洞外与洞内联系测量

《高速铁路施工测量》

项目5：隧道施工测量

任务3：隧道进洞关系计算思考如何将洞外方向及坐标引入隧道洞内?©隧道进洞关系计算©3.1直线隧道进洞关系计算进口出口隧道进洞关系计算，是根据地面控制测量中所得到的洞口控制点的坐标及与之相联系的控制点的坐标和方向，以计算进洞关系数据，用来指导隧道开挖方向。如图，在隧道进出洞口通常设置3个控制点其坐标已测出，A、D为直线隧道投点，投点A、D与洞口设置的2个控制点相距大于300米，且高差不易太大。（1）以A点为坐标原点，以AD方向为X轴进行坐标变换设A点坐标为（2）求进洞关系数据由A、B、C、D点坐标通过反算计算进洞关系数据（3）隧道进洞方向确定][置镜在A点后视B点安置水平读盘度数为当水平读盘度数为时即为隧道开挖方向。置镜在D点后视E点安置水平读盘度数为当水平读盘度数为时，即为隧道开挖方向。方法一方法二●△（1）置镜A后视B点在开挖面上任测一点P的坐标（2）求P点到线路中线距离d 线路中线（3）隧道开挖方向在施工面上投影的确定如d大于0说明P点在线路的右侧，则从P点向左移动距离d即为隧道中线的投点，也是隧道开挖方向。如d小于0说明P点在线路的左侧，则从P点向右移动距离d即为隧道中线的投点，也是隧道开挖方向。3.2曲线隧道进洞关系计算曲线隧道在进行洞外控制测量时,通常在切线方向上选择两个控制点,如A、B和、C、D,对于洞门投点E如能纳入到控制网中最好，如不能按照插点方法获取其坐标。曲线隧道进洞关系计算通常按如下两种情况考虑（1）投点在圆曲线上（2）投点在缓和曲线上]投点进口3.2.1投点在圆曲线隧道进洞关系计算由A、B、C、D四点坐标重新计算曲线转向角第一步第二步（1）由A、B、C三点坐标反算由A、B、C三点坐标计算交点坐标（2）在△BEC中,由正弦定理求（3）求JD坐标第三步推算隧道施工里程(1)由计算曲线要素T、L（2）假定A点施工里程等于定测里程(3)由A点施工里程求JD施工里程(4)由A点施工里程求ZH点施工里程第四步推算ZH点和圆心O坐标曲线右偏时：k=1，曲线左偏时：K=-1第五步(1)求求测设点数据(2)求（以E点在曲线内侧为例）(3)测设置镜在E点后视A点安置水平读盘度数为当水平读盘度数为时，在此方向量定。第六步确定点切线方向即隧道进洞方向(1)求点切线方向曲线右偏时：k=1，曲线左偏时：K=-1(2)求点坐标(4)确定点切线方向(3)求置镜在点后视A点安置水平读盘度数为当水平读盘度数为时，即为隧道开挖方向。第七步求的施工里程又3.2.2投点在缓和曲线隧道进洞关系计算]投点进口由A、B、C、D四点坐标重新计算曲线转向角第一步第二步（1）由A、B、C三点坐标反算由A、B、C三点坐标计算交点坐标（2）在△BEC中,由正弦定理求（3）求JD坐标第三步推算隧道施工里程(1)由计算曲线要素T、L（2）假定A点施工里程等于定测里程(3)由A点施工里程求JD施工里程(4)由A点施工里程求ZH点施工里程第四步推算ZH点坐标第五步在定测时E点在线路的中线上是有里程的为DKE，由于重新计算转向角，曲线长度发生了变化，E点已不在中线上。缓和曲线进洞关系计算通常根据E点定测里程选择在洞口附近选择一个里程整桩号点计算测设的数据（1）计算点坐标曲线右偏时：k=1，曲线左偏时：K=-1（3）测设由A、E、点坐标求（2）计算测设点数据置镜在点后视A点安置水平读盘度数为当水平读盘度数为时，在此方向上量定第六步确定点的切线方向（即隧道进洞方向）（1）由、A点坐标求（3）确定点切线方向（2）求点切线方位角置镜在点后视A点安置水平读盘度数为当水平读盘度数为时，即为隧道开挖方向。3.2.3曲线隧道进洞关系计算案例]投点进口已知控制点A、B、C、D及投点E坐标分别为A(4438.0374，4789.7666),B(4906.3396,4964.9611)C(5066.2361,5076.2482),D5394.1375,5453.7142),E(4502.7916,4853.8521)。曲线隧道曲线参数为：DKA=DK11+656.256由A、B、C、D四点坐标重新计算曲线转向角进洞关系计算第一步第二步由A、B、C三点坐标计算交点坐标第三步推算隧道施工里程第四步推算ZH点和圆心O坐标第五步计算测设的数据第六步确定点的切线方向（即隧道进洞方向）置镜在点后视A点安置水平读盘度数为当水平读盘度数为时，即为隧道开挖方向。3.3竖井联系测量3.3.1.竖井联系测量内容竖井联系测量竖井定向测量竖井高程传递一井定向两井定向钢尺传递法测距仪传递法3.32、一井定向abca′b′c′O1O2ABA′B′O1O2联系三角形目的：将地面点坐标和方位角传递到地下(2)联系三角形平差计算bcaO1O2A（1）计算两吊垂线间距。（2）检核计算。（3）计算三角形边长改正数。（4）计算β角和γ角。（5）求闭合差并进行改正。(3)地下导线起始边方位角推算BAA′B′O1O2O1O2BAO1O2A′B′C′D′mqmo(4)方位角传递的误差(5)联系三角形的最有利形状AO1O2baAO1O2（1）两垂线之间距离尽可能远。（2）应为伸展形状，不能大于3°。O1O2O1O2（3）b/a的数值应大约等于1.5。Aab测距精度的影响测角精度的影响b＜cO1O2AbcaO1O2（4）传递方向应经过小角。BAA′B′√√3.3.2两井定向(1)投点及联系测量NM通风井竖井abcO1CDBO2无定向导线

