[PPT]隧道测量-大瑞铁路某隧道进口平导

1、xxx隧道测量大瑞铁路xxx隧道进口平导内容提要 隧道概论 隧道洞外控制测量 隧道内外联系测量 隧道洞内控制测量 隧道洞内中线测量 隧道施工测量 隧道贯通误差分析 隧道概论 隧道概论 隧道概论 隧道概论西康铁路秦岭隧道是我国最长的铁路隧道，全长18.456公里由中铁十八局集团公司参建的秦岭隧道荣获2003年十大建设科技成就奖 。 隧道概论2003年10月12日，青藏铁路最长隧道羊八井1号隧道胜利贯通。该隧道全长3345米，位于距拉萨90公里的羊八井，海拔4264米。 隧道概论Copyright B. G. Shen 我国目前拥有8600多座铁路、公路隧道，总长度约4370多公里，居世界第一。其

2、中，铁路隧道6876座，总长3670公里，为世界第一；公路隧道总数1782座，总长704公里，是世界上公路隧道最多的国家。我国目前最长的隧道是铁路线上的秦岭隧道，全长18.456公里。 近10年来，我国已修建了不少长隧道、特长隧道以及隧道群。 其中，主要有：1995年建成的成渝高速公路上的中梁山隧道，长3公里多，解决了我国长大公路隧道的通风问题；1999年通车的四川省川藏公路上二郎山隧道，长4公里多，是连接西藏与内地的重点工程；1999年通车的四川广安地区华蓥山公路隧道，长4.53公里，是我国目前已通车的最长公路隧道。 (来源：新华网) 隧道概论Copyright B. G. Shen 近年来

3、，我国交通部门每年投入大量科研经费，已摸索出成套隧道施工技术。年通车的浙江省甬台高速公路大溪岭隧道，是我国自行设计施工，采用国产材料设备为主的现代化大型隧道，隧道内设置了照明、通风、防火、监控等完善的运营机电设施；长公里的北京八达岭高速公路潭峪沟隧道，单洞开挖宽度约米，为我国车道公路隧道修建积累了经验；沈大高速公路中一条隧道为单向车道行车，单洞开挖宽度约米；上海的车道沉管越江隧道即将建成，标志着我国在沉管隧道领域达到了国际先进水平。 隧道概论Copyright B. G. Shen 按照交通部规划，我国年内将新建成万公里新路，“五纵七横”国道主干线将贯通。年内，我国将再建设总长公里以上的公路隧

4、道。正建设的终南山隧道全长公里，长度居亚洲第一，世界第二；湖南雪峰山隧道长公里多；西安汉中高速公路上穿越秦岭的三座特长隧道群总长公里，全线隧道总长公里；上海崇明岛和武汉的长江上将建设大型过江通道工程 隧道概论Copyright B. G. Shen 新华社广州年月日电（徐清扬徐陆）我国第一长双线铁路隧道全长公里的广东大瑶山隧道，经过年零个月的大规模改造，今天正式投入运营。列车在改造后的隧道内运行时速由原来的公里提高到了公里。大瑶山隧道位于广东韶关境内，始建于年，由于洞内地质复杂，自然环境差，加上鼠害严重，多年来一直是京广铁路安全的心腹大患。以前，为确保列车运行安全，列车在通过这一隧道时不得不限

5、速行驶，从而制约了京广铁路广东段的提速。 隧道概论Copyright B. G. Shen 从年初开始，羊城铁路总公司先后投资多万元，分个阶段首次对这一隧道进行了大规模改造。改造后的大瑶山隧道全长公里的线路全部更换成了安全优质的钢轨，铺设了宽型轨枕，部分线路改装了无缝钢轨。在大量使用新材料，新工艺的同时，建设者们还在隧道内研制安装了“列车脱轨报警系统”等现代化设备，大大提高了列车运行的安全系数，为迎接京广铁路第三次大提速创造了条件。 隧道概论Copyright G.X. Liu 隧道测量基本任务在勘测设计阶段是提供选址地形图和地质填图所需的测绘资料定测时将隧道线路测设在地面上，即在洞门前后标定

