市政隧道工程控制测量及变形监测

市政政隧隧道道工工程程控控制制测测量量及及变变形形监监测测§16-1隧道道测测量量概概述述§16-2隧道道洞洞外外平平面面控控制制测测量量§16-3隧道道洞洞内内平平面面控控制制测测量量§16-4隧道道高高程程控控制制测测量量§16-6隧道道施施工工测测量量§16-7隧道道变变形形监监测测§16-7隧道道竣竣工工测测量量§16-1隧道道测测量量概概述述一、、隧隧道道工工程程的的特特点点1.隧道道工工程程介介绍绍2.隧道道长长度度的的划划分分3.隧道道测测量量的的特特点点特长隧道长隧道中隧道短隧道铁路隧道≥10000m10000m~3000m3000m~500m≤500m公路隧道≥3000m3000m~1000m1000m~500m≤500m§16-1隧道道测测量量概概述述二、、隧隧道道测测量量的的内内容容1.隧道道工工程程施施工工需需要要进进行行的的主主要要测测量量工工作作包包括括：：（1）洞洞外外控控制制测测量量（2）进进洞洞测测量量（3）洞洞内内控控制制测测量量（4）隧隧道道施施工工测测量量（5）竣竣工工测测量量§16-1隧道道测测量量概概述述二、、隧隧道道测测量量的的内内容容2.隧道道测测量量的的主主要要目目的的，，是是保保证证隧隧道道相相向向开开挖挖时时，，能能按按规规定定的的精精度度正正确确贯贯通通，，并并使使各各建建筑筑物物的的位位置置和和尺尺寸寸符符合合设设计计规规定定，，不不使使侵侵入入建建筑筑限限界界，，以以确确保保运运营营安安全全。。§16-1隧道道测测量量概概述述三、、隧隧道道贯贯通通测测量量的的含含义义1.隧道道增增加加施施工工工工作作面面的的方方法法图16-1隧道道增增加加施施工工工工作作面面的的方方法法(a)竖井井(b)平洞洞(c)斜井井§16-1隧道道测测量量概概述述三、、隧隧道道贯贯通通测测量量的的含含义义2.隧道道贯贯通通误误差差分分类类（1）横横向向贯贯通通误误差差（2）纵纵向向贯贯通通误误差差（3）高高程程贯贯通通误误差差§16-1隧道道测测量量概概述述三、、隧隧道道贯贯通通测测量量的的含含义义3.隧道道贯贯通通误误差差特特点点纵向向误误差差只只对对贯贯通通在在距距离离上上有有影影响响；；高高程程误误差差对对坡坡度度有有影影响响；；而而横横向向误误差差对对隧隧道道质质量量有有影影响响。。不不同同的的隧隧道道工工程程对对贯贯通通误误差差的的容容许许值值有有各各自自具具体体的的规规定定。。如如何何保保证证隧隧道道在在贯贯通通时时，，两两相相向向开开挖挖的的施施工工中中线线的的闭闭合合差差（（包包括括横横向向、、纵纵向向及及高高程程方方向向））不不超超过过规规定定的的限限值值，，成成为为隧隧道道测测量量的的关关键键问问题题。。§16-1隧道道测测量量概概述述三、、隧隧道道贯贯通通测测量量的的含含义义4.铁路路隧隧道道贯贯通通误误差差的的限限差差两开挖洞口间长度(km)＜44~＜88~＜1010~＜1313~＜1717~＜20横向贯通误差（mm）100150200300400500高程贯通误差（mm）50由于于测测距距精精度度的的提提高高，，在在纵纵向向方方面面所所产产生生的的贯贯通通误误差差，，一一般般对对隧隧道道施施工工和和隧隧道道质质量量不不产产生生影影响响，，表表中中未未对对纵纵向向误误差差做做出出具具体体规规定定，，但但应应小小于于隧隧道道长长度度的的1/2000。§16-2隧道洞外平平面控控制测测量隧道洞洞外控控制测测量的的目的的是：：在各开开挖洞洞口之之间建建立一一精密密的控控制网网，以以便据据此精精确地地确定定各开开挖洞洞口的的掘进进方向向，使使之正正确相相向开开挖，，保证证准确确贯通通。