PQ(2)内业计算①计算两吊锤线在地面坐标系的方向角与距离②计算地下导线点在假定坐标系中的坐标设A点为原点，A1边为X’轴方向Ax123Bi=（1，2，……，n－1）式中：B点的坐标为：

由A、B两点再假定坐标系中坐标，反算其假定方位角与距离为：③计算地下导线各点在地面坐标系中的坐标

其中：④两竖井间地下导线的平差

坐标闭合差

由于全长相对闭合差为aPbQ水准点1水准点23.3.3竖井高程传递（1）钢尺传递法l②检核水准点1水准点2注意事项①钢尺改正（2）测距仪传递法ab水准点1水准点2mnD1.3.隧道组成与结构主体建筑物和附属建筑物。主体建筑物包括洞身衬砌和洞门，后者包括通风、照明、防排水、安全设施等。1.4.隧道设计阶段

特长隧道和对路线有控制作用的长隧道，以及地形、地质状况比较复杂的隧道，在勘测设计上采用两阶段设计，隧道的测量工作也包括初侧和定测两个阶段。1.4.1.隧道初步设计阶段（1）初测的主要任务

初测的主要任务是根据隧道选线的初步结果，在选定的隧道线位走廊带进行控制测量、地形测量、纵断面测量，为地质填图和隧道的深入研究和设计提供点位参数、地形图条件及技术说明。（2）初测的基本要求③按隧道中线地面走向测量纵断面图。①布设控制点，进行控制测量。②按隧道选定方案进行带状地形图测量。1.4.2隧道定测设计阶段定测的主要任务：