6、线路中线控制桩及洞身顶部中线桩在施工阶段保证隧道相向开挖时，能按规定的精度正确贯通Copyright B. G. Shen 隧道测量的主要目的 是保证隧道相向开挖时，能按规定的精度正确贯通，并使各建筑物的位置和尺寸符合设计规定，不试侵入建筑界限，以确保运营安全Copyright G.X. Liu一、隧道洞外控制测量洞外控制测量的目的是在隧道各开挖口之间建立一精密的控制网， 以便根据它进行隧道的洞内控制测量或中线测量，保证隧道的准确贯通。洞外控制测量包括平面控制测量高程控制测量洞外控制测量Copyright G.X. Liu图直线隧道曲线隧道测规：直线隧道1000 m，曲线隧道500 m，即须平

7、面控制设计，高程路线5000 m 即须高程控制设计。Copyright G.X. Liu平面控制测量方法中线法精密导线法三角测量三角锁和导线联合控制GPS测量Copyright G.X. Liu中线法中线法：按定测的方法，先将隧道线路中线的平面位置测设在地表上，并确定一些地表控制点，施工时就以这些控制点为准，将中线引入洞内适用范围直线隧道短于1km曲线隧道短于500m简单、直观，但精度不高Copyright G.X. Liu中线法方法：就是将隧道中线的平面位置，测设在地表上，经反复核对改正误差后，把洞口控制点确定下来，施工时就以这些控制点为准，将中线引入洞内。在直线隧道，于地表沿勘测设计阶段标

8、定的隧道中线，用经纬仪正倒镜延伸直线法测设中线；在曲线隧道，则按铁路曲线测设方法，首先精确标出两端切线方向，然后测出转向角，将切线长度正确地标定在地表上，再把线路中线测设到地面上。经反复校核，与两端线路正确衔接后，再以切线上的控制点（或曲线主点及转点等）为准，将中线引入洞内。精密导线法在隧道进、出口之间，沿勘测设计阶段所标定的中线或离开中线一定距离布设导线，采用精密测量的方法测定各导线点和隧道两端控制点的点位。在进行导线点的布设时，导线点还应根据隧道长度和辅助坑道的数量及位置分布情况布设。导线宜采用长边，且尽量以直伸形式布设，这样可以减少转折角的个数，以减弱边长误差和测角误差对隧道横向贯通误差

9、的影响。为了增加检核条件和提高测角精度评定的可行性，导线应组成多边形导线闭合环或具有多个闭合环的闭合导线网。Copyright G.X. LiuCopyright G.X. Liu精密导线法优点：灵活、方便，对地形的适应性较大精密导线布设形式：多边形闭合环（可以是独立的，也可与国家三角点相连）导线环的个数不少于4个，每个环的边数以4-6条为宜，边长大于300m ；导线尽可能成直伸形式水平角观测：左、右角均观测，取均值测角中误差估计f: 导线环的角度闭合差()n: 一个导线环内角的个数N：导线环的个数导线环（网）的平差计算: 一般采用条件平差或间接平差。当导线精度要求不高时，亦可采用近似平差。用

10、导线法进行平面控制比较灵活、方便，对地形的适应性强。我国长达14.3 km的大瑶山隧道和8 km多的军都山隧道，采用光电测距仪导线网作控制测量，均取得了很好的效果。Copyright G.X. Liu导线网特点：布网自由、灵活，适应性好；工作量小，1/3 的三角测量；内业相对简单。；工程应用实例： 上世纪80年代以来，因全站仪的普及，导线网已成为隧道控制的主要方案。如（1）定测中线是采用光电测距仪测设的，且施工不设辅助导坑时，可采用单导线；（2）一般地，2KM以下的短隧道均可采用单闭合导线；（3）当两端洞口控制点与国家三角点方便联测时，可采用单附合导线；（4）除复杂的长大曲线隧道要采用GPS网

11、、边角网或混合网外（不多见），几乎所有的中长隧道均可采用狭长的多环导线Copyright G.X. Liu大瑶山隧道（14.295km）大秦线军都山隧道（8.46km）朔石线雁门关隧道（10.764km）候月线云台山隧道（8.147km）横南线分水关隧道（7.228km）南昆线米花岭隧道（8.654km）湘黔复线新雪峰山隧道（3.693km）深圳梧桐山公路隧道北京地铁复兴门折返线工程等等。（1）布置简况：导线网包含四个闭合环：TC14-TC1-TC2-TC13-TC14；TC2-TC3-TC4-TC11- TC12-TC13-TC2；TC4-TC5-TC6-TC9-TC10-TC11-TC4；