洞洞外平平面控控制测测量应应结合合隧道道长度度、平平面形形状、、线路路通过过地区区的地地形和和环境境等条条件进进行，，常采采用以以下方方法。。§16-2隧道洞外平平面控控制测测量一、GPS测量法法利用GPS相对定定位技技术，，采用用静态态测量量方式式进行行。测测量时时仅需需在各各开挖挖洞口口附近近测定定几个个控制制点的的坐标标，工工作量量小，，精度度高，，而且且可以以全天天候观观测，，因此此是大大中型型隧道道洞外外控制制测量量的首首选方方案。。§16-2隧道洞外平平面控控制测测量一、GPS测量法法隧道GPS控制网网的布布设，，应满满足下下列要要求：：（1）控制制网由由隧道道各开开挖口口的控控制点点点群群组成成，每每个开开挖口口至少少应布布测4个控制制点;（2）基线线最长长不宜宜超过过30km，最短短不宜宜短于于300m;（3）每个个控制制点应应有三三个或或三个个以上上的边边与其其连接接，极极个别别的点点才允允许由由两个个边连连接;§16-2隧道洞外平平面控控制测测量（4）点位位上空空视野野开阔阔，保保证至至少能能接收收到4颗卫星星的信信号;（5）测站站附近近不应应有对对电磁磁波有有强烈烈吸收收或反反射影影响的的金属属和其其它物物体;（6）各开开挖口口的控控制点点及洞洞口投投点高高差不不宜过过大，，尽量量减小小垂线线偏差差的影影响。。§16-2隧道洞外平平面控控制测测量二、精精密导导线法法1.一般要要求在隧道道进、、出口口之间间，沿沿勘测测设计计阶段段所标标定的的中线线或离离开中中线一一定距距离布布设导导线，，采用用精密密测量量的方方法测测定各各导线线点和和隧道道两端端控制制点的的点位位。导导线宜宜采用用长边边，且且尽量量以直直伸形形式布布设，，这样样可以以减少少转折折角的的个数数，以以减弱弱边长长误差差和测测角误误差对对隧道道横向向贯通通误差差的影影响。。§16-2隧道洞外平平面控控制测测量2.精度计计算为了增增加检检核条条件和和提高高测角角精度度评定定的可可行性性，导导线应应组成成多边边形导导线闭闭合环环或具具有多多个闭闭合环环的闭闭合导导线网网，导导线环环的个个数不不宜太太少，，每个个环的的边数数不宜宜太多多。《测规》规定，，在一一个控控制网网中，，导线线环的的个数数不宜宜少于于4个；每每个环环的边边数宜宜为4～6条。§16-2隧道洞外平平面控控制测测量2.精度计计算导线环环角度度闭合合差，，应不不大于于按下下式计计算的的限差差：=(16-2)式中m——设计所所需的的测角角中误误差（（″）；n——导线环环内角角的个个数。。导线的的实际际测角角中误误差应应按下下式计计算，，并应应符合合控制制测量量设计计等级级的精精度要要求。。（16-3）N——导线环环的总总个数数。§16-2隧道洞外平平面控控制测测量3.导线水水平角角的观观测要要求三角锁、导线测量等级测角中误差（〃）仪器型号测回数二1.0DJ16～9DJ29～12三1.8DJ14DJ26四2.5DJ12DJ24五4.0DJ22§16-2隧道洞外平平面控控制测测量三、中中线法法就是将将隧道道中线线的平平面位位置，，测设设在地地表上上，经经反复复核对对改正正误差差后，，把洞洞口控控制点点确定定下来来，施施工时时就以以这些些控制制点为为准，，将中中线引引入洞洞内。。中线法法平面面控制制简单单、直直观，，但精精度不不高，，适用用于长长度较较短或或贯通通精度度要求求不高高的隧隧道。。§16-2隧道洞外平平面控控制测测量四、三三角锁锁网法法将测角角三角角锁布布置在在隧道道进出出口之之间，，以一一条高高精度度的基基线作作为起起始边边，并并在三三角锁锁的另另一端端增设设一条条基线线，以以增加加检核核和平平差的的条件件。