根据批准的初步设计文件确定隧道洞口位置，测定隧道洞口上面的隧道路线，进行洞外控制测量。

1.5隧道施工测量的任务

隧道施工测量的任务是保证隧道各施工洞口相向开挖能够正确贯通，并使各项建筑物按照设计位置和尺寸修建，不得侵入限界。1.6.隧道施工测量的内容

隧道施工测量包括：施工前洞外控制测量、施工中洞内测量及竣工测量。施工中洞内测量又包括洞内控制测量、施工中线测量、高程测量、断面测量及衬砌施工放样测量等。（1）地面（洞外）控制测量：在地面上建立平面和高程控制网；（2）联系测量：将地面上的坐标、方向和高程传到洞内，建立地面地下统一坐标系统；（3）洞内控制测量：包括地下平面与高程控制；（4）隧道施工测量：根据隧道设计进行放样、指导开控及衬砌的中线及高程测量。1.7隧道施工的特点

开挖顺着中线不断地向洞内延伸，衬砌和洞内建筑物（避车洞、排水沟、电缆槽等）的施工紧跟其后，不等贯通，隧道内的大部分建筑物已经建成；为了保证工期，常利用增加开挖面的方法，将整个隧道分成若干段同时施工；增加开挖面的主要方法有：设置平行导坑或在隧道中部设置横洞、斜井或竖井。两个开挖面相向开挖，在预定位置挖通称为贯通。贯通后，由两端分别引进的线路中线，应按设计规定的精度正确衔接。

作为指导隧道施工的测量工作，在隧道开挖前一般要建立具有必要精度的、独立的隧道洞外施工控制网，作为引测进洞的依据；对于较短的隧道，可不必单独建立洞外施工控制网，而以经隧道施工复测、调整后并确认的洞外线路中线控制桩为引测进洞的依据。1.8隧道施工测量的特点（1）洞外总体控制（2）洞内分级控制

洞内控制点控制正式中线点（正式中线点是洞内衬砌和洞内建筑物施工放样的依据），正式中线点控制临时中线点；临时中线点控制掘进方向。

洞内高程控制与平面相仿，临时水准点控制开挖面的高低，正式水准点控制洞内衬砌和洞内建筑物的高程位置。（3）开挖方法影响测量方式先导坑后扩大成型法对隧道的位置还有一定的纠正余地，隧道施工测量可先粗后精；全断面开挖法一次成型，隧道施工测量必须一次到位。对于采用全断面开挖法开挖的隧道，其测量过程与先挖导坑后扩大成型开挖的隧道基本一样，不同的是对临时中线点、临时水准点的测设精度要求较高，或者是直接测设正式中线点、正式水准点。©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©©隧道施工测量的概述©3.1桥梁施工控制测量概述桥梁平面控制测量目的：是测定桥轴线长度并据以进行墩、台位置的的放样；同时，也可用于施工过程中的变形监测.1.桥梁控制测量任务：建立桥梁的平面和高程控制2.桥梁的平面控制测量的目的3.平面控制的布设对于跨越无水河道的直线小桥，桥轴线长度可以直接测定墩、台位置也可直接利用桥轴线的两个控制点测设，无需建立平面控制。对于水中不能直接测设的桥梁或水面较宽且有高墩、大跨、深水基础或基础施工难度较大，梁部结构类型复杂的特大桥和大桥，需要建立施工平面控制。

为了合理地拟定桥梁施工平面控制测量的布网方案和观测方案，保证墩台中心的定位精度，必须预先估算桥轴线长度测定的必要精度。3.2桥轴线长度精度估算3.2.1.钢筋混凝土简支梁

设墩台中心点位放样的极限误差为△D（通常取△D=10mm），中误差为△D/2，则相邻二墩台中心的跨距中误差为:设全桥共有N跨，则桥轴线长度的中误差为3.2.2.钢板梁及短跨（l≤64m）简支钢桁梁考虑梁长制造误差和固定支座安装误差δ

的共同影响，单跨钢板梁和单跨简支钢桁梁的长度中误差为：当桥梁为N跨时，则桥轴线长度L的中误差为3.2.3.连续及长跨（l＞64m）简支钢桁梁由n

个节间构成的单联或单跨梁，设节间拼装的极限误差为△l（通常取△l=±2mm），则由于梁体拼装误差和固定支座安装误差δ的共同影响，每一联（跨）长度的中误差为当桥梁为N跨时，则桥轴线长度L的中误差为某三联三跨连续梁桥，每跨支座间距离为128m，由长16m的8个节间组成，每联24个节间，固定支座安装极限误差为±7mm，试计算全桥桥轴线中误差。［解］单联中误差为:全桥桥轴线中误差为:

