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1、黄河水利职业技术学院毕业论文（设计）工程测量技术在隧道施工中的应用学生姓名：席利宁 学号:2011020721指导教师：陈旭 职称:讲师专 业：工程测量技术系（部）：测绘工程系二。一四年五月黄河水利职业技术学院毕业设计指导教师意见2014年5月19日学生姓名席利宁 专业 工程测量技术 班级 工测1105设计题目工程测量技术在隧道施工中的应用指导教师意见：是否同意参见答辩：同意（） 不同意（）指导教师签名：工程测量技术在隧道施工中的应用席利宁（黄河水利职业技术学院，河南开封475003）摘要隧道测量技术在过去的十多年里有了长足的发展，其表现是自动化程度越来 越高，测量仪器的体积越来越小，重量越来
2、越轻，测量速度越来越快，工作效率 越来越高。在大地和工程测量方面，最具代表性的发展是全站仪和GPS的广泛 应用，以及将这两种技术与计算机技术的融合。隧道测量技术是指针对隧道勘察 设计，施工和竣工验收及隧道运营期间所展开的有关测量活动，这些测量工作有 些与通常意义上的工程测量有关，如隧道施工控制测量，放样测量，断面测量等， 有些与地质勘察和灾害监测有关，如隧道施工地质超前预报探测和变形监测，还 有一些与工程质量有关的监测，如混凝土厚度检测，混凝土质量检测，隧道衬砌 检测，运营隧道内表面状态检测。随着科技的不断进步，测量工作所涵盖的范 围越来越广，测量工作对工程的成败和盈亏起着举足轻重的的地位。本
3、文以正在施工的乌东德水电站隧道为例，介绍有关全站仪在隧道施工测 量中的应用。关键词：隧道工程；控制测量；断面测量;超欠挖测量；监控测量第1章绪论1.1隧道施工测量的内容和作用11.2隧道施工测量现状1第 2章乌东德水电站右岸工程概况32.1地理位置32.2地质条件3第3章控制测量83.1控制测量的概念83.1.1目的与作用83.1.2控制测量分类83.1.3有关名词83.2工程概述83.3观测依据93.4平面坐标和高程系统93.5资源配置93.6平面、高程控制网校测及加密方案103.7观测实施措施123.8内业数据处理133.9导线控制点精度14第4章隧道施工断面测量154.1隧道断面测量工作
4、准备154.2断面测量15第5章超欠挖测量175.1超欠挖产生的原因175.2隧道超欠挖的控制措施185.3隧道超欠挖程序19第6章监控测量206.1监控测量的概念206.1.1隧道监控量测的必要性206.1.2隧道施工监控量测的目的206.2 一般规定216.3监测依据216.4监测内容216.5监测方法及过程226.5.1全站仪测点的埋设安装236.5.2测点布置及观测要求246.5.3仪器读数25第7章结束语26参考文献28致谢29附录130附录234工程测量技术在隧道施工中的应用第1章绪论1.1隧道施工测量的内容和作用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
5、 置；2. 洞内外联系测量：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：测定竣工后实际中线位置和断面净空及各建、构筑物的位置 尺寸。1.2隧道施工测量现状隧道施工测量主要是施工放样测量，断面和竣工验收测量。施工放样测量是 以线路中线测量为其核心和基本，随着隧道施工技术的发展和对施工质量以及精 度要求的提高，施工放样测量所涵盖的领域越来越广，今天我们讨论施工放样测 量时，很自然的会联想在掌子面炮孔放样，激光导向测量隧道轮廓放样，钢拱定 位，锚杆定位
