隧道施工控制测量技术方案

1、目录1工程概况212控制测量的基本情况22.1编制依据22.2仪器配置22.3控制测量项目22.4测点埋设及要求23 洞外控制测量33.1 洞外平面控制测量33.1.2 选点和埋石43.1.3观测数据采集53.1.4数据处理63.2 洞外高程控制测量73.2.1洞外高程控制网布设73.2.2选点和埋石73.2.3水准观测73.2.4数据处理84洞内控制测量84.1洞内平面控制测量84.2洞内高程控制测量105贯通测量105.2、贯通中误差估算与分析115.3、洞外GPS控制点对横向贯通中误差的分析125.4 洞内导线测量对横向贯通中误差的估算126、洞内、外水准高程测量对竖向贯通中误差的估算和

2、分析146.1、洞外水准高程测量对竖向贯通中误差的估算146.2、洞内水准高程测量对竖向贯通中误差的估算147、洞内、外控制全部贯通测量中误差计算157.1 附隧道洞内外控制网点平面布置示意图及控制点概算坐标15汤南隧道施工控制测量技术方案1工程概况汤南隧道进口位于梅州市丰顺县汤南镇新铜村，出口位于揭阳市揭东区玉湖镇东寮村。隧道为单洞双线隧道，起讫桩号为DK72+000DK75+073，全长3073m，无砟隧道，隧道埋深0235m。本隧道全线位于直线上。隧道内设置人字坡，DK71+200DK72+400为15上坡,坡长1200m，DK72+400DK75+100为-13.5下坡,坡长2700m

3、。其中级围岩1190m,占38.7%；级围岩1227m，占39.9%；级围岩371m，占12.1%；级围岩285m，占9.3%。内轨顶面以上净空有效面积92m2,轨间距4.6m，内轨顶面至基床底面高度51.5cm。2控制测量的基本情况2.1编制依据（1）高速铁路工程测量规范（TB10601-2009）；（2）铁路工程卫星定位测量规范（TB10054-2010）；（3）全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314-2009）；（4）国家一、二等水准测量规范（GB/T12897-2006）；（5）精密工程测量规范（GB/T 15314-94）；2.2仪器配置（见表1） 表 1 本项目拟投入

4、测量仪器设备汇总表序号设备名称规格及型号产地设备精度技术状态数量1GPS徕卡GS15瑞士5+0.5ppm良好5台2全站仪徕卡TSO9瑞士1"新购1台3电子水准仪徕卡DNA03瑞士配铟钢尺：±0.3mm新购1台2.3控制测量项目（见表2）表2序号监控量测项目量测仪器精度备注1洞外独立控制网GPS接收机1mm2洞内平面控制网全站仪1mm3洞内高程控制网水准仪0.1mm2.4测点埋设及要求2.4.1洞外独立控制网，根据高速铁路工程测量规范，按GPS二等加密点埋设，如下图所示：标石断面图2.4.2洞内控制网，根据现场实际情况，将导线点埋设在仰拱填充面上，如下图所示：洞内导线点断面图

5、3 洞外控制测量汤南隧道，结合本工程实际情况，施工采用进出口进洞双向掘进的方法，本次隧道控制测量在进出口布设控制点。3.1 洞外平面控制测量平面控制网测量采用GPS静态测量模式，GPS接收机的标称精度指标符合±（5mm+1ppm）。隧道洞外GPS平面控制测量等级应符合表3的要求。表3 平面控制测量设计要求测量部位测量方法测量等级适用长度(km)洞口联系边方向中误差()边长相对中误差洞外GPS二461.31/180 0003.1.1 GPS洞外控制网布设洞外平面控制网原则上沿隧道出口连线方向布设，根据设计单位提供的CPI点、CPII点以及线路水准基点按GPS二等控制网加密控制，形成洞外

6、独立控制网系统，然后在洞内布设主副导线进行控制测量。根据现场实际踏勘汤南隧道进出口GPS点由多个大地三边形网形构成，网形图如下图所示：3.1.2 选点和埋石控制点考虑满足GPS观测的要求，又要考虑适合隧道控制测量对控制点的要求。在汤南隧道进口布设设3个MS12、MS13、MS14点与之通视，且距离大于500米作为方向线。出口布设2个MS20、MS21点与之通视，且距离大于500米作为方向线。隧道控制点标心钉为金属标志制作材料，上部为不锈钢，下部采用普通钢筋焊接而成。控制点采用现场灌注混凝土的方式埋设。埋设深度大于1.2 m。如下图所示：3.1.3观测数据采集GPS控制网采用徕卡GS15双频接收