3.2.4案例3.3.1平面控制布网原则在满足桥轴线长度测定和墩台中心定位精度的前提下，力求图形简单并具有足够的强度，以减少外业观测工作和内业计算工作。3.3桥梁施工平面控制测量根据桥梁的大小、精度要求和地形条件，桥梁施工平面控制网的网形布设有以下几种形式：3.3.2平面控制布设形式双三角形大地四边形双大地四边形加强型大地四边形大地四边形加三角形3.3.3.平面控制网布设的要点●对于控制点的要求，除了图形刚强外，还要求地质条件稳定，视野开阔，便于交会墩位，其交会角不致太大或太小。●选择控制点时，应尽可能使桥的轴线作为三角网的一个边，以利于提高桥轴线的精度。——如不可能，也应将桥轴线的两个端点纳入网内，以间接求算桥轴线长度，[如大地四边形加三角形]。——一般来说，在边、角精度互相匹配的条件下，边角网的精度较高。●在控制点上要埋设标石及刻有“十”字的金属中心标志。——如果兼作高程控制点使用，则中心标志宜做成顶部为半球状。●控制网可采用测角网、测边网或边角网。——采用测角网时宜测定两条基线（如图双线所示）。——测边网是测量所有的边长而不测角度；——边角网则是边长和角度都测。●由于桥轴线长度及各个边长都是根据基线及角度推算的，为保证桥轴线有可靠的精度，基线精度要高于桥轴线精度2～3倍。¡ª¡ª如果采用测边网或边角网，由于边长是直接测定的，所以不受或少受测角误差的影响，测边的精度与桥轴线要求的精度相当即可。●由于桥梁三角网一般都是独立的，没有坐标及方向的约束条件，所以平差时都按自由网处理。¡ª¡ª它所采用的坐标系，一般是以桥轴线作为X轴，而桥轴线始端控制点的里程作为该点的X值。这样，桥梁墩台的设计里程即为该点的X坐标值，可以便于以后施工放样的数据计算。●在施工时如因机具、材料等遮挡视线，无法利用主网的点进行施工放样时，可以根据主网两个以上的点将控制点加密。—¡ª¡ª加密点称为插点。插点的观测方法与主网相同，但在平差计算时，主网上点的坐标不得变更。3.4桥梁平面控制测量等级3.5.1各等级GPS控制网的主要技术要求3.5平面控制测量技术要求3.5.2GPS控制网作业的基本技术要求3.5.3导线测量的主要技术要求3.5.4水平角观测的技术要求注:当观测方向的垂直角度超过±3。时，该方向的2C较差可按同一观测时间段内相邻测回进行比较。3.5.5光电测距的主要技术要求注:1.测回是指照准目标一次，读数4次的过程。2.表中α为固定误差，b为比例误差系数，D为水平距离(km)。