12、TC6-TC7-TC8-TC9-TC6两洞口点进1（TC2）和出1 （TC8）纳入主网，进2 和出2为插点，进出洞口处各有三个控制点。 主网平均边长617.9m，最短边长315m，最长边1173m。洞口点至后视点（定向点）的最短边长（进2-TC1的边长）为301.6m，导线边最大倾角24，平均倾角815。 由TCl610全站仪施测，测距标称精度为2mm+2ppm，测角精度1.5。主网水平角观测12个测回，附网观测9个测回（亦应观测12个测回为好），竖直角观测3个测回，边长观测3个测回。估算的横向贯通误差为11.7mm（见算例7-2），实际为5.9mm，限差为55mm， Copyright G.

13、X. Liu图7-3隧道贯通面Copyright G.X. Liu三角测量如果单从横向贯通精度考虑，三角测量是最理想的三角网布设形式测角三角锁(两条基线)边角网测边网以控制点为依据，确定进洞方向Copyright G.X. Liu隧道三角网（Primary control network for the channel tunnel） Copyright G.X. LiuGPS测量Global positioning system (GPS) （美国）GPS测量模式静态快速静态优点：仅须在隧道两端布设控制点，无须跨越山岭布点，劳动强度小、精度高GPS测量是目前隧道控制网建立的首选方法Copyr

14、ight G.X. Liu全球定位系统（GPS）美国在卫星全球定位系统研究开发上走在世界前列，70年代完成第二代定位系统的研究，也就是GPS。自上世纪80年代以来，美国GPS已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子大地测量仪器。尤其是90年代以来，GPS与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变革。此外，俄罗斯也研制了GLONASS系统，其定位原理与GPS系统相类似，但其应用并不普遍。目前，欧洲联盟正加紧研制Galileo（伽利略）系统，以期与美国GPS抢占经营市场。美国GPS卫星星座24颗卫星分布在6个轨道面Copyright G.X. Liu具有30颗卫星的Galileo导

15、航定位系统将于2008年投入使用GPS ReceiverGPS接收机Copyright G.X. Liu隧道GPS定位网设计要求1每个开挖口至少应布测4个控制点。整个控制网应由一个或若干个独立观测环组成，每个独立观测环的边数最多不超过12个，应尽可能减少。 2网的边长最长不宜超过30km，最短不宜短于300m。3每个控制点应有三个或三个以上的边与其连接，极个别的点才允许由两个边连接。4GPS定位点之间一般不要求通视，但布设洞口控制点时，考虑到用常规测量方法检测、加密或恢复的需要，应当通视。5点位空中视野开阔，保证至少能接收到4颗卫星信号。6测站附近不应有对电磁波有强烈吸收和反射影响的金属和其它

16、物体。 Copyright G.X. Liu高程控制测量目的：确保隧道在竖直方向正确贯通水准点布设与观测要求在隧道开挖洞口附近至少布设两个水准点，两水准点的高差以一次水准仪即可测出为宜以水准或光电三角高程法观测测量部位测量等级每公里高差中数的偶然中误差(mm)两开挖洞口间的水准路线长度(km)水准仪等级水准尺类型洞外二1.036S0.5、S1线条式因瓦水准尺三3.01336S1线条式因瓦水准尺S3区格式水准尺四5.0513S3区格式水准尺洞内二1.032S1线条式因瓦水准尺三3.01132S3区格式水准尺四5.0511S3区格式水准尺等级水准测量的路线长度和仪器精度Copyright G.X.

17、 Liu二、隧道内外联系测量目的：将洞外控制点和中线控制桩的坐标纳入同一坐标系，将线路中线引入洞内工作内容进洞关系计算进洞测量Copyright G.X. Liu直线隧道内外联系测量方法（1）移桩法 A、B、C、D：线路定测时的放样点 坐标轴：A为原点，AB为x为轴 yc, yd, ：计算值 C、D：移桩后的点位Copyright G.X. Liu直线隧道内外联系测量方法（2）拨角法 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Copyright G.X. Liu曲线隧道内外联系测量方法准备

18、工作在隧道两洞口的每条切线上确定两个投点坐标系确定与坐标变换Copyright G.X. Liu进洞关系计算步骤根据新坐标反算得到AG、DE的方位角，两方位角相减得到曲线精测的转向角计算交点的坐标Copyright G.X. Liu进洞关系计算步骤（续）根据精测算得的转向角和选定的曲线半径R和缓和曲线长l0，计算出曲线要素T, L, 0, p, m, x0, y0隧道施工里程推算：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计算任一中线点的坐标（见后三页）利用极坐标法确定洞门的位置和进洞方向中线点在直线上T中线点在缓和曲线上中线