7、机，静态作业模式作业，接收机标称精度应不低于±（3mm+0.5ppm×D），且检定合格。作业前已按规范要求进行相关检测，作业过程中应保持接收设备工作状态良好。观测前，应按设计的控制网网形、卫星可见预报表、GPS接收机数量、交通情况编制GPS观测计划；并根据确定的作业模式，配置预置作业任务参数；作业中应通过报话机和移动电话及时沟通信息。观测应按设计控制网网形进行，洞口子网和联系网可统一观测，每条基线应观测2个时段，时段长度应大于90分钟。观测时，为减小对中及相位中心误差，应对GPS天线进行统一定向，第一时段指北定向，第二时段指南定向。GPS观测应选择卫星数目多、卫星升降少、G

8、DOP值较小且稳定的观测窗口施测，观测符合表4要求。表4 GPS测量作业技术要求表 等级截止高度角有效卫星数GDOP值采样间隔有效时段长度（min）天线高丈量天线高较差对中误差二15º4615秒902次2mm1 mm3.1.4数据处理以同步观测区为单位进行独立基线解算和质量检核。以无约束平差确定有效观测量为基础，进行三维无约束平差和二维约束平差。基线解算采用Leica公司的Leica Geo Office7.01软件进行解算，解算结果应满足软件规定的指标要求，基线观测值均应按规范的要求进行重复基线检核和异步环闭合差检核。GPS外业观测后应对观测数据进行计算；检核观测成果的质量，应用基

9、线处理软件进行基线解算，基线向量的质量应满足下列规定。 （1）由独立基线构成的异步环各坐标分量及全长闭合差应满足以下各式的要求： 式中： 、 、坐标分量闭合差； 环的全长闭合差； n闭合环的边数；标准差，=，其中取5mm，取1ppm，d按环平均边长计算。当闭合环中长、短边的长度相差较大时，宜按边长和等级规定的精度计算每条边的s，并按误差传播定律计算环闭合差的限差。 （2）重复观测的基线较差（）应满足下式要求： 式中：标准差，d按基线长度计算。 根据隧道洞口子网和子网间联系网的不同特点，洞口子网基线构成的异步环三维闭合差限差应小于20mm；子网间的联系网基线构成的异步环相对闭合差应符合表5要求：

10、表5 异步环相对闭合差限差 限差单位：ppm 长边长度（km） 开挖洞口间距离（km）1.52.02.53.04.05.06.0487.56.15.24.63.93.43.2（3）采用Leica Geo Office7.01软件进行平差计算。无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足下面要求； VX3 VY3 VZ3整网约束平差基线向量改正数与无约束平差的同名基线向量改正数较差应符合下列规定： d vx2 d vy2 d vz2 约束平差后平面控制网的主要技术指标应符合表6的规定。表6 二等GPS控制网测量的主要技术要求等级基线方位角中误差（）约束点间的边长相对中误差约束平差后最弱边边长相

11、对中误差二等1.31/2500001/180000注：当基线长度短于500m时，边长中误差应小于5mm。根据约束平差后的控制点成果估计洞外控制测量和洞内导线测量对各开挖洞口间横向贯通误差的影响值进行估算，分别分析精测网施工坐标系和隧道工程独立坐标系成果对隧道贯通误差的影响，以决定最终成果的使用，并根据客观情况对洞内测量要求提出建议。3.2 洞外高程控制测量3.2.1洞外高程控制网布设高程控制网布设应根据实地交通状况结合已有线路水准基点按隧道进出口位置布设。在布网过程中，应首先按地图交通路线进行实地踏勘，然后选择最优路线进行测量。3.2.2选点和埋石隧道出口设置2个洞口水准点，并且与平面控制网共

12、点。3.2.3水准观测水准观测采用徕卡DNA03电子水准仪统一按国家一、二等水准测量规范（GB/T12897-2006）二等标准施测。水准仪的标称精度均为每公里高差偶然中误差±0.3mm。采用单路线往返观测，同一条水准路线的往返观测应采用相同的人员、仪器、转点尺承，沿相同水准路线。沿公路施测时应使用大于5公斤的铸铁尺垫，在山路地段施测应采用尺桩或突出岩石作为立尺转点；使用尺撑扶尺，水准尺气泡居中；使用干湿温度计测定气温。水准观测要求：视线长度3m、50m，前后视距差1.5m，前后视距累积差6.0m，视线高度0.55m、2.8m，测站限差：两次读数差0.4mm，两次读数所测高差之差0.