三三角测测量的的方向向控制制较中中线法法、导导线法法都高高，如如果仅仅从提提高横横向贯贯通精精度的的观点点考虑虑，它它是最最理想想的隧隧道平平面控控制方方法。。§16-3隧道洞洞内平平面控控制测测量在隧道道施工工中，，随着着开挖挖的延延伸进进展，，需要要不断断给出出隧道道的掘掘进方方向。。为了了正确确完成成施工工放样样，防防止误误差积积累，，保证证最后后的准准确贯贯通方方向，，应进进行洞洞内平平面控控制测测量。。隧道洞洞内平平面控控制测测量应应结合合洞内内施工工特点点进行行。由由于场场地狭狭窄，，施工工干扰扰大，，故洞洞内平平面控控制常常采用用中线线或精精密导导线两两种形形式。。§16-3隧道洞洞内平平面控控制测测量一、精精密导导线法法1.一般特特点洞内导导线与与洞外外导线线相比比，具具有以以下特特点：：洞内内导线线是随随着隧隧道的的开挖挖而向向前延延伸，，因此此只能能敷设设支导导线或或狭长长形导导线环环，而而不可可能将将贯穿穿洞内内的全全部导导线一一次测测完；；测量量工作作间歇歇时间间取决决于开开挖面面的进进展速速度；；导线线的形形状（（直伸伸或曲曲折））完全全取决决于坑坑道的的形状状和施施工方方法；；支导导线或或狭长长形导导线环环只能能用重重复观观测的的方法法进行行检核核，定定期进进行精精确复复测，，以保保证控控制测测量的的精度度；洞洞内导导线点点不宜宜保存存，观观测条条件差差，标标石顶顶面最最好比比洞内内地面面低20～30cm，上面加设设坚固护盖盖，然后填填平地面，，注意护盖盖不要和标标石顶点接接触，以免免在洞内运运输或施工工中遭受破破坏。§16-3隧道洞内平平面控制测测量一、精密导导线法2、洞内导线线采用的几几种形式：：（1）单导线导线布设灵灵活，但缺缺乏检测条条件。测量量转折角时时最好半数数测回测左左角，半数数测回测右右角，以加加强检核。。施工中应应定期检查查各导线点点的稳定情情况。§16-3隧道洞内平平面控制测测量（2）导线环如图16-2所示，是长长大隧道洞洞内控制测测量的首选选形式，有有较好的检检核条件，，而且每增增设一对新新点，如5和5′点，可按两两点坐标反反算5～5′的距离，然然后与实地地丈量的5～5′距离比较，，这样每前前进一步均均有检核。。§16-3隧道洞内平平面控制测测量（3）主、副导导线环如图16-3所示，图中中双线为主主导线，单单线为副导导线。主导导线既测角角又测边长长，副导线线只测角不不测边，增增加角度的的检核条件件。在形成成第二闭合合环时，可可按虚线形形式，以便便主导线在在2点处能以平平差角传算算3～4边的方位角角。§16-3隧道洞内平平面控制测测量3、洞内导线线进行平面面控制时应应注意：（1）每次建立立新点，都都必须检测测前一个旧旧点的稳定定性，确认认旧点没有有发生位移移，才能用用来发展新新点。（2）导线点应应布设在避避免施工干干扰、稳固固可靠的地地段，尽量量形成闭合合环。导线线边以接近近等长为宜宜，一般直直线地段不不短于200m，曲线地段段不宜短于于70m。（3）测角时，，必须经过过通风排烟烟，使空气气澄清以后后，能见度度恢复时进进行。根据据测量的精精度要求确确定使用仪仪器的类型型和测回数数。（4）洞内边长长丈量，用用钢尺丈量量时，钢尺尺需经过检检定；当使使用光电测测距仪测边边时，应注注意洞内排排烟和漏水水地段测距距的状况，，准确进行行各项改正正。§16-3隧道洞内平平面控制测测量二、中线法法是指采用直直接定线法法，即以洞洞外控制测测量定测的的洞口投点点为依据，，向洞内直直接测设隧隧道中线点点，并不断断延伸作为为洞内平面面控制。