第七章隧道施工測量,7-1隧道施工的特點及施工測量的任務和內容,7-2隧道貫通誤差,7-3隧道洞外控制測量,7-4進洞關系計算和進洞測量,7-5隧道洞內控制測量,7-6隧道施工中線測設,1,7-1隧道施工的特點及施工測量的任務和內容,為了保證工期，常利用增加開挖面的方法，將整個隧道分成若干段同時施工；,一、隧道施工的特點,開挖順著中線不斷地向洞內延伸，襯砌和洞內建筑物（避車洞、排水溝、電纜槽等）的施工緊跟其后，不等貫通，隧道內的大部分建筑物已經建成；,2,增加開挖面的主要方法有：設置平行導坑或在隧道中部設置橫洞、斜井或豎井。,3,二、隧道施工測量的主要任務,保證洞內各項建筑物以規定的精度按照設計位置修建，不得侵入建筑限界。,保證相向開挖的工作面，按照規定的精度在預定位置貫通；,兩個開挖面相向開挖，在預定位置挖通稱為貫通。貫通后，由兩端分別引進的線路中線，應按設計規定的精度正確銜接。,4,洞外總體控制作為指導隧道施工的測量工作，在隧道開挖前一般要建立具有必要精度的、獨立的隧道洞外施工控制網，作為引測進洞的依據；對于較短的隧道，可不必單獨建立洞外施工控制網，而以經隧道施工復測、調整后并確認的洞外線路中線控制樁為引測進洞的依據。,三、隧道施工測量的特點,5,2.洞內分級控制洞內控制點控制正式中線點（正式中線點是洞內襯砌和洞內建筑物施工放樣的依據），正式中線點控制臨時中線點；臨時中線點控制掘進方向。,洞內高程控制與平面相仿，臨時水準點控制開挖面的高低，正式水準點控制洞內襯砌和洞內建筑物的高程位置。,6,對于采用全斷面開挖法開挖的隧道，其測量過程與先挖導坑后擴大成型開挖的隧道基本一樣，不同的是對臨時中線點、臨時水準點的測設精度要求較高，或者是直接測設正式中線點、正式水準點。,3.開挖方法影響測量方式先導坑后擴大成型法對隧道的位置還有一定的糾正余地，隧道施工測量可先粗后精；,全斷面開挖法一次成型，隧道施工測量必須一次到位。,7,8,9,4.隧道施工的特殊環境對控制點布設提出特殊要求隧道貫通前，洞內平面控制測量只能采用支導線的形式，測量誤差隨著開挖的延伸而積累。洞外控制網和洞內施工控制測量應保證必要的精度?？刂泣c應設置在不易被破壞的位置處。,10,四、隧道施工測量的主要內容,洞外平面控制測量；,洞外高程控制測量；,洞內平面控制測量；,洞內高程控制測量；,進洞測量；,洞內中線測設；,貫通誤差調整；,竣工測量。,11,7-2隧道貫通誤差,一、貫通誤差及其對隧道貫通的影響,相向開挖的兩條施工中線上，具有貫通面里程的中線點不重合，兩點連線的空間線段稱為貫通誤差。,實際的貫通誤差只有在貫通后才能確定！,12,1.貫通誤差的分類,貫通誤差在水平面上的正射投影稱為平面貫通誤差；在鉛垂面上的正射投影稱為高程貫通誤差，簡稱高程誤差。,貫通面,13,平面貫通誤差在水平面內可分解為兩個分量：,與貫通面平行的分量，稱為橫向貫通誤差，簡稱橫向誤差；與貫通面垂直的分量，稱為縱向貫通誤差，簡稱縱向誤差。,貫通面,14,2.貫通誤差對隧道貫通的影響,高程誤差主要影響線路坡度。,縱向誤差影響隧道中線的長度和線路的設計坡度。,橫向誤差影響線路方向，如果超過一定的范圍，就會引起隧道幾何形狀的改變，甚至造成侵入建筑限界而迫使大段襯砌拆除重建，既給工程造成重大經濟損失又延誤了工期。因此，必須對橫向誤差加以限制。,15,3.橫向誤差和高程誤差的限差,16,4.影響貫通誤差的主要因素及其分解,由于洞外控制測量、洞內外聯系測量、洞內控制測量和洞內中線放樣等項誤差的共同影響。,一般將洞外平面控制測量的誤差做為影響隧道橫向貫通誤差的一個獨立的因素，將兩相向開挖的洞內導線測量的誤差各為一個獨立的因素，按照等影響原則確定相應的橫向貫通誤差。,高程控制測量中，洞內、洞外高程測量的誤差對高程貫通誤差的影響，按相等原則分配。,17,5.控制測量對貫通精度影響的限值,18,二、貫通誤差估算,1.