13、6mm，检测间歇点高差之差两次读数差1.0mm，观测时偶数站按后-前-前-后，奇数站按前-后-后-前的顺序进行，每一测段应为偶数站。水准测量精度应满足表7规定。表7 水准测量观测的主要技术要求每千米高差偶然中误差M检测已测段高差之差往返测不符值附合路线闭合差环闭合差1.0mm mm mm mm mm表中：R为测段长度，L为附合线路长度，F为环线长度。二等水准临时间歇点要求：在间歇时要求设置2至3个间歇点并作为临时水准点处理，间歇点设置要求，第一个间歇点与第二个间歇点间距要求在400m以上，第二个和第三个间歇点间距在两站测量范围内，同时间歇点的规格要以ø30以上的螺纹钢筋，长度大于60

14、0mm，并保证不易被破坏位置；间歇后测量首先检测三个歇点间高差，在满足限差要求后方可进行余下水准路线测量，如果三个间歇点间有两个点间高差超出限差，必须进行重新测量。3.2.4数据处理原始数据处理采用高程为徕卡水准网平差软件进行严密平差，并进行数据计算对比。每千米高差偶然中误差M按下式计算：M=±式中： L水准测量的路线长度（km）； 水准路线测段往返高差不符值（mm）； n往返测的水准路线的测段数。水准点成果最后取位至0.1mm。4洞内控制测量4.1洞内平面控制测量4.1.1洞内观测方法洞内平面控制测量采用徕卡TS09plus 1 R500全站仪进行观测。观测方法为测回法，汤南隧道洞

15、内导线平面控制网为四等，根据规范要求观测4个测回即可，但是考虑到隧道观测环境较差，观测6个测回，保证隧道贯通精度满足设计要求。导线测量满足表8规定。表8 四等导线测量主要技术要求等级测角中误差（）测距相对中误差方位角闭合差（）导线全长相对闭合差四等2.51/80000±1/400004.1.2洞内导线点布设洞内控制依靠导线进行，施工放样用的正式中线点由导线测设，中线点的精度能满足局部地段施工要求即可。对于长大隧道宜组成导线闭合环，对角度经过平差，以提高点位的横向精度。导线形式宜采用导线环或主副导线环测量。导线环：如下图所示，每测一对新点，如 5 和5，可按两点坐标反算 55的距离，然

16、后与实地丈量的 55距离比较，进行检核。1234512345洞口投点A主副导线环：如图下图所示，双线为主导线，单线为副导线。副导线只测角不测距，主导线既测角又量距离。按虚线形成第二闭合环时，主导线在 3 点处以平差角传算34 边的方位角；以后均仿此法形成闭合环。闭合环角度平差后，对提高导线端点的横向点位精度很有利，并可对角度测量加以检查，同时根据角度闭合差还可评定测角精度。1234512345洞口投点A4.1.3选点布设及施测要求（1）、导线边长在直线地段不宜小于200m，曲线地段不宜小于70m，向洞内引测宜在阴天进行。（2）、点位布设在施工干扰小、稳固可靠的地方，点间视线应离开洞内设施0.2

17、m以上，埋石顶面应比洞内地面低 2030cm，上面加设护盖、填平地面，并建立警示标志，以免施工中遭受破坏。或将钢筋头预埋在仰拱底板中线砼中，钢筋头宜刻画十字标记。（3）、测角采用双照准法（两次照准、两次读数）观测，照准目标有足够明亮度。（4）、测距时充分通风、避免尘雾，测线避开用电器，反射镜有适度照明，仪器、镜面无水雾。（5）、导线延伸测量前应先确定上次导线点是否发生位移，在开挖延伸至设计导线边长两倍时，进行一次导线延伸，并同时放样或检查中线点。（6）、洞内开挖较长或引测导线发现异常应定期或重新从洞外沿原线路复测导线网。（7）、隧道贯通后，应先整体复测导线网，贯通误差在限差范围内时及时调整指导

18、后期衬砌施工，贯通误差超限应查明原因，检查前期挖、衬施工，并上报各部。4.1.4观测数据采集汤南隧道洞内导线数据采集采用测回法观测，观测6个测回。水平角观测采用方向观测法，并符合表9规定。表9 水平角方向观测法的技术要求等级仪器等级半测回归零差（）一测回内2c互差（）同一方向值各测回互差（）四等1696注：当观测方向的垂直角超过±3°的范围时，该方向2C互差可按相邻测回同方向进行比较，其值应满足表中一测回内2C互差的限值。边长测量应符合表10规定。表10边长测量技术要求等级使用测距仪精度等级每边测回数一测回读数较差限值（mm）测回间较差限值（mm）往返观测平距较差限值往测返