这是一种特特殊的支导导线形式，，即把中线线控制点作作为导线点点，直接进进行施工放放样。这种种方法一般般适用于小小于500m的曲线隧道道和小于1000m的直线隧道道。§16-3隧道洞内平平面控制测测量三、陀螺经经纬仪定向向法陀螺经纬仪仪可以直接接测定方位位角。早期期的陀螺经经纬仪由于于定向精度度不高，主主要用在矿矿山、水利利等要求较较低的隧道道施工测量量中。随着着技术的进进步，新型型陀螺经纬纬仪在性能能、自动化化程度、精精度等方面面都有较大大改进。陀陀螺经纬仪仪精确测定定方位角，，配合精密密光电测距距仪的边长长测量，这这种方法在在隧道测量量中的应用用前景越来来越广。§16-4隧道高程控控制测量相关测量规规范规定，，在隧道每每个施工洞洞口应测设设不少于2个高程控制制点，同时时进行高程程控制测量量,联测各洞口口水准点的的高程，以以便引测进进洞，保证证隧道在高高程方向准准确贯通和和开挖高程程§16-4隧道高程控控制测量一、洞外高高程控制测测量1、目的洞外高程控控制测量，，是按照设设计精度施施测各开挖挖洞口附近近水准点之之间的高差差，以便将将整个隧道道的统一高高程系统引引入洞内，，以保证在在高程方向向按规定精精度正确贯贯通，并使使隧道各附附属工程按按要求的高高程精度正正确修建。。§16-4隧道高程控控制测量2、方法高程控制常常采用水准准测量方法法，但当山山势陡峻采采用水准测测量困难时时，三、四四、五等高高程控制亦亦可采用光光电测距三三角高程的的方法进行行。随着新新型精密全全站仪的出出现和使用用，在特定定条件下，，光电测距距三角高程程可以有条条件地代替替二等几何何水准测量量。高程控制路路线应选择择连接各洞洞口最平坦坦和最短的的线路，以以期达到设设站少、观观测快、精精度高的要要求。每一一个洞口应应埋设不少少于2个水准点，，以相互检检核；两水水准点的位位置，以能能安置一次次仪器即可可联测为宜宜，方便引引测并避开开施工的干干扰。§16-4隧道高程程控制测测量3、精度要要求表16-5各等级水水准测量量的路线线长度及及仪器等等级的规规定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≤1.0＞36DS0.5、DS1线条式铟瓦水准尺三≤3.013~36DS1线条式铟瓦水准尺DS3区格式水准尺四≤5.05~13DS3／Ⅰ、Ⅱ区格式水准尺五≤7.5＜5DS3／Ⅰ、Ⅱ区格式水准尺§16-4隧道高程程控制测测量二、洞内内高程控控制测量量1、目的洞内高程程控制测测量是将将洞外高高程控制制点的高高程通过过联系测测量引测测到洞内内,作为洞内内高程控控制和隧隧道构筑筑物施工工放样的的基础,以保证隧隧道在竖竖直方向向正确贯贯通。§16-4隧道高程程控制测测量2、方法洞内水准准测量与与洞外水水准测量量的方法法基本相相同，但但有以下下特点：：（1）隧道贯贯通之前前，洞内内水准路路线属于于水准支支线，故故需往返返多次观观测进行行检核。。（2）洞内三三等及以以上的高高程测量量应采用用水准测测量，进进行往返返观测；；四、五五等也可可采用光光电测距距三角高高程测量量的方法法，应进进行对向向观测。。（3）洞内应应每隔200～500m设立一对对高程控控制点以以便检核核。为了了施工便便利，应应在导坑坑内拱部部边墙至至少每100m设立一个个临时水水准点。。§16-4隧道高程程控制测测量（4）洞内高高程点必必须定期期复测。。测设新新的水准准点前，，注意检检查前一一水准点点的稳定定性，以以免产生生错误。。（5）因洞内内施工干干扰大，，常使用用倒、挂挂尺传递递高程，，如图16-4所示，高高差的计计算公式式仍用hAB=a-b，但对于于零端在在顶上的的倒、挂挂尺（如如图中B点倒尺）），读数数应作为为负值计计算，记记录时必必须在挂挂尺读数数前冠以以负号。。