市政隧道工程控制测量方法及数据处理

1、市政隧道工程控制测量方法及数据处理主要内容第一节 概 述第二节 隧道贯通误差及限差第三节 洞外控制测量第四节 控制测量数据处理第五节 洞内控制测量第一节 概 述 隧道是线路的重要组成部分，尤其是长大隧道是整个线路建设的控制工程。 隧道施工前，要首先进行地面控制测量，提供隧道各开挖洞口控制桩的坐标、定向方向的方位角及水准点高程，以便引测进洞。 隧道施工中，为了加快工程进度，一般由隧道两端洞口进行相向开挖。长大隧道施工时，通常还要在两洞口间设置斜井、横洞、竖井等，以增加掘进工作面,保证隧道按设计正确贯通，并为隧道开挖指示方向和空间位置，必须进行进洞测量、洞内控制测量和施工测量。隧道测量示意图第一节

2、 概 述 与地面测量工作不同的是，隧道施工的掘进方向在贯通之前无法通视，隧道测量的主要任务，是保证隧道相向开挖的工作面按照规定的精度在预定位置贯通，并使各项建筑物以规定的精度按照设计位置和尺寸修建。第一节 概 述隧道测量的主要任务： 1洞外控制测量：在洞外建立平面和高程控制网，测定各洞口控制点的位置； 2进洞测量：将洞外的坐标、方向和高程传递到隧道内，建立洞内、洞外统一坐标系统； 3洞内控制测量：包括隧道内的平面和高程控制； 4隧道施工测量：根据隧道设计要求进行施工放样、指导开挖； 5竣工测量：测定隧道竣工后的实际中线位置和断面净空及各建、构筑物的位置尺寸。第一节 概 述 洞口投点：线路定测时

3、，标定在地面上确定隧道两端洞口位置的控制桩。 直线隧道的洞口投点是利用线路上的直转点标定出来的 曲线隧道的洞口投点是利用每条切线上的两个点标定出来 由于定测时的精度较低，满足不了贯通精度的要求，所以在施工前需进行洞外控制测量，与线路中线精密地联系起来，根据精密测定的数据，反算精密的转向角、方位角和距离，给出隧道各洞口投点的坐标。测定洞口水准点的高程，以便引进洞内，从而保证隧道准确贯通，这就是洞外控制测量的目的。第二节 隧道贯通误差及限差一、隧道贯通误差及其限差 1、贯通 在隧道施工中两个相向开挖的施工中线在设计的位置（里程）按放样将隧道挖通，称为贯通，该设计的位置称为贯通点，贯通点所在的横断面

4、称为贯通面。 2、贯通误差 第二节 隧道贯通误差及限差 在隧道施工中，由于地面控制测量、联系测量、地下控制测量以及细部放样产生的误差，使得两个相向开挖的工作面的贯通点，不能理想的衔接而使成为两个点，这两个点之间的空间线段长称为贯通误差。第二节 隧道贯通误差及限差贯通误差在线路中线方向的投影长度称为纵向贯通误差。贯通误差在垂直于线路中线方向的投影长度称为横向贯通误差在竖直方向的投影长度称为高程贯通误差。 横向贯通误差不超过规定的限值，是隧道测量的关键。过大时隧道会侵入建筑界限，迫使炸毁大段衬砌！第二节 隧道贯通误差及限差 3、隧道贯通误差的限差各项贯通误差的限度（用表式）一般取为中误差的两倍。对

5、于纵向误差，通常都是按定测中线的要求， 即L=2mL1/2000*L 对于横向误差和高程误差，按铁路测量技术规则根据开挖洞口间的长度确定，如表7-1所示，按公路勘测规范对贯通误差的规定如表7-2所示。第二节 隧道贯通误差及限差表7-1两相向开挖洞口间长（km）448810101313171720横向贯通误差（mm）100150200300400500高程贯通误差（mm）50表7-2两相向开挖洞口间长度（km）3366横向贯通误差（mm）150200*高程贯通误差（mm）70第二节 隧道贯通误差及限差二、隧道贯通误差的来源及分配 隧道贯通误差主要来源于洞内、外控制测量和竖井（斜井）联系测量的误差