19、测四等22232mD注： 1、一测回是全站仪盘左、盘右各测量一次的过程测距边的斜距应进行气象和仪器常数改正。气压、气温读数取位应符合表11的规定。 表11气压、气温读数取位要求测量等级干湿温度表（）气压表（hPa）四等0.514.1.5数据记录（见表18, 表19，表20）4.1.6数据处理观测数据经过处理计算，看有没有指标超限的，看是否满足各项限差要求，否则进行重测。原始数据合格后，平面控制网首先采用手算平差，再采用徕卡LGO数据处理系统进行数据计算对比。各项指标均应满足规范要求。4.2洞内高程控制测量 高程控制测量按二等水准规范测定，点位与洞内平面控制网共点，观测方法、数据采集、平差与洞外

20、高程控制网施测方法一致。得出的高程成果再用全站仪进行复核。5贯通测量5.1、汤南隧道的贯通误差要求根据高速铁路工程测量规范长度小于4000m的隧道应满足表12要求 表12 隧道贯通误差规定项目横向贯通误差高程贯通误差相向开挖隧道长度（km）L4洞外贯通中误差（mm）3018洞内贯通中误差（mm）4017洞内外综合贯通中误差（mm）5025贯通限差（mm）100505.2、贯通中误差估算与分析根据高速铁路工程测量规范等中对隧道施工贯通中误差估算的规定，隧道相向开挖长度在4Km内的贯通中误差分配值见表13根据高速铁路工程测量规范中对隧道施工贯通中误差估算的规定，隧道相向开挖长度在4Km内的贯通中误

21、差分配值见表6。汤南隧道进洞口至出洞口长度为3073m，隧道先上坡后下坡。因纵向贯通误差对计算直线型隧道只影响中线方向的里程桩号而不影响隧道贯通，所以本次对隧道贯通面就不进行纵向贯通中误差的估算。隧道相向掘进开挖长度小于4Km时贯通中误差分配值 表13误差名称横向（mm）竖向（mm）洞外测量±30±18洞内测量±50±25全部贯通测量±100±505.2.1 洞外、内控制导线网点和边长投影到贯通面上的相对坐标系确定根据汤南隧道施工实施性组织设计方案的施工进度计划安排，隧道掘进开挖计划由隧道进、出口对向掘进施工，即隧道进口方向施工150

22、0米即DK72+000DK73+500段，隧道出口方向施工1573米即DK73+500DK75+073段。因此，本隧道进洞口点至隧道贯通面DK73+500的洞内施工控制导线总长度为1500米，出洞口点至隧道贯通面DK73+500的洞内施工控制导线总长度为1573米。5.2.2隧道贯通面的相对坐标系根据汤南隧道实施性施工组织设计方案，隧道掘进开挖由由隧道进、出口对向掘进施工，因此，汤南隧道掘进开挖施工只有1个贯通面。贯通面的平面数据见附图1及表12，其方位角为223度28分58.97秒。因此，隧道贯通面的相对坐标系为：纵坐标X轴为过隧道洞外GPS控制点CPI32-2并平行于TN10TN1的连线（

23、即隧道轴线）方向的射线，其方位角为313度28分58.97秒；横坐标 Y轴为过洞外GPS控制点CPI32-2与纵坐标X轴垂直的射线，其方位角为223度28分58.97秒，具体布置见附图1。5.3、洞外GPS控制点对横向贯通中误差的分析根据高速铁路工程测量规范（TB10601-2009），莱卡GS15接收机标称精度可知，本标段GPS地表三等控制点的测边相对中误差ms=±（a2+(b×d)2）1/2，其中取a=3mm、，在我项目对对设计院移交的控制点复测和加密时所求得的CPI31-1CPI1-2的Ms=1.2mm，MS/d=1/508000；;CPI32-1MS20的 Ms=3

24、.4mm,Ms/d=1/159000, 把已知GPS相邻点的边长投影到贯通面上，求得其边到贯通面的投影长度。本标段洞外GPS控制网相邻点的边投影到贯通面的投影长度见表13。洞外控制点和边投影到贯通面的垂距和投影长度 表13位置边 号控制点边反算距离(m)控制点边至贯通面的投影长度（m）进口CPI31-1CPI31-2597.014503.086出口CPI32-1MS20537.202502.119隧道洞外GPS控制点对贯通面横向贯通中误差计算时，其边长相对中误差精度指标按高速铁路工程测量规范中三等控制网的精度指标进行计算，计算公式如下：My外=±(（dy2×ms2/S2）1