6、测量，模板放样以及避车洞、人行横通道放样等。隧道施工放样测 量通常需要借助经纬仪全站仪来完成，普通经纬仪全站仪能较好的满足线路中线 测量的需要但对于隧道施工中的结构放样测量由于缺乏相应的测量软件和自动 化功能，使得其测量效率降低，难以满足现代化的隧道施工放样测量的需要为了 满足隧道施工测量的多种需求，瑞士伯安测量技术公司开发了基于LEICA TPS1100/1200系列全站仪的隧道施工放样测量软件TMS SETOUT集多种放样任 务于一 “人”，大大提高了隧道施工放样测量的效率。隧道断面测量主要包括断面放样，超欠挖控制，净空检查，实际断面形状测 量及断面图绘制等内容。隧道断面测量在过去几十年里
7、有了长足的发展，对于今 天的隧道施工来说，隧道断面测量已经不是什么新鲜的东西。尽管如此，很有必 要回顾一下隧道断面测量的发展。伴随着计算机技术和电子测距仪的发展，瑞士安伯格测量技术公司首先研制 出专门针对隧道断面测量的专用测量仪器AMTPROFIE2000断面仪，由于这两种 仪器大大提高了隧道断面测量的功效，一经投放市场，受到用户的热烈欢迎。90 年代安伯格测量技术公司又推出了更新一代的断面测量产品 AMT PROFILE3000 和AMT PROFILE4000型，这两种型号的产品90年代中期被介绍到中国，在中 国很多重点工程中得到了应用，在指挥隧道施工和质量控制等各方面发挥了重要 作用，如
8、二滩水电站，小浪底水电枢纽工程，秦岭铁路隧道，陕西高速公路隧道 等，其中二滩水电站和小浪底枢纽工程由外国施工企业负责施工总承包，对在中 国分包施工企业的施工质量管理和控制等方面的许多做法给中国企业留下了深 刻的印象。进入21世纪以后，随着全自动全站仪的技术 发展，使得以全站仪为基础 的隧道隧道断面测量成为可能。一种全新的LEICAAMT隧道测量系统应运而生， LEICA AMT隧道测量系统是安伯格测量技术公司与莱卡测量系统股份公司强强联 合的结晶，她吸取了前六代隧道断面测量系统的精髓，并赋予全新的设计理念， 以智能化的应用软件配合LEICA TPS1100/1200系列的通用全站仪，实现一机多
9、 用，能同时完成隧道断面测量和施工放样测量等多种测量任务第2章乌东德水电站右岸工程概况2.1地理位置乌东德水电站是金沙江下游河段（攀枝花市至宜宾市）四个水电梯级一一乌 东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝中的最上游梯级，坝址所处河段的右岸隶属云南 省昆明市禄劝县，左岸隶属四川省会东县。电站上距攀枝花市213.9km，下距白 鹤滩水电站182.5km，与昆明、成都的直线距离分别为125km和470km，与武汉、 上海的直线距离分别为1250km和1950km。乌东德水电站的开发任务以发电为主， 兼顾防洪，电站装机容量10200MW，多年平均发电量389.3亿kW.h。本工程为I等大（1）型工程，枢纽工程
10、主体建筑物由挡水建筑物、泄水建 筑物、引水发电建筑物等组成。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝，坝顶高程988m，最大坝高270m；泄洪采用 坝身泄洪为主，岸边泄洪洞为辅的方式。电站厂房布置于左右两岸山体中，均靠河床侧布置，各安装6台单机容量为 850MW的混流式水轮发电机组，总装机容量10200MW。主要建筑物有进水口、引 水隧洞、主厂房及安装场、主变洞、母线洞、电缆廊道、尾水调压室、尾水隧洞、 尾水出口、出线竖井及平洞、地面出线场、交通洞、通风排风（烟）系统、集水 井排水管道洞及厂外排水系统等。引水系统采用一机一洞、尾水系统采用二机一 室一洞布置，左右岸各有2条尾水隧洞与导流洞结合。2.2地质条件
11、厂房区主要包括主厂房、主变室和调压室，厂房区三大洞室平行布置，洞轴 线方向为65。（1）主厂房 工程地质条件主厂房位于峡谷岸坡内，外侧端墙距岸边距离约120m，上覆岩体厚，埋深 210m390m。主厂房穿越Pt2l3-1Pt2l3-4地层，主要为中厚层厚层层灰岩、 大理岩、石英岩及巨厚层白云岩，岩层倾向175185，倾角7080，轴线与岩层走向夹角约2 030 ,主厂 房区中见一条相对较大断层，即f42，位于主厂房靠山里侧，断层延伸长约600 余米。厂房区裂隙总体上不发育，统计显示主厂房优势裂隙有2组，第1组裂隙 优势产状为266N45，第2组裂隙优势产状为282N22。围岩主要为微 新岩体。
