向），实际工作中至少有两个控制点通视。 A'为地下洞内定向点（地下导线点），与另外一地下导线点 T'通视； O1、O2为悬挂在井口支架上的两根钢丝，钢丝下端挂重锤，并将重锤置于机油桶内，使之稳定。绞车钢丝重锤A'T'图 5.1 ：联系三角形定向法b awA绞车滑轮支架定

12、位板b'稳定液 桶B' a5.1.1 联系三角形布设要求：（1）竖井中悬挂钢丝的距离 a 应尽可能长；（2）联系三角形锐角宜小于 1°，呈直伸三角形；（3）b/a 及 b'/a '宜小于 1.5,b 为近井点至悬挂钢丝的最短距离。5.1.2 联系三角形测量采用方向观测法观测地上和地下联系三角形角度 w、w'a、a'各 46测回， 角度中误差应在±2.5 ；联系三角形边长测量可采用光电测距仪（配合反射棱 镜片）或者经检定的钢尺丈量，每次独立测量三测回，每测回三次读数，各测 回较差应小于 1 。地上与地下丈量的钢丝间距较差应小于

13、2 ，同时实测值 a（a'）与由余弦定理计算的联系三角形同一边长差值也应小于 2 。钢尺测距 注意加力、倾斜、温度尺长改正。第 8 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量5.1.3 联系三角形计算(1) 根据传递方向应选择小角 B (B')的原则，定向边坐标方位角 (A'T') 为：(A'T')= (AT)+w+a+B- B'+ w'(范围 0°360°) (AT)为地面已知点坐标方位角；w、w'为观测角值；B 、 B'为联系三角形推算值。(2) 地下定向点 A'的坐标 X(A')

14、 、Y(A')为：X(A')= X(A)+c*cos(AO 2)+b'* cos(O 2 A')Y(A')= Y(A)+c*sin(AO 2)+b'* sin(O 2 A') 对于联系三角形定向法的精度不做讨论。5.1.4 联系三角形法注意事项(1) 具体测量中为提高定向精度，一般在进行一组测量后稍微一动吊锤线， 使传递经过不同的三组联系三角形独立进行。(2) 有条件时可以悬挂三根钢丝，组成双联系三角形，这样传递过程中可以 同时获取地下定向边的两个方位角，提高地下定向边方位角精度。5.1.4 工程实例 西安地铁一号线玉洒区间联系测量采用联

15、系三角形法，从盾构接收井和 出土井分别挂钢丝 GS1、GS2，相对于一井中两根钢丝这样做最大的优点是两钢 丝间的距离大大增加，使投向误差明显减小。如图5.2 所示地面近井点通过 Y1、 Y2、Y3将悬挂钢丝 GS1、GS2与 AD、SG(GPS点)组成闭合导线(局部为结点导 线网)，以此可以求得近井点(Y1、Y2、Y3)、钢丝(GS1、GS2)的坐标及坐标 方位角。第 9 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量5.2井下如图 5.3 所示，置镜 S1，后视 GS1，前视 S3，测出边长 GS1- S1、边 长 S1- S3 及角度 A；置镜 S3，后视 GS2，前视 S1，测出边长 GS2- S

16、3、边 长S3- S1及角度 B；5.3通过解三角形的方法求得边长 S3-GS1、边长 S1-GS2角, C、角 D；进而求得 S1、 S3 坐标及其坐标方位角。5.2 两井定向 两井定向的外业测量与一井定向类似。也包括投点、地面和井下连接 测量，只是两井定向时每个井筒只悬挂一根钢丝。两井定向与一井定向相 比，两钢丝间的距离大大增加，使投向误差明显减小。这是两井定向的最 大优点。由于两井定向中两根钢丝间往往不能直接通视，而是通过导线连接起来。通过联测测出井上、井下导线各边的边长及其连接水平角，在内业计 算时必须采用假定坐标系。第 10 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量两井定向是在两个井筒内

17、各投下一个点，它们的坐标是通过地面连接 导线测设后计算出来的。而到了井下，它们之间是不能通视的，这样井下 连接导线 A 123 4B就形成一条定向符合导线。具体计算如 下：（1）根据地面连接测量的成果，按照导线的计算方法，计算出地面两钢 丝点 A、B 的平面坐标（ xA，yA）、（xB，yB）。（ 2）计算两钢丝点 A 、B 的连线在地面坐标系统中的方位角和边长：tan y y DABx2 y2xx（3）以井下导线起始边 A1为x轴，A 点为坐标原点建立假定坐标系， 计算井下导线各连接点在此假定坐标系中的平面坐标，设 B点的假定坐 标为（ xB， yB）。（4）计算 AB 连线在假定坐标系中的

18、方位角 AB 'AB arctany'B y'A y'Bx'B x'A x'B （ 5）计算井下起始边在地面坐标系统系统中的方位角'1 AB 'AB（6）然后根据 '1和 A 点的地面坐标计算出井下导线各点在地面坐标系 统中的坐标和方位角，最后算得悬线垂线 B 的坐标。5. 3 陀螺经纬仪、铅垂仪（钢丝）组合法 一井定向也可以采用激光垂准仪与陀螺经纬仪组合的方法进行。如图5.4 所示投点前先于竖井底合适位置布设点 J1、J2，再将垂准仪依次架于 J1、J2 之上，垂准仪激光向下对点 J1、J2；竖井上方架设简易平台