6、。 对洞外控制测量而言，洞外的条件要较洞内好，故对洞外控制测量的精度可要求高一些 ，按照新建铁路工程测量规范的规定，洞外、洞内控制测量误差对每个贯通面上产生的误差不应超过表73的规定。第二节 隧道贯通误差及限差表7-3测 量 部 位横向中误差（mm）高 程两开挖洞口间长度（km）中误差448810101313171720（mm）洞外3045609012015018洞内40608012016020017洞外、洞内总和507510015020025025第二节 隧道贯通误差及限差按照新建铁路工程测量规范的规定 将洞外控制测量的误差作为影响隧道贯通误差的一个独立因素，而将两相向开挖的洞内导线测量各作

7、为一个独立因素（有竖井或斜井各作为一个独立因素），将各独立因素按等精度影响，来求各独立因素的影响。 设隧道总的横向贯通误差为总，则总的横向贯通中误差的限差为M总=总/2.因此，当没有竖井或斜井时，独立因素是三个。 由M总2= M外2+ M内2+ M内2得第二节 隧道贯通误差及限差洞外控制测量的误差所引起的横向贯通中误差的影响值为： M外=0.58M总 洞内控制测量的误差所引起的横向贯通中误差的影响值为： M内=0.82M总 当洞内开挖面愈多，则对洞外控制测量的精度要求就愈高，以弥补洞内控制测量因开挖面的增多而降低的精度。第二节 隧道贯通误差及限差对于高程控制测量，将洞外与洞内按等影响分配。 设

8、隧道总的高程贯通允许中误差为Mh，则洞外高程贯通中误差的允许值为 mh=Mh/2=0.71Mh 对铁路隧道，高程贯通误差的限差为50mm，则高程贯通允许中误差Mh=25mm。按上式计算的mh=18mm。第二节 隧道贯通误差及限差 四等水准测量每公里高差中数偶然中误差为5mm，三等水准为3mm。因此，若按四等水准测量观测，则洞外高程贯通允许中误差不超过18mm的限度最大长度为13km，而若按三等水准得L=35km。 对公路隧道，由于高程贯通误差限差放大，用三、四等水准测量相应路线允许最大长度也增大。 可见，一般隧道采用三、四等水准测量，其精度已可满足高程贯通的精度要求，所以可用红外三角高程施测。

9、但应注意的是，平面控制点间边长有些较长，而采用红外三角高程一般应把边长控制在500m内，故对于长边，应增设转点，专为传递高程之用。第二节 隧道贯通误差及限差三、贯通精度预计的意义 为了加快隧道的施工进度，增加了开挖面，这就必需严格保证其施工质量，特别是各开挖面的贯通质量。由于隧道施工是在洞内、外控制测量的基础上进行的，因此必须根据控制测量的设计精度或实测精度，在隧道施工前或施工中对其未来的贯通质量进行预计，以确保准确贯通，避免重大事故的发生，对于长大隧道尤其如此。四、洞外平面控制测量对横向贯通误差影响值的估算思路：视洞内及洞内外联系测量的所有观测值都看作为无误差的观测值，只考虑洞外控制测量的误

10、差，然后从两边相向推算出贯通点的坐标，其坐标差即为 x 和 y 轴方向的贯通误差。 目的：找出洞外控制测量的误差与贯通误差的关系，即“影响值”。理解：其应用在于（1）判断依据选定的控制等级（允许的测角中误差和允许的测距相对中误差）求出的影响值是否超限（2）根据实际的测量精度计算洞外控制测量带给贯通的“实际误差”。oxy0n(A)(B)s11s22siisnn12i-1in-1进口出口隧道中线12i-1in-1AAB贯通面方向E1、导线测量贯通误差计算 受洞外、洞内平面控制测量影响所产生在贯通面上的横向中误差，按下列公式计算： 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 由于

11、测边误差影响，产生在贯通面上的横向中误差（mm），即 其中 由导线环的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 Dx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）。第三节 洞外控制测量一、洞外控制网布设的方法及工作步骤1、收集资料 在布设洞外控制网前，首先要从设计文件中了解隧道的形状，各洞口的设计位置，各洞口的间隔距离，各贯通面的设计位置。然后搜集测区的地形图（1：50001：2000），隧道地段的线路平面图，其次还应搜集勘测单位过去所完成的测量资料，隧道地区的气象、水文、地质以及交通运输等