12、总体上岩溶不发育，Pt2l3-3中发育K1、K4、K6、K8、K9等5个规模 小的溶洞，顺断层、裂隙及层面发育，其中K6相对较大，呈溶缝状，溶洞长1.5m， 宽0.6m，可见高度5m。勘探钻孔（ZK501、ZK502、ZK503）局部揭露到Pt2l3-3 地层中的A类角砾岩，其中少数为B类，角砾岩位于主厂房与主变室之间局部岩 体中，沿洞室轴向延伸约60m80m，角砾岩顶高程824.52m，底部高程741.32m， 其中B类角砾岩延伸长约20m30m，顶高程812m左右，底高程788.8m左右。 主厂房绝大部分处于地下水位以下。右岸厂房部位最大水平主应力量值集中为 58MPa，最大值为9.7MP
13、a，平均值为6.5MPa，最大水平主应力方向为NE81， 与洞轴线夹角为16左右；最小水平主应力量值集中为36MPa，最大值为6.5MPa，平均值为 4.5MPa。 洞室围岩工程地质分类右岸主厂房各边墙及拱顶洞室围岩工程地质分类详见表2.2.1，右岸主厂房 以II类围岩为主，次为III类围岩。表2.2.1右岸主厂房三壁围岩分类成果统计部位围岩分布各类围岩面积百分比（%）II下游边墙桩号165.33330165.357.842.2围岩类别III顶板桩号135.53330135.559.340.7围岩类别III上游边墙桩号032.332.3199.646.953.1199.6333围岩类别III围
14、岩分类合计（%）53.446.6主要工程地质问题及评价主厂房II类围岩占53.4%，围岩基本稳定，局部存在随机块体稳定问题；III类围岩约占46.6%，I类围岩局部稳定性差，围岩强度不足局部可能产生塑性 变形。主厂房内端墙发育断层f42,可能与优势裂隙构成半定位块体，体积约 600m3，在施工过程中，受爆破等因素影响块体稳定性较差。另外，局部可能存 在B类角砾岩的稳定问题。由于右岸主厂房洞室轴线与地层走向夹角较小，约2030。，因此在开 挖后，边墙可能因卸荷松弛而产生较多片帮破坏。主厂房围岩为Pt2l3-1Pt2l3-4地层，其中Pt2l3-1、Pt2l3-3以灰岩为主， 岩溶相对较发育，局部
15、顺层溶蚀明显，主厂房绝大部分处于地下水位以下，受顺 层溶蚀影响，施工中地下水可能沿岩溶缝隙和小的溶洞进入主厂房中，形成一些 局部脉状集中式涌水，初步估算涌水量约1.2X104m3/d。（2）主变室 工程地质条件主变室亦位于峡谷岸坡内，外侧端墙距岸边距离120m，上覆岩体厚，埋深 250m370m。主变室围岩为Pt2l3-3Pt2l3-5厚层灰岩、大理岩、石英岩及巨 厚层白云岩。岩层岩层倾向175。185。，倾角70。80。，轴线与岩层走向 夹角约2030。主变室边墙附近未见较大断层出露。围岩总体上岩溶不发育， 主要局部存在顺层面的溶缝，在Pt2l3-3地层中可见规模小的顺层延伸的溶洞， 主变室
16、部分处于地下水位以下。主变室地应力特征与主厂房相同。 洞室围岩工程地质分类主变室围岩以II类为主，少量为III类围岩，见表2.2.2。表2.2.2右岸主变室三壁围岩分类成果统计部位围岩分布各类围岩面积百分比（）Im下游边墙桩号0176.8176.82606832围岩类别IIm顶板桩号0195.6195.626075.724.3围岩类别IIm上游边墙桩号0231.2231.226088.911.1围岩类别IIm围岩分类合计（%）77.922.1 主要工程地质问题及评价主变室围岩以II类为主，约占77.9%，围岩基本稳定，局部存在随机块体稳定问题；I类围岩占22.1%，局部稳定性差，围岩强度不足局