用光电测距仪或全站仪测量平面控制网边长时，外界环境条件应符合下列要求：——注意减弱大气折光和旁折光的影响；——测线及两端的延线上，不得有任何其它发光物体或反光的物体，以免引起反射信号混乱；——测站应设在电磁场影响的范围以外；——光电测距边的测回数及往返测次数，应符合规定。光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后化算为水平距离，☆水平距离应归算至墩顶（或轨底）平均高程面上。设仪器与棱镜横轴的平均高程为H1，墩顶（或轨底）的平均高程为H2，地球平均曲率半径为R，则归算长度DH为：3.5.桥梁施工平面控制测量内业计算3.5.1施工平面控制网通常采用独立的坐标系；☆直线桥以桥轴线两控制桩中里程较小的一个为坐标原点，以桥轴线按里程增加方向为x轴正向建立测量坐标系；☆曲线桥一般以曲线起点ZH或始切线上的转点为坐标原点，以始切线指向JD方向为x轴正向建立测量坐标系；也可以桥轴线控制点为坐标系原点，以该点处曲线的切线方向为x轴，以线路前进方向为x轴正向建立测量坐标系。光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后化算为水平距离，☆水平距离应归算至墩顶（或轨底）平均高程面上。设仪器与棱镜横轴的平均高程为H1，墩顶（或轨底）的平均高程为H2，地球平均曲率半径为R，则归算长度DH为：3.5.2边长改正☆平差计算完成后，应对网中所有的几何条件（或附合条件）进行检算，并计算单位权中误差、桥轴线及最弱边边长中误差。——对于边角网或测边网，不应大于10mm；——对于以基线为基础的测角网，不应大于原估算的桥轴线及最弱边边长相对中误差。3.5.3平差要求3.6桥梁施工高程控制测量☆各水准点应沿桥轴线两侧以400m左右的间距均匀布设，并构成连续水准环。☆水准点应与相邻的线路水准点联测，以保证桥梁与相邻线路在高程位置上的正确衔接。☆水准测量的等级、精度、限差应符合相应的规定。☆为了便于施工放样，可根据实际需要在施工地点附近设立若干个施工水准点。☆施工水准点的高程必须定期检测。☆水准点应埋设标石☆水准测量的等级和精度应满足相关要求☆每公里水准测量高差中数的偶然中误差按下式计算：高程控制测量的方法在桥址两岸布设一系列基本水准点和施工水准点，用精密水准测量联测，组成桥梁高程控制网。从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长，用水准仪在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊，水准仪误差(视准轴不平行于水准管轴)、地球曲率及大气折光的影响都会增加。此时，可以采用过河水准测量的方法或光电测距三角高程测量方法。过河水准测量☆过河水准测量用两台水准仪同时作对向观测，两岸测站点和立尺点布置成如图所示的对称图形。☆A、B为立尺点，C、D为测站点，要求AD与BC长度基本相等，AC与BD长度基本相等且不小于10m。☆用两台水准仪作同时对向观测，在C站先测本岸A点尺上读数，得a1，然后测对岸B点尺上读数2～4次，取其平均值得b1，高差为h1=a1-b1。☆同时，在D站先测本岸B点尺上读数，得b2，然后测对岸A点尺上读数2～4次，取其平均值得a2，高差为h2=a2-b2。☆取h1和h2的平均值，即完成一个测回。一般进行4个测回。

由于过河水准测量的视线长，远尺读数困难，可以在水准尺上安装一个能沿尺面上下移动的觇板（如图）。观测员指挥司尺员上下移动觇板，使觇板中横线被水准仪横丝平分，司尺员根据觇板中心孔在水准尺上读数。★桥梁施工控制测量★

▲对于水中不能直接测设的桥梁或水面较宽且有高墩、大跨、深水基础或基础施工难度较大，梁部结构类型复杂的特大桥和大桥，需要建立施工平面控制网。▲为了合理地拟定桥梁施工平面控制测量的布网方案和观测方案，保证墩台中心的定位精度，必须预先估算桥轴线长度测定的必要精度。任务2：八字翼墙施工测量2.1涵洞构造基础涵洞轴线中线桩线路中线2.2八字翼墙施工放样3号0号Hhh′水平线m:1水流坡度i如图：涵洞八字墙（1）八字翼墙放样点坐标计算如图：首先建立如下直角坐标系xy①0号点坐标计算②1号点坐标计算3号0号Hhh′水平线m:1水流坡度i③2号点坐标计算Ｘｙ3号0号Hhh′水平线m:1水流坡度iＸｙ④３号点坐标计算注：上游八字墙ｉ取负值，下游八字墙ｉ取正值涵洞八字墙2.2八字翼墙施工放样βn:1n:1m:1a0号3号2号1号涵洞流水坡度iβn:1n:1m:1a0号3号2号1号Hh2.涵洞轴线方向测量1.2涵洞施工中的测量主要工作1.中心桩位测量3.涵洞侧墙基础测量4.附属工程测量（1）八字墙测量（2）锥体护坡测量1.3涵洞基础定位与轴线测量1.3.1涵洞基础定位与轴线测量依据①涵洞中心桩号②斜交角③涵长1.3.2涵洞中心桩放样如图所示：将全站仪安置在导线点A上，后视导线点B，然后将照准部逆时针旋转θ角，即为涵洞中心所在方向，在此方向上从A点量取水平距离L，即得涵洞中心位置。根据涵洞轴线与路线方向是否垂直，涵洞分为正交涵洞与斜交涵洞。正交涵洞的轴线是垂直于路线中线的，而斜交涵洞的轴线是与路线中线前进方向的右侧成斜交角的直线。涵洞轴线方向是按路线前进方向与水流方向的右侧交角θ测出。见下图。1.3.3涵洞轴线测量为了方便在施工过程中恢复轴线，一般在轴线方向设立护桩。。（1）正交涵洞轴线放样线路中心水流方向将全站仪架设在涵洞中心桩处，后视路线方向，右旋转90°