B点的高程程：HB=HA+a－（－b）=HA+a+b§16-4隧道高程程控制测测量§16-4隧道高程程控制测测量3、精度洞内测量量结果的的精度必必须符合合洞内高高程测量量设计要要求或规规定等级级的精度度（参见见表16-5）。当隧道贯贯通之后后，求出出相向两两支水准准路线的的高程贯贯通误差差，在允允许误差差以内时时可在未未衬砌地地段进行行调整。。所有开开挖、衬衬砌工程程应以调调整后的的高程指指导施工工。§16-4隧道高程程控制测测量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内二≤1.0＞32S1线条式铟瓦水准尺三≤3.011~32S3区格式水准尺四≤5.05~11DS3／Ⅰ、Ⅱ区格式水准尺五≤7.5＜5DS3／Ⅰ、Ⅱ区格式水准尺§16-5隧道贯通通精度的的预计§16-6隧道施工工测量一、隧道道进洞测测量在隧道开开挖之前前，必须须根据洞洞外控制制测量的的结果，，测算洞洞口控制制点的坐坐标和高高程，同同时按设设计要求求计算洞洞内待定定点的设设计坐标标和高程程，通过过坐标反反算，求求出洞内内待定点点与洞口口控制点点（或洞洞口投点点）之间间的距离离和夹角角关系。。也可按按极坐标标或其它它方法测测设出进进洞的开开挖方向向，并放放样出洞洞门内的的待定点点点位，，这也就就是隧道道洞外和和洞内的的联系测测量（即即进洞测测量）。。§16-6隧道施工工测量洞门的施施工测量量在洞口的的山坡面面上标出出中垂线线位置，，按设计计坡度指指导劈坡坡工作的的进行。。劈坡完完成后，，在洞帘帘上测设设出隧道道断面轮轮廓线，，就可以以进行洞洞门的开开挖施工工了。§16-6隧道施工工测量2.正常进洞洞关系的的计算和和进洞测测量洞外控制制测量完完成之后后，应把把各洞口口的线路路中线控控制桩和和洞外控控制网联联系起来来，为施施工测量量方便，，也可建建立施工工坐标系系。如若若控制网网和线路路中线两两者的坐坐标系不不一致，，应首先先把洞外外控制点点和中线线控制桩桩的坐标标纳入同同一坐标标系统内内，即必必须先进进行坐标标转换。。一般在在直线隧隧道以线线路中线线作为X轴；曲线隧道道上以一条切切线方向作为为X轴，建立施工工坐标系。用用控制点和隧隧道内待测设设的线路中线线点的坐标，，反算两点的的距离和方位位角，从而确确定进洞测量量的数据。把把中线引进洞洞内，可按下下列方法进行行：§16-6隧道施工测量量（1）直线隧道进进洞直线隧道进洞洞计算比较简简单，常采用用拨角法。如图16-6所示，A、D为隧道的洞口口投点，位于于线路中线上上，当以AD为坐标纵轴方方向时，可根根据洞外控制制测量确定的的A、B和C、D点坐标进行坐坐标反算，分分别计算放样样角β1和β2。测设放样时时，仪器分别别安置在A点，后视B点；安置在D点，后视C点，相应地拨拨角β1和β2，就得到隧道道口的进洞方方向。§16-6隧道施工测量量§16-6隧道施工测量量（2）曲线隧道进进洞曲线进洞测量量一般有两种种方法,一是洞口投点点移桩法,另一是洞口控控制点与曲线线上任一点关关系计算法。。1）洞口投点移移桩法即计算定测时时原投点偏离离中线(理论中线)的偏移量和移移桩夹角,并将它移到正正确的中线上上,再计算出移桩桩后该点的隧隧道施工里程程和切线方向向,于该点安置仪仪器，就可按按第11章的曲线测设设方法，测设设洞门位置或或洞门内的其其它中线点。。§16-6隧道施工测量量2）洞口控制点点与曲线上任任一点关系计计算法将洞口控制点点坐标和整个个曲线转换为为同一施工坐坐标系。