17、部可能产生塑性变形。另外，局部可能存在B类角砾岩的稳定问题。由于右岸主变室洞室轴线与地层走向夹角较小，约2030，因此在开 挖后，边墙可能因卸荷松弛而产生较多片帮破坏。主变室围岩为Pt2l3-3Pt2l3-5地层，其中Pt2l3-3地层约占主变室的一 半，岩性主要为厚层灰岩，灰岩岩溶相对较发育，局部顺层溶蚀明显，主变室部 分位于地下水位以下，在施工过程中，地下水可能沿岩溶缝隙、孔洞形成一些脉 状的集中式涌水，初步估算右岸主变室的涌水量Q=0.3X104m3/d。（3）调压室工程地质条件调压室亦位于峡谷岸坡内，外侧端墙距岸边距离100m，上覆岩体厚，埋深 180m350m。主变室地层为Pt2l3
18、-3Pt2l3-5厚层灰岩、大理岩、石英岩及巨 厚层白云岩，岩层倾向175185，倾角7080，轴线与岩层走向夹角 约2030。未见较大断层发育，断层f100-2、f100-3位于调压室下游边墙附 近，其规模小，与调压室轴线夹角分别为47、55。围岩总体上岩溶不发育， 局部存在顺层面的溶缝，勘探平洞PD8揭露了 A类角砾岩，位于调压室顶拱（外 端墙）附近，调压室大部分处于地下水位以下。调压室地应力特征与主厂房相同。洞室围岩工程地质分类调压室以II类围岩为主，次为III类围岩（表2.2.3）。表2.2.3右岸调压室三壁围岩分类成果统计部位围岩分布各类围岩面积百分比（%）III下游边墙桩号094.
19、394.3255.636.963.1围岩类别III顶板桩号7313207333.266.8132255.6围岩类别III上游边墙桩号0218.3218.3255.685.414.6围岩类别III围岩分类合计（%）56.943.1主要工程地质问题及评价调压室顶拱及下游边墙围岩以III类为主，上游边墙围岩以II类为主；II 类围岩占56.9%，围岩基本稳定，局部存在随机块体稳定问题；III类围岩占43.1%， 局部可能产生块体失稳。在调压室下游边墙附近，断层f100-2与优势裂隙可能 构成半定位块体，方量约100300m3，在施工过程中，受爆破等因素影响块体稳定性较差由于右岸调压室洞室轴线与地层走
20、向夹角较小，约2030，因此在开 挖后，边墙可能因卸荷松弛而产生较多片帮破坏。调压室部分围岩为Pt2l3-3厚层灰岩，岩溶相对较发育，局部顺层溶蚀明显， 而调压室部分处于地下水位以下，在开挖过程中局部可能产生涌水问题，初步估 算涌水量约0.9X104m3/d。第3章控制测量3.1控制测量的概念3.1.1目的与作用1. 为测图或工程建设的测区建立统一的平面和高程控制网2. 控制误差的积累3. 作为进行各种细部测量的基准3.1.2控制测量分类1. 按内容分：平面控制测量、高程控制测量2. 按精度分：一等、二等、三等、四等；一级、二级、三级3. 按方法分：天文测量、常规测量（三角测量、导线测量、水准
21、测量）、卫 星定位测量3.1.3有关名词1. 小地区：不必考虑地球曲率对水平角和水平距离影响的范围。2. 控制点：具有精确可靠平面坐标参数或高程参数的测量基准点。3. 控制网：由控制点分布和测量方法决定所组成的图形或路线。4. 控制测量：为建立控制网所进行的测量工作。3.2工程概述乌东德水电站位于云南省禄劝县和四川省会东县交界的金沙江干流上，装机 容量10200MW，多年平均发电量401.1亿kW/h，正常蓄水位975m，相应库容58.63 亿m3。第一层排水廊道呈封闭式“m”字形布置，中间三条排水廊道位于主厂房及 主变洞顶拱上方围岩中。第二、三层排水廊道呈封闭式“日”字形布置。上游 排水幕距
22、主厂房上游边墙26.4m，下游排水幕距调压室下游边墙25.0m，靠山内 侧排水幕距主厂房端墙15.0m，靠河床侧排水幕距主厂房端墙15.0m，距沿防渗帷幕排水幕最小14m。中间第二、三层排水廊道位于调压室与主变洞之间，距主变洞下游边墙20m。厂外排水廊道断面为城门洞型，普通断面开挖尺寸为3.00mX3.50m（宽X 高），兼做混凝土运输通道的断面开挖尺寸为4.50mX5.20m （宽X高），与施工 支洞结合段的断面开挖尺寸为8.50mX6.50m （宽X高），洞内路面为20cm厚 的混凝土路面，两侧设净尺寸20cmX15cm（宽X高）的排水沟。3.3观测依据1. 水电水利工程施工测量规范（DL