12、方面的资料。第三节 洞外控制测量2、现场踏勘与交桩 在研究了这些资料后，在进行实地踏勘。进一步判明这些资料的正确性，并详细了解隧道两侧的地形，两端洞口线路的走向，里程桩点特别是主点的设置等。踏勘的过程也是勘测设计单位向施工单位现场交桩的过程。3、选点布网 在了解了测区各有关资料，现场实际情况后，即可进行测量设计，研究洞外控制网的布网方案。平面控制网的设计，可以结合隧道的长度以及线路通过地区的地形情况，分别布设成三角网、边角网、导线网、GPS网等。高程控制网一般均采用水准测量，也可采用光电测距三角高程来代替三、四等水准测量。第三节 洞外控制测量4、控制网等级的确定二、洞外平面控制测量 洞外平面控

13、制测量应结合隧道长度、平面形状、线路通过地区的地形和环境等条件进行，可采用的方法有：中线法、精密导线法、三角锁网法、GPS测量。1中线法（平面控制简单、直观，精度不高） 适用于长度较短或贯通精度要求不高的隧道。 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

14、上的控制点（或曲线主点及转点等）为准，将中线引入洞内。2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，测规规定，在一个控制网中，导线环的个数不宜少于4个；每个环的边数宜为46条。 导线可以是独立的，也可以与国家高

15、等级控制点相连。 导线水平角的观测，宜采用方向观测法，测回数应符合下表的规定。三角锁、导线测量等级测角中误差（）仪器型号测回数二1.0DJ169DJ2912三1.8DJ14DJ26四2.5DJ12DJ24五4.0DJ22表 测角精度、仪器型号和测回数 当水平角为两方向时，则以总测回数的奇数测回和偶数测回分别观测导线的左角和右角。左、右角分别取中数后应按下式计算圆周角闭合差，其值应符合下表的规定。再将它们统一换算为左角或右角后取平均值作为最后结果，这样可以提高测角精度。 左角中右角中360导线等级二三四五2.03.65.08.0表 测站圆周角闭合差的限差 （）导线环角度闭合差，应不大于按下式计算

16、的限差： 式中 m设计所需的测角中误差（）； n导线环内角的个数。 导线的实际测角中误差应按下式计算，并应符合控制测量设计等级的精度要求。 式中 f每一导线环的角度闭合差（）； n 每一导线环内角的个数； N导线环的总个数。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。 用导线法进行平面控制灵活、方便，对地形的适应性强。我国长达14.3 km的大瑶山隧道和8km多的军都山隧道，采用光电测距仪导线网作控制测量，均取得很好的效果。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。大瑶山隧道（14.295km）大秦线军都

17、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。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、边角网或混合网外（不多见），几乎所

18、有的中长隧道均可采用狭长的多环导线图7-3（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；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2

19、mm+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，实际为5.9mm，限差为55mm， 隧道贯通面隧道为双洞直线型，全长3.02km和3.01km，三维导线网作平面控制。3、三角锁网法 将测角三角锁布置在隧道进出口之间，以一条高精度的基线作为起始边，并在三角锁的另一端增设一条基线，以增加检核和平差的条件。三角测量的方向控制较中线法、导线法都高，如果仅从提高横向贯通精度的观点考虑，它是最理想的隧道平面控制方法。图直线隧道曲线隧道 由于光电测距仪和全站仪的普遍应用，三角测量除采

20、用测角三角锁外，还可采用边角网和三边网作为隧道洞外控制。但从其精度、工作量等方面综合考虑，以测角单三角形锁最为常用。经过近似或严密平差计算可求得各三角点和隧道轴线上控制点的坐标，然后以这些控制点为依据，可计算各开挖口的进洞方向。 4GPS测量 隧道洞外控制测量可利用GPS相对定位技术，采用静态测量方式进行。测量时仅需在各开挖洞口附近测定几个控制点的坐标，工作量小，精度高，而且可以全天候观测，因此是大中型隧道洞外控制测量的首选方案。三、洞外高程控制测量 洞外高程控制测量，是按照设计精度施测各开挖洞口附近水准点之间的高差，以便将整个隧道的统一高程系统引入洞内，以保证在高程方向按规定精度正确贯通，并