无论论待测设点位位于切线、缓缓和曲线还是是圆曲线上，，都可根据其其里程计算出出施工坐标，，在洞口控制制点上安置仪仪器用极坐标标法测设洞口口待定点。§16-6隧道施工测量量二、洞内施工工中线测量隧道洞内掘进进施工，是以以中线为依据据来进行。当当洞内敷设导导线之后，导导线点不一定定恰好在线路路中线上，也也不可能恰好好在隧道的轴轴线上。（隧隧道衬砌后两两个边墙间隔隔的中心即为为隧道中心轴轴线，其在直直线部分与线线路中线重合合；而曲线部部分由于隧道道断面的内、、外侧加宽值值不同，所以以线路中心线线与隧道中心心线并不重合合。）施工中中线分为永久久中线和临时时中线，永久久中线应根据据洞内导线测测设。§16-6隧道施工测量量1.由导线测设中中线用精密导线进进行洞内控制制测量时，应应根据导线点点位的实际坐坐标和中线点点的理论坐标标，反算出距距离和角度，，用极坐标法法测设出中线线点。为方便便使用，中线线桩可同时埋埋设在隧道的的底部和顶板板，底部宜采采用混凝土包包木桩，桩顶顶钉一小钉以以示点位；顶顶板上的中线线桩点，可灌灌入拱部混凝凝土中或打入入坚固岩石的的钎眼内，且且应能悬挂垂垂球线以标示示中线。测设设完成后应进进行检核，确确保无误。§16-6隧道施工测量量2.独立的中线法法对于较短隧道道，若用中线线法进行洞内内控制测量，，则在直线隧隧道内应用正正倒镜分中法法延伸中线；；在曲线隧道道内一般采用用弦线偏角法法，也可采用用其它曲线测测设方法延伸伸中线。§16-6隧道施工测量量3.洞内临时中线线的测设隧道的掘进延延伸和衬砌施施工应测设临临时中线。随随着隧道掘进进的深入，平平面测量的控控制工作和中中线测量也需需紧随其后。。当掘进的延延伸长度不足足一个永久中中线点的间距距时，应先测测设临时中线线点，如图16-7中的1、2……等，点间距离离，一般直线线上不大于30m，曲线上不大大于20m。当延伸长度度已大于永久久中线点的间间距时，就可可以建立一个个新的永久中中线点，如图图中的e。§16-6隧道施工测量量当采用全断面面法开挖时，，导线点和永永久中线点都都应紧跟临时时中线点，这这时临时中线线点要求的精精度也较高；；供衬砌用临临时中线点，，直线上应采采用正倒镜压压点或延伸，，曲线上可用用偏角法、长长弦支距法等等方法测定，，宜每10m加密一点。§16-6隧道施工测量量三.高程控制§16-6隧道施工测量量四.掘进方向指示示应用经纬仪，，根据导线点点和待定点的的坐标反算数数据，用极坐坐标的方法测测设出掘进方方向。还可应应用激光定向向经纬仪或激激光指向仪来来指示掘进方方向。利用它它发射的一束束可见光，指指示出中线及及腰线方向或或它们的平行行方向。它具具有直观性强强、作用距离离长，测设时时对掘进工序序影响小，便便于实现自动动化控制的优优点§16-6隧道施工测量量五开挖断面面的放样开挖断面的放放样是在中垂垂线和腰线基基础上进行的的，包括两侧侧边墙、拱顶顶、底板（仰仰拱）三部分分。根据设计计图纸给出的的断面的宽度度、拱脚和拱拱顶的标高、、拱曲线半径径等数据放样样，常采用断断面支距法测测设断面轮廓廓。全断面开挖的的隧道，当衬衬砌与掘进工工序紧跟时，，两端掘进至至距预计贯通通点一定距离离时，开挖断断面可适当加加宽，以便于于调整贯通误误差，但加宽宽值不应超过过该隧道横向向预计贯通误误差的一半。。§16-6隧道施工测量量六结构构物的施工放放样在结构物施工工放样之前，，应对洞内的的中线点和高高程点加密。。中线点加密密的间隔视施施工需要而定定，一般为5～10m一点，加密中中线点应以铁铁路定测的精精度测设。加加密中线点的的高程，均以以五等水准精精度测定。在衬砌之前，，还应进行衬衬砌放样，包包括立拱架测测量、边墙及及避车洞和仰仰拱的衬砌放