23、/T51732003）；2. 中、短程光电测距规范（GB/T 16818-1997）；3. 乌东德水电站右岸导流洞工程下游段施工测量方案4. 关于印发“乌东德水电站工程施工测量管理办法（试行）”的通知（乌 筹技201212号）3.4平面坐标和高程系统平面坐标为金沙江独立坐标系；高程系统为1956黄海高程系，高程投影到 坝区960m。3.5资源配置针对洞挖控制点的重要性，测量部专设测量控制组，就控制网点的技术方案 制定、实施、测量控制网点成果报告的整理负责全面质量管理；副部长协助控制 项目的具体实施（设备配置见下表3.5）。表3.5设备配置表序号仪器设备名称型号数量检定日期1全站仪LeicaTC
24、R12021台2012.03.222空盒气压计DYM31台2011.113温度计1个4对中基座、觇牌、棱镜3套5对讲机4部说明设备均进行了计量检定，各项指标均符合精度要求。3.6平面、高程控制网校测及加密方案根据第二层排水廊道的布置特性及已形成的主厂房控制点及施工支洞布局 特征；控制组严格按照以下测量控制网点的施工测量程序进行：熟悉图纸一现场 踏勘一方案确定一具体实测一内业检查一成果计算一提交报告。根据主厂房与右厂1-2#施工支洞内已形成的控制网点YC06, YC07与第二层 排水廊道的相互关系，我部选用YCO6、YC07永久控制点作为加密导线控制网起 算数据引测至中层排水廊道施工面。由于该部
25、位导线工程暂无闭合导线测设条 件，故在洞室导线布过程中采用了四等高程、平面加密控制网同时进行，以支导 线形式布测至顶层排水廊道现有工作面，待支导线完成以后选用洞内最长导线以 坐标闭合法回归到厂房YC07点进行坐标差值的比对，其比对差值作为本次控制 网精度评析。高程、平面控制测量指标表3.6.1水平角方向观测法技术要求等 税仪器折 称精度光学撇微器两 次重合读数差两次照淮 读数差半棚回 归零差一制回中 成较羚同方向值各 测回互差二等、.三等、四等土 114 ,696三等、四等.2388骡9注=当两观测方向的垂直用差值超过3T时,则该两方向之间不进行2$值比较.各方向2C只按同方向.相钿测回进行比
26、较*其差值仍成符合本表.定B表3.6.2边角组合网、测边网技术要求边长m测角中 误差平均边长;相 对中误差测距仪标 称精度 nnkm测回数边长水平角天顶距膨髀1唯般.等500-15001.。12500002住返各Z9430010001lilSOOQO3在返务Z6934四等200-8002毒1-1000005在返各，4623注古光电删距伙-测回的定义为照准壬次，测用肉4次.表3.6.3测距作业技术要求测距仪标 称精度 nrry km洲距限.差气象数据-测回读 数较差rrm测回间 较差rrm住返或:光段 较差rrm侦槌;气！侦最小读数Pa.测定时 间间隔-:：!； LK.I1.22/2( a+ M
27、?)0.250每边视 测始末每边两端 平均值等30.250每边观测始末每边两端 平均值5L0100每边测 定一次剽站端观 测值注h光电测距仪-测回的定义为照准I次，测距离4次 注往返较差必须将斜距化算到同一高程面上后方可进行比较*表3.6.4观测、记录及计算数字取位要求箸级天顶距观 测读数与 讪最取位 （今剽段 高差 取位nrn水准点高 程耽位nrrn天顶距各 榭间平均 数取位（*）各测站 i差值 取位mm往测或返 测高差总 和取位nm水准尺观 测读数与 记录取位 mtn删咬距 离中数 取位 km?i测一或 返测距取位ktn二等0.10.010J. 0.05D.10.01三等10.11(M0.