25、/2，ms =±（a2+(b×d)2）1/2（a=3mm,）。洞外GPS控制点对本标段汤南隧道贯通面的横向贯通中误差值为：My外=±(（503.0862×1.22 /579.0142+（502.1192×3.42 /537.2022）1/2=±3.34 mm±25mm，即满足规范规定的要求。5.4 洞内导线测量对横向贯通中误差的估算对汤南隧道贯通面洞内控制导线按四等导线测量精度进行横向贯通中误差值的估算，根据高速铁路工程测量规范控制测量前导线网、三角网测量误差引起的横向贯通误差按下式计算、M=m= myl=隧道洞内导线点及导

26、线边投影到贯通面的计算结果列于表14， 汤南隧道贯通面洞内导线点及导线边投影计算表 表14点 号导线点至贯通面的垂距m边 号导线边至贯通面的投影长度mCP131-2CPI31-2TN199.41TN11500 TN1TN20TN21200TN2TN30TN3900TN3TN40TN4600TN4TN50TN5300TN5贯通面0贯通面00TN6314.6贯通面TN60TN7629.2TN6 TN70TN8943.8TN7 TN80TN91258.4TN8 TN90TN101573.0TN9 TN100MS20TN10CPI32-124.349Rx210393523.8dy210475.22m=

27、15.6mmmyl=2mm则M=15.7mm满足规范 洞内贯通误差40mm的要求6、洞内、外水准高程测量对竖向贯通中误差的估算和分析6.1、洞外水准高程测量对竖向贯通中误差的估算根据工程测量规范规定，竖向贯通中误差Mh±25mm，其计算公式为：Mh=±m(L)1/2，m=±5mm/Km。由表1知隧道洞外二等水准点距进、出洞口第一个水准点距离，故其对汤南隧道贯通面的竖向贯通误中误差值见表15。洞外水准点对洞冲里隧道贯通面的竖向贯通误差值计算表 表15位置洞外水准点洞口水准点间距m Mh(mm)评 定进洞口CPI131-2TN1252±2.5Mh外=

28、7;=±4.5 mm±25mm出洞口CPI32-1TN10537±3.76.2、洞内水准高程测量对竖向贯通中误差的估算根据设计图纸及实施性施工组织设计方案的进度计划安排，汤南隧道进洞口向洞内水准路线由隧道进洞口水准点TN1引入，其至贯通面的水准路线长L=15Km；出洞口向洞内水准路线由隧道出洞口水准点TN10引入，其至贯通面的水准路线长L=1.573Km。现按四等水准测量规范精度估算隧道洞内水准测量对贯通面的竖向贯通中误差，其值见表16。洞内水准点点对洞冲里隧道贯通面的竖向贯通误差值计算表 表16位 置 洞口水准点洞内水准点间距Km Mh(mm)评 定进洞口TN1

29、DK73+5001.5±6.1Mh内=±=±8.8 mm±25mm出洞口TN10DK73+5001.573±6.3洞内水准高程控制等级采用四等水准测量完全可以达到竖向贯通中误差规范精度要求。7、洞内、外控制全部贯通测量中误差计算洞内、外控制测量误差对贯通面的横向、竖向贯通中误差总的影响值为：横向贯通中误差：MY总=±(My洞外2+ MY出2)1/2=(3.342+15.72)1/2=±16.05mm±50mm。竖向贯通中误差：Mh总=±(Mh洞外2+ Mh内2)1/2=(8.82+4.52)1/2=

30、77;9.9mm±35mm。中全部贯通测量中误差计算结果可知，洞外GPS四等控制网点（平面和高程）和洞内采用四等导线、四等水准高程的控制测量精度的洞内控制网等级，完全能满足汤南隧道横向、竖向贯通误差精度要求。7.1 附隧道洞内外控制网点平面布置示意图及控制点概算坐标隧道洞内外控制网点平面布置示意图及控制点概算坐标见附图1及表17。点 名X（m）Y（m）H（m）备 注CPI31-22626220.8641471113.4042 已知GPS点CPI31-12626807.0939471226.3627已知GPS点TN12626133.1664471350.3123隧道轴线上基本控制导线点，桩号DK72+000TN22625926.726471567.986隧道轴线上基本控制导线点，桩号DK72+299.9TN32625720.2915471785.6697隧道轴线上基本控制导线点，桩号DK72+599.99TN42625513.8470472003.3457隧道轴线上基本控制导线点，桩号