導線測量誤差對橫向貫通精度的影響,（mm）,測角誤差的影響設RX為導線環在隧道兩洞口連線的一列邊上的各點至貫通面的垂直距離（m），則導線的測角中誤差m（）對橫向貫通中誤差的影響為：,貫通誤差估算的方法因控制網的形式不同而異,19,（mm）,x,y,20,測距誤差的影響設導線環在鄰近隧道兩洞口連線的一列測邊上的各邊對貫通面上的投影長度為dy(m)，導線邊長測量的相對中誤差為ml/l，則由于測距誤差對貫通面上橫向中誤差的影響為：,21,22,受角度測量誤差和距離測量誤差的共同影響，導線測量誤差對貫通面上橫向貫通中誤差的影響為：,23,方法1.按照嚴密公式計算(公式與方法見新建鐵路測量規范（條文說明）),2.三角測量誤差對橫向貫通精度的影響估算,方法2.按導線估算（偏于安全，目前不提倡）,24,3.高程控制測量對高程貫通誤差的影響估算,在貫通面上，受洞外或洞內高程控制測量誤差影響而產生的高程中誤差為：,式中，M為每千米水準測量的偶然中誤差，以mm計；L為洞外或洞內兩開挖洞口間高程路線長度的公里數。,25,算例,例7-1某鐵路隧道為直線隧道，設計長度為L=1136.29m，洞外平面控制設計為單導線，其布設如圖。試確定測量等級并判定該設計方案能否滿足貫通的精度要求。,26,（1）圖解相關數據A、F為導線的始、終點，亦為隧道洞口控制點。以洞外導線的始點A做為坐標系原點，以隧道中線按里程增加方向為X軸正向，建立測量坐標系。在地形圖上，各導線點A、B、C、D、E、F在貫通面方向上的垂足分別為A、B，C、D、E、F，量算出各導線點的垂距RX及各導線邊在貫通面方向上的投影長度dy，其結果于表7-3中。,解,27,（2）確定隧道洞外平面控制測量等級本例隧道長度小于2km，根據表7-5洞外導線測量適用長度知，洞外導線可布設為五等，即導線測角中誤差為m=4.0，邊長相對中誤差為ml/l=1/20000。,（3）估算洞外導線測量誤差對貫通的影響洞外導線測量誤差對貫通的影響列表計算如下,28,表7-3洞外導線測量誤差對橫向貫通影響,29,=13.4（mm）,=13.1（mm）,=18.7（mm）,洞外導線測量中誤差對隧道的影響預計是18.7mm，其允許值是30mm，顯然該洞外導線測量設計可行。,30,注意：,計算洞外導線測角誤差影響值時，不應計入始、終點（即洞口控制樁）。但在引入洞內導線時，兩洞口控制樁上需測角，故其測角誤差應計入洞內的測量誤差。,31,7-3隧道洞外控制測量,直線隧道長度大于1000m，曲線隧道長度大于500m，均應根據橫向貫通精度要求進行隧道平面控制測量設計。,兩相鄰開挖洞口（包括橫洞口、斜井口）高程路線長度大于5000m，應根據高程貫通精度要求進行隧道高程控制測量設計。,32,一、洞外平面控制測量,對于直線隧道，洞外平面控制測量的目的主要是獲取兩端洞口較為精確的點的平面位置和引測進洞的方向；,對于曲線隧道，洞外平面控制測量除具有與直線隧道相同的目的外，還在于間接求算隧道所在曲線的轉向角及兩端洞口控制樁與交點的相對位置，進而按設計選配的圓曲線半徑和緩和曲線長重新確定隧道中線的位置。,33,1.中線法,中線法一般只能用于短于1000m的直線隧道和短于500m的曲線隧道的洞外平面控制。,建立洞外平面控制的常用的方法有：中線法、精密導線法、三角網和GPS網等。,先將洞內線路中線點的平面位置測設于地面，經檢核確認該段中線與兩端相鄰線路中線能夠正確銜接后，方可以此作為依據，進行引測進洞和洞內中線測設。,34,2.精密導線法,導線最短邊長不應小于300m，相鄰邊長的比不應小于1：3，并盡量采用長邊，以減小測角誤差對導線橫向誤差的影響。,用導線方式建立隧道洞外平面控制時，導線點應沿兩端洞口的連線布設。,導線點的位置應根據隧道的長度和輔助坑道的數量及分布情況，并結合地形條件和儀器測程選擇。,35,導線的水平角一般采用方向觀測法。當水平角只有兩個方向時，可按奇數和偶數測回分別觀測導線的左角和右角，這樣可以檢查出測角儀器的帶動誤差，數據處理時可以較大程度地消除此項誤差的影響。,導線的內業計算一般采用嚴密平差法，對于四、五等導線也可采用近似平差計算,36,隧道洞外導線應組成閉合環，一個控制網中導線環的個數應不少于4個；每個環的邊數約為46條，應盡可能將兩端洞口控制點納入到導線網中。,37,3.