28、01四等10.J10.10.D1表3.6.5光电测距附合（闭合）导线技术要求*射合或闭合导km平均边长m测角中 误若;COmni全长相对 闭合差方位馅 闭台差测距位标祢新 度ton/htn测回数边长水甲馅天顶即2T彼3.201.851=550003.6i369313.S600sD600005.DSCO21170000LL83002.571*35000+R/1T土s往告46233.。500土s11450003忐TOO5H50000注E表中教据是按理直仲酬合导线中点匚龈蝴点）的点位中谋”书超过计划 土JOnrm的哽求订.的.表3.6.6光电测距三角高程导线测量的技术要求仪踞桥称精度斜距数:天顶距仗
29、器 高枝 镜高 丈量 精度nm对问观测高差胶差mm隔点设观测离 差较差nm附含或环线闭rrm洞1” 精度 mn/kmivl .j向测m测回数指标差 较差 （咛测回差（咛三*该2i70030033285235/土以+iayz524431-2i10050022199245ZSJ4ZS20=G：ThenIf Abs(Y)=15.312：顶拱超欠挖（+超-欠）边墙超欠挖（+超-底板超欠挖（+超-Then Pol(H-Z,Y)-19.99一D：” DG” ：DElse Pol(H-G,Abs(Y)-12.25)-4一D：” DG” ：D If endElse Abs(Y)-16.25一B：” BQ” ：
30、B欠)839.7-HA：” DB” : A欠)If endGoto 0第6章监控测量6.1监控测量的概念监控量测是指在隧道施工过程中，对围岩、地表、支护结构的变形和稳定 状态，以及周边环境动态进行的经常性观察和量测工作。以了解和掌握围岩稳定 状态及支护结构体系可靠程度，确保隧道施工安全和结构的长期稳定性，为隧 道施工中变更围岩级别、调整初期支护和二次衬砌的参数、指导施工顺序、修正 及优化设计提供依据，是实现信息化设计与施工不可缺少的一道工序。6.1.1隧道监控量测的必要性1. 由于隧道处于千变万化的岩体之中，其所受外力是不明确的，施工过程 中应采用量测手段掌握受力情况。2. 隧道在开挖、支护、成形、运营的过程中，自始自终都存在受力状态变 化这一特性，监控量测可以了解变化情况。3. 隧道监控量测是隧道施工安全的哨兵，是确保隧道安全施工的前提条件。4. 监控量测是判断隧道支护结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工最重 要的信息化手段。很多隧道的变形与坍方是因为没有进行量测、或没有使用量测 成果才产生的，教训深刻。6.1.2隧道施工监控量测的目的1. 确保安全：根据量测信息，预见事故和险情，防患于未然。2. 指导施工：分析处理量测数据，预测和确认隧道围岩最终稳定时间及变 形量，指导施工顺序、开挖预留变形量和施作二次衬砌时间。3.