19、点在圆曲线上Copyright G.X. Liu由洞外向洞内传递方向和坐标开挖面：隧道进、出洞口；横洞、斜井或竖井联系导线支导线（需反复测量与检查）由洞外向洞内传递高程隧道进出洞、斜井或横洞：采用往返水准测量竖井：悬挂钢尺+水准HB=HA+a-(l1 l2)+t+k-b 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t：钢尺温度改正数：钢尺膨胀系数，取1.2510-5/k：钢尺尺长改正数Copyright G.X. Liu使用测距仪传递高程（竖井）HB=HA+(a上b上)-Dh+(b下a下)Copyright G.X. Liu三、隧道洞内控制测量平面

20、控制测量中线形式：用中线控制点直接进行施工放样导线形式：是指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洞内导线特点洞内导线是随着隧道的开挖逐渐向前延伸，故只能敷设支导线或狭长形导线环，而不可能将全部导线一次测完；导线的形状完全取决于坑道的形状导线环主副导线环交叉导线旁点闭合环主导线：既测角又量距副导线：只测角、不量距Copyright G.X. Liu洞内高程测量洞内高程测量应采用水准测量或光电测距三角高程测量的方法。洞内高程应由洞外高程控制点向洞内测量传算，结合洞内施工特点，每隔200m至500m设立两个高程点以便检核；为便于施工使用，每隔

21、100m应在拱部边墙上设立一个水准点。采用水准测量时，应往返观测，视线长度不宜大于50m；采用光电测距三角高程测量时，应进行对向观测，注意洞内的除尘、通风排烟和水气的影响。限差要求与洞外高程测量的要求相同。洞内高程点作为施工高程的依据，必须定期复测。当隧道贯通之后，求出相向两支水准的高程贯通误差，并在未衬砌地段进行调整。所有开挖、衬砌工程应以调整后的高程指导施工Copyright G.X. Liu四、隧道洞内中线测量当洞内敷设导线之后，导线点不一定恰好在线路中线上，更不可能恰好在隧道的结构中线上（即隧道轴线上）。隧道衬砌后两个边墙间隔的中心即为隧道中心，在直线部分则与线路中线重合；曲线部分由于

22、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。洞内中线测量方法由导线测设中线独立的中线法永久中线点间隔：直线段150-200m 曲线段60-100m检查：相邻中线点间夹角量测 4-5点间距离量测与理论值比较洞内临时中线的测设随着隧道的向前掘进的深入，平面测量的控制和放线工作也需要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直线上点间距30m曲线上点间距20mCopyright G.X. Liu五、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，同时要保证测量成果的正确性隧道施工测量的内容导坑

23、延伸测量 上下导坑的联测 隧道结构物的施工放样 竣工测量 Copyright G.X. Liu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，如下图中的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。Copyright G.X. Liu导坑延伸测量(续)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，如下图所示。

24、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。导坑延伸测量(续)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，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CCopyright G.X. Liu上下导坑的联测(续)Copyright G.X. Liu 六、隧道贯通误差预计 为了加快施工进度，除了进、出口两个开挖面外，还

25、常采用横洞、斜井、竖井、平行导坑等来增加开挖面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Copyright G.X. Liu问题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

26、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。Copyright G.X. Liu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铁路贯通误差的限差规定Copyright G.X. Liu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

27、面上产生的横向中误差不应超过下表的规定。洞外、洞内控制测量的贯通精度要求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)448810101313171720洞外3045609012015018洞内40608012016020017洞外、洞内总和507510015020025025注：本表不适用于设有竖井的隧道Copyright G.X. Liu贯通误差预计(续) 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： my: 因测角误差在贯通面上引起的横向中误差(mm)，即myl：因测边误差在贯通面上引起的横向中误差(mm)，即Copyright G.X. Liu ：由导线环闭合差求算的测角中误差（） Rx : 导线环在隧道相邻两洞口连线的一条导线上各点 至贯通面的垂直距离（m） : 导线边边长相对中误差 dy : 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）Copyright G.X. Liu贯通误差预计(续)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。但前式中： ：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；