西交大土木工程测量教学包

14.1隧道、管道工程概述14.2隧道工程施工测量14.3管道工程施工测量第14章

隧道、管道工程施工测量隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用

空间的一种形式，可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道等。隧道按长度L又可分为短隧道（铁路隧道规定L≤500m；公路隧道规定L≤500

m）、中长隧道（铁路隧道规定500m＜L≤3

000

m；公路隧道规定

500

m＜L＜1000

m）、长隧道（铁路隧道规定3

000

m＜L≤10

000

m；公路隧道规定1

000

m≤L≤3

000

m）和特长隧道（铁路隧道规定L＞10000

m；公路隧道规定L＞3

000

m）。14.1

隧道、管道工程概述管道是用管子、管子连接件和阀门等连接而成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置，而管道工程则是建设输送这些气体或流体的管道的工程，包括管道线路工程、站库工程和管道附属工程。隧道、管道工程在施工过程中均需要进量工作，以保证工程能保质保量地完成。14.1

隧道、管道工程概述14.2.1

隧道施工测量的任务和内容隧道施工测量的任务1.隧道施工测量的主要任务是保证隧道按设计的方向和坡度精确地贯通。测量时，需要准确测出洞口、井口、坑口的平面位置和高程，确定隧道的掘进方向，并按设计要求对隧道各部位的断面尺寸进行实地测设。14.2

隧道工程施工测量隧道施工测量的内容2.平面控制测量可采用直接定

、导

和三角测量法。其精度要求应视隧道性质、长度等而定，可采用一、二级角和一、二级导线建立平面控制网。高程控制测量通常用三、四等水准测量施测。每个洞口、井口埋设的水准点不应少于两个，两个水准点的间距以安置一次仪器即可联测为宜。14.2

隧道工程施工测量平面控制测量常采用

导线的形式分级布设，以保证方向贯通准确。

水准测量是为了建立一个与地面

的高程系统，以此作为隧道在竖向准确贯通的保证。14.2

隧道工程施工测量标定隧道的中线14.2.2

直接定14.2

隧道工程施工测量如图14-1所示，B、E两点分别是选定的直线隧道的进出口，其位置已在现场标定。直接定 的具体做法是：首先从地形图上求得BE的概略方位角，然后从B点起按初定的概略方向用正倒镜分中法延长定线并逐步趋近，使M、N两点位于直线BE上，此时BMNE即直线隧道的方向。可在M、N两点设置

性的照准标志

洞内掘进的方向。BE的准确距离可用测距仪或其他方法分段测出；如果B、E点均有坐标，也可利用坐标反算求得距离。14.2

隧道工程施工测量直线定向法的优点是原理简单，操作方便；缺点是在山岭险峻、林木茂密地区，方向传递难以实施。其一般适用于500m以下较短的直线隧道。图14-1 直接定标定隧道中线14.2

隧道工程施工测量14.2.3

隧道施工测量中国的布网要求导

的布网要求1.导线的布设必须按隧道建筑的要求确定。直线隧道的导线布设应尽量沿两端洞口的连线方向布设成直伸导线，这种导线的量距误差主要影响隧道的纵向长度，对横向贯通误差影响较小。对于曲线隧道，导线应沿曲线的切线方向布设。这种导线应尽可能通过隧道两端的洞口及各辅助坑道的进洞点，这些点应为主导线点。此外，每个洞口应有不少于三个能彼此联系的平面控制点，以利于检测和补测。导

的精度可按一、二级精度要求。14.2

隧道工程施工测量2.三角测量法的布网要求三角测量法控制网应根据确定的路线位置及隧道的

、斜井、竖井及平洞等位置进行布设，其网形应与路线的延伸方向一致。控制网用于直线隧道时，控制点要靠近中线，并使网的一边位于中

线上，以减少横向贯通误差的影响。基线应选在地势平坦、易于量

距、视野开阔处，并尽可能作为三角网的起算边；三角形最好是近

似等边三角形，在

条件下，三角网的求距角不应小于30°，图形要简单，尽量采用长边，以减少三角形的个数。每个洞口要有三个控制点作为引测进洞的依据，并且引测要方便，以利于提高测量精度。三角测量法的精度可按一、二级

角精度要求。14.2

隧道工程施工测量14.2.4

隧道导线的种类与特点14.2

隧道工程施工测量隧道导线的种类1.（1）施工导线。施工导线是指在开挖面向前推进时，用以进行放样、指导开挖的导线，如图14-2中由点1、2、3、…、15组成的导线，其边长一般为25~50

m。图14-2隧道导线的种类14.2

隧道工程施工测量基本导线。当掘进100~300m时，为了检查方向，应选择部分施工导线点组成边长为50~100m、精度较高的基本导线，如图14-2中由点1、3、6、8、12、15组成的导线。主导线。当隧道掘进超过1

km时，为了保证贯通的精度，应选择部分基本导线点组成主导线，如图14

2中由点1、8、15组成的导线。主导线的边长应尽量伸长，根据通视条件可达150~800m。为了处理好通视条件，主导线应尽可能地靠近隧道中线。在隧道施工中，一般只布设施工导线和基本导线，只有当洞口离开挖面的距离过长、基本导线不能保证贯通精度时才布设主导线。14.2