21、使隧道各附属工程按要求的高程精度正确修建。 高程控制方法： 1）常采用水准测量方法，2）亦可采用光电测距三角高程的方法进行。 高程控制路线： 应选择连接各洞口最平坦和最短的线路，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。每一个洞口应埋设不少于2个水准点，以相互检核；两水准点的位置，以能安置一次仪器即可联测为宜，方便引测并避开施工的干扰。测量部位测量等级每公里水准测量的偶然中误差M(mm)两开挖洞口间水准路线长度（km）水准仪等级测距仪精度等级水准标尺类型洞外二1.036DS0.5、DS1线条式铟瓦水准尺三3.01336DS1线条式铟瓦水准尺DS3区格式水准尺四5.0513DS3、区格式水准尺五7.

22、55DS3、区格式水准尺洞内二1.032S1线条式铟瓦水准尺三3.01132S3区格式水准尺四5.0511DS3、区格式水准尺五7.55DS3、区格式水准尺表 各等级水准测量的路线长度及仪器等级的规定 第四节 控制测量数据处理观测数据处理根据闭合差和往返值评定观测值的精度。投影面的选择及边长归算 在铁路隧道测量中，一般以线路平均纵断面高程作为控制网平差计算的投影面（参考椭球面）。由于隧道长度较小，参考椭球面投影到高斯投影面所产生的长度变形和方向改正可忽略不计。第五节 洞内控制测量一、洞内导线等级的确定测量部位测量方法测量等级测角精度适用长度边长相对中误差洞内导线测量二1.0直线7201/100

23、00曲线3.520三1.8直线3.57曲线2.53.5四2.5直线2.53.5曲线1.52.5五4.0直线2.5曲线1.5第五节 洞内控制测量二、洞内测距仪导线的布设形式 洞内导线应具有以下特点： 、只能敷设成支导线的形式，并随隧道的开挖而向前延伸。 、导线的形状（直伸和曲折）完全取决于隧道的形状，没有选择的余地。 、为了保证在贯通面处横向贯通误差不超过限差，应减少导线转折角数，即导线边应越长越好，同时为了利用导线点进行放样，边长又不能太长。第五节 洞内控制测量洞内导线布设形式： 、施工导线。在开挖面向前推进时，用以进行放样指导开挖的导线测量。 、主要导线。主要为保证正确贯通而设，边长越长越好

24、，在直线段导线边最短不应短于200m，在曲线段不宜短于70m。洞内主要导线布设形式 、单导线 、导线环 、主副导线环 （1）单导线 导线布设灵活，但缺乏检测条件。测量转折角时最好半数测回测左角，半数测回测右角，以加强检核。施工中应定期检查各导线点的稳定情况。（2）导线环 是长大隧道洞内控制测量的首选形式，有较好的检核条件，而且每增设一对新点，如5和5点，可按两点坐标反算55的距离，然后与实地丈量的55距离比较，这样每前进一步均有检核。（3）主、副导线环 图中双线为主导线，单线为副导线。主导线既测角又测边长，副导线只测角不测边，增加角度的检核条件。在形成第二闭合环时，可按虚线形式，以便主导线在3

25、点处能以平差角传算34边的方位角。主副导线环可对测量角度进行平差，提高测角精度，对提高导线端点的横向点位精度非常有利。此外，还有交叉导线、旁点闭合环等布线方式。当有平行导坑时，还可利用横通道形成正洞和导坑联系起来的导线闭合环，重新进行平差计算，可进一步提高导线的精度。 在洞内进行平面控制时应注意： （1）每次建立新点，都必须检测前一个旧点的稳定性，确认旧点没有发生位移，才能用来发展新点。 （2）导线点应布设在避免施工干扰、稳固可靠的地段，尽量形成闭合环。导线边以接近等长为宜，一般直线地段不短于200 m，曲线地段不宜短于70 m。 （3）测角时，必须经过通风排烟，使空气澄清以后，能见度恢复时进行。根据测量的精度要求确定使用仪器的类型和测回数 。 （4）洞内边长丈量，用钢尺丈量时，钢尺需经过检定；当使用光电测距仪