(或270°)，取其平均位置，即为涵洞轴线方向。如图：将全站仪架设在涵洞中心桩处，后视路线方向，盘左、盘右旋转θ(或180°－θ)，取其平均位置，即为涵洞轴线方向。（2）斜交涵洞轴线放样线路中心水流方向1.3涵洞基础放样点位坐标计算线路中心如图中心桩P轴线护桩1轴线护桩21号2号3号4号6号5号立面图d左d右如图：中线上P点有一斜交涵洞，斜交角为α，其基础宽为L,涵洞左右幅宽度为，中线桩P点、护桩1、护桩2、1号～６号点坐标计算如下：（１）中心桩Ｐ点坐标计算首先判断P点所在的曲线元，按线路中线逐桩坐标计算方法计算。（2）护桩1、护桩2坐标计算首先计算中心桩P点的切线方位角计算方法见曲线点位切线方位角计算。①护桩1坐标计算②护桩2坐标计算（3）1号～6号点坐标计算1.4通涵长度计算施工中经常遇到通道或管涵等构造物的位置偏移或增设新的通涵，因此要依据现场实际情况变更原有通涵设计的结构尺寸，或设计新的构造物。通涵长度计算依据现场流水高程、流水坡度及该处路基横断面没计来计算。如图：设路基边坡坡度为1：m，涵洞流水坡度为i,Z1为路肩设计标高，Z2为路基中心处涵顶设计高，B为半幅路基宽。涵洞长度（1）上游长度计算将h代入式中:（2）下游长度计算将h代入式中:直线、曲线、转角表1.5通涵施工测量案例1.5.1已知某高速公路曲线设计数据见下表1.5.2涵洞设计图ZHJD2YHHYHZ通道位置布置图中心桩号K2+400通道侧面图（尺寸单位cm)通道平面图（尺寸单位cm)线路中心中心桩K2+400轴线护桩1轴线护桩21号2号3号4号6号5号d左d右1.5.3通道放样点坐标计算(1)中心桩坐标（2）中心桩切线方位角（3）护桩1、护桩2坐标计算①护桩1坐标计算②护桩2坐标计算（4）1号～6号点坐标计算③计算EB高差h=HD-HB+△h；④根据高差h和基坑开挖边坡，测设基坑开挖边桩F。注意：如果挡墙的长度比较长，每次放样都从中线开始比较麻烦，为减少工作量，可在坡脚的适当位置（如D点）设一测移中线。护肩墙横断面构造图1.1.2置镜在控制点上测设上挡土墙置镜在控制点上测设挡土墙的中心任务就是要计算出挡土墙征点B(B’)、A(A’)、F(F’)、E(E’)、D(D’)的平面坐标。（1）中心任务护肩墙平面位置图护肩墙横断面构造图（2）挡土墙特征点坐标计算步骤假设该挡土墙某断面对应的P点里