隧道工程施工测量隧道导线测量的特点2.隧道导线测量是先布设精度较低的施工导线，然后布设精度较高的基本导线，最后布设高精度的主导线。导线随开挖面向前延伸，属于支导线形式，只能用重复观测进行检核。导线是在

坑道内布设的，其线型完全取决于坑道的形状，没有选择的余地。每次建立新点时，必须检测前面一个已测的导线点，及时发现由于地质构造不稳、

等影响而产生的位移。14.2

隧道工程施工测量14.2.5

竖井联系定向测量在隧道施工中，常用开挖竖井的方法增加工作面。为保证正确贯通，必须将地面控制网的坐标、方向和高程由竖井传递到 去，这种传递工作称为竖井联系测量。这种测量是采用联系三角形定向法进行的。14.2

隧道工程施工测量如图14-3所示，在地面井口附近埋设点A，其坐标由地面导线确定；在井架上悬挂两个钢丝悬锤O1和O2放入井中（悬挂时应使两锤在A处形成的角度α很小），为减弱悬锤摆动，可将悬锤置于充满机油的桶中。在联系三角形ABC中观测角度α和连接角ω，丈量边长a、b、

c，角度β则由解算联系三角形确定。根据α、β和ω可以求出悬锤连线BC的方位角。14.2

隧道工程施工测量图14-3竖井联系定向测量14.2

隧道工程施工测量联系三角形的布置要求1.联系三角形定向的主要任务是精确地确定

导线第一边的方位角，为了使测算具有必要的精度，必须按一定的要求布置T、A、A1、M及悬锤

O1与O2（见图14-3），以使角度与边长测量的误差对 导线起始边

A1M的方位角影响最小。布置时的要求如下：联系三角形应为狭长形，角度α越小越好，最大不应超过3°。b/a的数值应尽可能小，但考虑到如果仪器距悬锤太近，望远镜物镜对光的变化大，会降低角度α的观测精度，因此b/a以1.5为最佳值。悬锤间的距离a应尽可能长些。14.2

隧道工程施工测量在

坑道中埋设

近井点A1，在

联系三角形A1B1C1中观测角度α1和ω1,丈量边长a1、b1与c1，角度β1由解算

联系三角形确定。求得联系三角形的角度以后，应用观测角ω1可以从悬锤连线传递方位角到

导线的A1M边上，如果以悬锤的坐标为起始坐标数据，那么通过联系三角形的边可以计算出A1点的坐标，这样 导线的起始方位角和起始点坐标数据就可以全部得到了。14.2

隧道工程施工测量联系三角形的测量2.导线起始边方位角提高联系三角形的观测精度是提高精度的保证，为此应做到以下几点：角度观测应采用精度为2″的仪器以全圆测回法观测四个测回，其测角中误差的限差在地上为±4″，在为±6″。联系三角形的边长用检定好的具有毫米分划的钢卷尺丈量，每次往返丈量各四次，估读到0.1mm，边长丈量的中误差的限差为±0.8

mm。14.2

隧道工程施工测量为了提高定向精度，要对两个吊锤在三个位置进行观测，求得导线起始边A1M方位角的三个数值，取其平均值作为最后的结果。在联系三角形测量中，要求在地面与所量得的悬锤线间距之差不超过2mm；量得的悬垂线之间的距离与按余弦定理计算的同一距离之差不超过2

mm。14.2

隧道工程施工测量联系三角形的解算3.（1）井上三角形的测量与解算。①将仪器安置于图14-3中的A点，测得水平角ω和α，量得△ABC的三边长a（校核用）、b、c。②求联系三角形的AB及AC边的方位角αAB、αAC。T点和A点的坐标已由地上控制点测出，则TATAx

arctan

yTA

(

)