19、，将配 套激光靶固定于简易平台之上，垂准仪激光向上投于激光靶上；为减小投 点误差可以将垂准仪依次置于 0°、90°、180° 270°四次投点，四次投点 形成四边形的中心计为 J1'、J2'的最终位置，然后进行将 J1'、J2'与第 11 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量地面近井点组合成闭合(或附合)线路进行测量，如图 5 所示。同时可以 采用陀螺经纬仪对 J1、J2 的坐标方位角进行校核、修正，进而得到 J1、J2 的坐标及坐标方位角 ( J1J2)。陀螺经纬仪、铅垂仪(钢丝)组合法注意事项：(1) 地面定向边陀螺方

20、位角测量应采用“地面已知边 -地下定向边- 地面已知 边”的测量程序进行，每次应测三测回；(2) 隧道内定向边边长应大于 60m，视线距隧道边墙的距离应大于 0.5 m ；(3) 垂准仪的支架与观测台应该分离，互不影响； 为提高测量精度，还应注意垂准仪、陀螺经纬仪的一些操作规程及细则，此处 不再赘述。图 5.4 、激光垂准仪投点示意图六、高程传递测量向洞内传递高程一般采用悬挂钢尺的方法，上下两台水准仪同时观测倒挂 钢尺。地面由近井点测起，再前视钢尺 m处；井下后视钢尺 n处，前视 b处， 如图6.1 所示。按以上方法独立测量三次，最后取平均值即为高程。悬挂钢尺 应注意加力、温度尺长改正数，另外

21、确保上下两台水准仪同时观测。第 12 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量图 6.1 悬挂钢尺传递高程示意图七 、洞内控制测量洞内施工控制测量包括洞内导线测量和洞内水准测量，根据联系测量传递 到洞内的方位角、坐标及高程，建立地下平面与高程控制网，用以指导隧道开 挖方向，并作为洞内施工放样的依据，保证开挖隧道在精度要求范围内贯通。7.1 洞内平面控制测量当隧道较长时必须建立洞内精密导线作为洞内平面控制。洞内导线测量的起 算数据是通过联系测量传递至洞内定向边的方位角和定向坐标。洞内导线由洞口定向点开始，随隧道的开挖而逐渐向前延伸，在隧道施工期 间洞内导线只能布设成支导线的形式。洞内导线可以采用分级

22、布设的方法，先 布设精度较低的、边长较短的施工导线，当隧道开挖到一定距离后可布设边长 较长的主要导线，边长不宜短于 200m，另外导线点力求沿隧道中线方向布设， 布设成多边闭合导线或者主副导线环（即双支导线），如下图所示。洞内控制导 线的测量方法、技术要求可参考地面平面控制网测量。7.2 洞内控制导线注意事项及要求1、由于地下隧道为一个不稳定的载体，对设置在隧道中的控制点影响比较第 13 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量大，所以每次建立新导线点时，都必须检测前一个“旧点”，确认没有发生位移 后，才能发展新点；2、根据规范要求贯通面一侧的隧道长度大于 1500时，应在适当位置，通 过钻孔投测

23、坐标点或者加测陀螺仪方位角等方法提高控制导线精度。3、相邻竖井间或相邻车站间隧道贯通后，地下平面控制点应构成附合导线 （网）。7.3 洞内高程控制测量 洞内高程控制网以地下近井水准点为起算点，随隧道开挖向前延伸，测定 布设在隧道内各水准点的高程，作为隧道施工放样的依据，确保隧道在高程（竖 向）准确贯通。洞内高程控制点可利用洞内导线点，洞内高程控制测量的方法精度应该满 足二等水准测量要求，水准线路往返较差、附合或闭合差为± 8L 。隧道贯通前，水准线路均为支水准路线，因而需要往返测或多次观测进行 检核；相邻竖井间或相邻车站间隧道贯通后，地下高程控制点应构成附合水准 线路。八 、洞内施工

24、测量 在隧道施工过程中，根据洞内布设的地下导线点、水准点，确定隧道中线 方向上有关点位及标高，以准确指导隧道的开挖方向。8.1 开挖施工放样 随着测量仪器的发展，以前的切线支距法、弦线支距法（测设中点）等逐 渐淘汰，直接使用全站仪确定隧道中线，配合悬挂锤球确定隧道开挖方向。注 意控制好放样点位之间的距离，尤其是小半径曲线，做到勤测断面、勤放样。 当隧道采用导坑法施工时，左右导坑宜共同控制，另外上部导坑的中线每引申第 14 页.共 16 页地铁隧道施工控制测量一定距离后都要与下部导坑的中线联测一次。联测可以采用长线锤球、垂准仪 或经纬仪光学对点器将下导坑的中线引至上到坑拱顶，进行复核。隧道掘进也

25、可以借助激光指向仪进行指导，注意仪器的安全牢靠，另外激 光指向仪安置距工作面距离不应小于 30m，并对激光指向仪位置的正确性定期进 行检查。8.2 隧道开挖断面测量及衬砌施工测量隧道在马头门开挖工作完成后，需要根据线路中线和附近地下水准点进行 断面测量，检测隧道内轮廓是否符合设计要求，并用来确定超挖或欠挖工程量。 一般常用极坐标发、直角坐标法及交汇法进行测量。随着测量仪器的发展，断 面测量工作变得简单、方便。我们可以直接采用断面仪采集数据，或者全站仪 采集三维坐标，然后借助计算机处理断面资料，进而了解隧道断面情况，以指 导隧道的进一步开挖。隧道二衬结构施工测量前应进行贯通测量，相邻车站或竖井间的地下控制 导线和水准线路应形成附合线路并进行严密平差，以平差后的地下控制点作为 二衬施工测量依据，进行中线和高程控制测量。如果隧道未贯通前必须进行二 衬施工时，应采取增加控制点测量次数（联系测量和控