三角網法,三角測量建立隧道洞外平面控制時，一般是布設成單三角鎖的形式。,對于直線隧道，一排三角點應盡量沿線路中線布設。條件許可時，可將線路中線做為三角鎖的一條基本邊，布設為直伸三角鎖。以減小邊長誤差對橫向貫通的影響。,對于曲線隧道，應盡量沿著兩洞口的連線方向布設，以減弱邊長誤差對橫向貫通的影響。,38,39,二、洞外高程控制測量,洞外高程控制測量的任務，是按照測量設計中規定的精度要求，以洞口附近一個線路定測點的高程為起算高程，測量并傳算到隧道另一端洞口與另一個定測高程點閉合。,閉合的高程差應設斷高，或推算到路基段調整。這樣，既使整座隧道具有統一的高程系統，又使之與相鄰線路正確銜接，從而保證隧道按規定精度在高程方面正確貫通，保證各項建筑物在高程方面按規定限界修建。,40,洞外高程測量的等級劃分,隧道高程控制測量一般采用水淮測量，對于四、五等高程控制測量也可采用光電測距三角高程測量。,41,高程控制測量誤差對高程貫通精度的影響,受洞外或洞內高程控制測量的誤差影響，貫通面上所產生的高程中誤差按下式估算：,式中：m為每千米水準測量高差中數的偶然中誤差，以mm計；L為洞外或洞內兩開挖洞口間水準路線長度，以km計。,42,每千米水準測量高差中數的偶然中誤差計算,例72某鐵路直線隧道，設計長度為5246m，分別由兩端洞口相向開挖。兩端洞口分別埋設四個水準點：BM23、BM231和BM24、BM241，其中BM23和BM24為定測線路水準點。洞外高程控制測量設計為四等水準測量，布設六個臨時水準點。各測段水準路線長度、往返測高差觀測值及高程計算列于表中，試計算每千米水準測量高差中數的偶然中誤差m，并估算mh。,43,表711往返測高差觀測值及高程計算,44,每千米水準測量高差中數的偶然中誤差計算,45,高程貫通中誤差為：,可見，該項洞外高程控制測量對貫通面上所產生的高程貫通中誤差的影響滿足精度要求。,46,7-4進洞關系計算和進洞測量,控制測量確認了隧道兩端線路中線控制樁與洞外平面控制點的相對位置關系。根據洞外控制測量成果，計算由洞外控制點引測進洞測設數據，據此指導隧道的進洞及洞內開挖，稱為進洞關系計算。,47,進洞關系計算和進洞測量的主要任務,1.確定隧道中線與平面控制網之間的關系；,2.在洞內控制建立之前，指導中線進洞和洞內開挖。,48,隧道進洞測設的主要方法極坐標法,將隧道的中線控制樁納入洞外平面控制網，控制測量完成后，即可求得它們的精確坐標。根據這些點的坐標和洞口（或洞內）中線點的坐標，反算出極坐標法的放樣數據，進而現場測設。,A,B,C,D,49,50,7-5隧道洞內控制測量,洞內控制測量起始于兩端洞口處的洞外控制點，隨著隧道的開挖而向前延伸。,因此，只能敷設成支線形式，其形狀完全取決于隧道的形狀；,只能用重復觀測的方法進行檢核。,51,一、洞內平面控制測量,洞內平面控制通常有兩種形式，即中線形式和導線形式。,中線形式就是以定測精度或稍高于定測精度，在洞內按中線測量的方法測設隧道中線。這種方法只適用于短隧道。,洞內導線主要有以下幾種形式：,1.單導線,52,2.導線環,3.主副導線環,53,4.交叉導線,5.旁點導線,54,洞內導線應注意的問題,導線點應盡量布設在施工干擾小、通視良好、地層穩固的地方；,點間視線應離開洞內設施0.2m以上；,導線的邊長在直線地段不宜短于200m，在曲線地段不宜短于70m，并盡量選擇長邊和接近等邊；,導線點應埋于坑道底板面以下1020cm，上面蓋鐵板以保護樁面及標志中心不受損壞，為便于尋找，應在邊墻上用紅油漆預以標注；,55,采用雙照準法測角，測回間要重新對中儀器和覘標，以減小對中誤差和對點誤差的影響；,由洞外引向洞內的測角工作，宜在夜晚或陰天進行，以減小折光差的影響；,洞內導線應重復觀測，定期檢查；,設立新點前必須檢查與之相關的既有導線點，在對既有導線點確認的基礎上測量新點;,應構成多邊形閉合導線或主副導線環；,當有平行導坑時，應利用橫向通道，使平行導坑的單導線與正洞的導線聯測，以資檢核。,56,二、洞內高程控制測量,洞內高程控制測量的目的，是由洞口高程控制點向洞內傳遞高程，即測定洞內各高程控制點的高程，做為洞內施工