180

AB

TA

TA

180

AC14.2

隧道工程施工测量③计算联系三角形C、B两点的坐标值，则，⑤计算方位角αBC方位角αB1C1已求得。2BCBCx2

y④

根据B、C两点的坐标计算边长BC，即

a

并与量出来的BC长进行比较，以资校核。BCBC

B1C1x。

arctan

yBC

，即14.2

隧道工程施工测量统改竖井传递高程4.如图14-4所示，地面点A的高程HA为已知，现拟求井下所埋设的水准点B的高程HB，具体做法是：在井口搭一个架子，利用绞车和

滑轮悬挂一根下端吊有重锤的细钢丝（竖井不深时可悬挂一根钢尺），井上和井下各安置一台水准仪，两台水准仪同时对钢丝进行观测，根

据水准仪中丝的位置在钢丝上做出记号b1和a2，然后再读a1和b2，从图中可以看出，B点的高程

。为了求出(a2－b1)，一般在地面上用检校过的钢尺量出M、N两桩间的长度。当用绞车绕起细钢丝时，就可以用M、N两桩来量得b1和a2记号间的长度，余长再用钢尺量出；或者在绞车绕细钢丝时，直接用钢尺量取b1和a2记号间的长度，得到(a2－b1)的值。HB

HA

(a1

b1

)

(a2

b2

)

HA

(a1

b2

)

(a2

b1

)14.2

隧道工程施工测量图14-4竖井高程传递14.2

隧道工程施工测量注意进行高程传递时，在井上和井下应测量温度取平均值，对钢丝上的一段距离(a2－b1)要加温度改正；高程传递应进行三次，每次之间要将钢丝上下移动3~5cm，三次测定B点的高程之差不应超过2

mm，最后取平均值。14.2

隧道工程施工测量竖井定向和高程传递在一条隧道施工中应进行不少于三次。第一次应在隧道开挖5~10

m时进行，第二次应在

隧道开挖至约中间处时进行，第三次应在隧道贯通时进行。若三次测量结果的误差均符合要求，则取其取平均值作为

最后的结果。14.2

隧道工程施工测量14.3.1

普通管道工程施工测量管道工程施工测量的准备工作1.断面图和附属构筑（1）学习并校核管道平面图、物的结构图。现场查看管道的位置，对原有的中线进行检查，按原资料恢复点位并补桩。施工前应先设置施工控制桩。设置施工控制桩分为两种情况：一种是作为中线方向控制桩在中线延长方向上的施工范围以外钉桩；另一种是在各里程桩处垂直于中心线方向上的槽口以外钉桩。14.3

管道工程施工测量每隔150~200

m在施工区以外便于引测和保护的地方设置一个水准点。按设计的开槽断面及埋深计算出槽口的宽度，并在实地放样出开槽边界线。14.3

管道工程施工测量管道工程施工测量的步骤2.（1）埋设坡度板。坡度板是管道施工中常用的跨沟埋设标志，它既可以控制中心线，又可以控制高程。当管道沟槽较浅（在2.5m以内）时，应于挖槽前埋设坡度板，如图14-5（a）所示；当沟槽较深时，可待挖至距槽底2m左右时再进行埋设，如图14-5（b）所示。坡度板应每隔10~15

m埋设一块，遇有检查井等构筑物时可加埋。坡度板的上沿要水平，埋好后在中线控制桩上设站，用经纬仪将中心线位置投测到坡度板顶，并钉小钉（中心钉）。14.3

管道工程施工测量图14-5埋设坡度板14.3

管道工程施工测量（2）

测设坡度钉。

，挖槽时为了控制开挖深度，需在坡度板上测设设计坡度线，为此，在坡度板中心钉的旁边钉一块竖向木条（高程板），在木条的侧面钉一个小钉（坡度钉），选定的坡度钉的高程与管底设计高程之差应为整分米数（下反数）。测设坡度钉14.3

管道工程施工测量坡度钉的测设步骤如下：在槽旁安置水准仪，后视一个水准点，测得视线高。在坡度板顶立水准尺，

水准尺读数，此读数称为板顶前视。计算测设坡度钉的数据。应读前视＝（视线高－管底设计高程）－下反数14.3

管道工程施工测量量取自坡度板顶至坡度钉的长度，即改正数＝板顶前视－应读前视当改正数为正时，自坡度板顶向上量，钉以小钉；当改正数为负时，自坡度板顶向下量，钉以小钉，该小钉即为坡度钉。以后其他各坡度钉的应读前视可以根据第一块坡度板按设计坡度与桩距推算出来。坡度钉测设好后，将小线拉起，即可得到一条平行于管反数为选定的

下反数的坡度线，施工时用长度等于下反数的木杆自小线向下量测，检查开挖深度。14.3

管道工程施工测量14.3

管道工程施工测量14.3.2

顶管施工测量中线的测设1.先挖好管道工作基坑，再根据地面上的中线控制桩用经纬仪将中线引测到坑底，并在坑内测设出中线方向，如图14-7所示。在顶管的前端水平放置一把木尺，尺 为零，可以用经纬仪测出管道中心偏离中线方向的数值，据此在顶进中进行校正，一般情况下，允许偏离值为±1.5

cm。如果在施工中有激光铅直仪，则可沿中线方向发射一束可见激光束，显示出中线方向，以此指导管道顶进。14.3

管道工程施工测量图14-7顶管施工时中线的测设14.3