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1、,第15章 隧洞施工测量 15.1 概 述 根据隧洞的性质和用途，可分为：公路隧洞、铁路隧洞、水工隧洞、过江（河）隧洞等多种工程隧洞。本章介绍隧洞施工测量的基本方法。隧洞属于地下工程，一般情况下隧洞进行相向开挖，有时为了加快施工进度，需要增加工作面，在隧洞中心线上增开竖井，或者在适当的地方向中心线开挖平洞或斜洞，有几个洞口同时相向或相背开挖（图151）。开挖时互相不通视，要求在洞轴线的某一点贯通，这样需要严格控制开挖的方向和高程。因此隧洞施工测量的基本任务是：建立平面和高程施工控制网，标定隧洞中心线，指示开挖方向，确定坡度，保证按规定的精度贯通，使隧洞断面几何形状符合设计要求。,图15-1 隧
2、洞开挖a、b、c-平洞；c-竖井；e-斜井,15.1.1 隧洞施工测量程序1.洞外控制测量（1）搜集有关资料，（2）进行设计，（3）建立控制点，（4）进行测量，计算整理。2.施工测量 隧洞内开挖工作不断推进，洞内施工测量紧跟工作面。洞内施工测量的一般工作程序：（1）由隧洞外控制点放样到洞内点（2）标定开挖方向（3）洞内水准测量及高程放样（4）贯通后，洞中线调整（5）土方量计算（6）竣工测量以上工作程序，在施工过程中应根据具体情况灵活运用。,15.1.2 贯通误差 地下工程测量最主要的任务在于保证地下工程在预定误差范围内贯通，由于测量误差积累，使两个相向开挖的施工中线不能理想的衔接，产生的错开现
3、象称为贯通误差（图15-2）。贯通误差在中线方向上的投影长度称纵向贯通误差，允许值一般为20cm;在垂直于中线方向的水平投影长度称为横向贯通误差，其允许值一般为10cm。在垂线上的投影长度称为竖向贯通误差，也称高程贯通误差，其允许值一般为5cm。一般来说纵向贯通误差只影响隧洞的长度，高程贯通误差影响隧洞的坡度。横向贯通误差会影响隧洞断面的大小。如果横向贯通误差太大会对施工产生很大的影响，应该严格控制横向贯通误差。,图 152 贯通误差示意图,图15-2 贯通误差示意图,15.2 洞外控制测量15.2.1 控制网布设步骤 1.收集资料需要收集的资料很多，包括在该区的大比例尺地形图、路线的平面图，
4、以前的地面控制资料，以及气象、水文、交通资料等等。2.现场踏勘对所搜集到的资料研究之后，必须对隧洞穿越地区进行详细踏勘。观察和了解隧洞两侧的地物、地貌等。注意隧洞走向，隧洞与其他设施的位置关系。3.选点布网结合现场踏勘选点，来选定网的布设方案，布设哪一种控制网为宜，应根据拥有的仪器情况、横向贯通误差大小、隧洞通过地形情况等方面进行综合考虑。,15.2.2 洞外控制测量洞外控制测量一般布设成独立网。进行地面控制测量的目的，是为了确定隧洞洞口位置，并为确定中线掘进方向和高程放样提供依据，它包括平面控制测量和高程控制测量。15.2.2.1 平面控制隧洞平面控制测量一般采用三角测量、导线测量和GPS测
5、量。1.三角测量对于隧道较长、地形复杂的山岭地区，地面平面控制网一般布置成三角网形式，如图153所示。测定三角网的全部角度和若干条边长，或全部边长，使之成为边角网。三角网的点位精度比导线高，有利于控制隧道贯通的横向误差。,图15-3 三角网控制测量,三角测量一般布设为线形三角锁，且测量一条或两条基线，布网时，三角点应尽靠近轴线。洞口附近应布设至少两个控制点，洞口应尽可能的避免施工干扰，而且点位稳定、安全。三角网的等级可按公式151来计算，此时取三角网中最靠近洞轴线的一条路线当作一条支导线来估算。表15-1是洞外三角网测量精度。,My=,式中，My横向贯通中误差;测角中误差;所有路线三角点至贯通
6、面垂直距离平方总和,m2;所有路线所有边长在贯通面上的投影长度平方总和,m2;三角网中最弱边相对中误差;,表15-1 洞外三角网(锁)测量精度,2.导线测量 采用导线测量作为平面控制，导线点应尽量靠近洞轴线布设，导线点个数不宜过多，而且相邻导线边的长度大致相等。表15-2是导线测量精度。,3.GPS测量 用全球定位系统GPS技术作为地面平面控制时，只需要布设洞口控制点和定向点，而且相互通视，以便施工定向之用。不同洞口之间的点不需要通视，与国家控制点或城市控制点之间的联测也不需要通视。因此，地面控制点的布设灵活方便，且定位精度目前已优于常规控制方法。,表15-2 洞外导线测量精度,幻灯片 11,
7、15.2.2.2 高程控制测量 隧洞的高程控制一般采用水准测量。高程控制测量的任务是按规定的精度测量隧道洞口(包括隧道的进出口、竖井口、斜井口和平洞口)附近水准点的高程，作为高程引测进洞的依据。高程控制通常采用三、四等水准测量的方法施测，就可以达到高程贯通误差的允许值要求。,15.2.3 洞外定向测量 洞外定向测量：即在地面上确定洞口的位置及中线掘进方向的测量工作。解析定线测量：即洞外定向测量是在控制测量的基础上，根据控制点与图上设计的隧洞中线转折点、进出口等的坐标，计算出隧洞中线的放样数据，在实地将洞口的位置和中线方向标定出来。直接定线测量：指当隧洞很短，没有布设控制网时，在实地直接选定洞口
8、位置，并标定中线掘进方向。,15.2.3.1 解析法定线测量洞口位置的标定 在实地布设三角网，应将图纸上设计的洞口位置在实地标定出来。如图154，ABC为隧洞中线，A、B为洞口位置，C为转折点，A正好位在三角点上，而C不在三角测绘出来。需要根据各控制点坐标和B点的设计坐标，用坐标反算算出方位角，再计算出交会角。放样时，在5、6、7安置经纬仪，分别测设交会角，用盘左、盘右测设平均位置，得三条方向线，若三条方向相交所形成的误差三角形在允许范围内，则取其内切圆圆心为洞口B的位置。,图15-4 隧洞三角网布置图,开挖方向的标定 隧道贯通的横向误差主要由隧道中线方向的测设精度所决定，而进洞时的初始方向尤
9、其重要。因此，在隧道洞口，要埋设若干个固定点，将中线方向标定于地面，作为开始掘进及以后与洞内控制点联测的依据。如图155所示，用1、2、3、4标定掘进方向，再在洞口点A与中线垂直方向上埋设5、6、7、8桩。所有固定点应埋设在不易受施工影响的地方，并测定入点至2、3、6、7点的平距。这样，在施工过程中可以随时检查或恢复洞口控制点的位置和进洞中线的方向及里程。,图15-5 掘进方向的标定,15.2.3.2 直接定线测量 对于较短的隧洞，可在现场直接选定洞口位置，然后用经纬仪按正倒镜定直线的方法标定隧洞中心线掘进方向，并求出隧洞的长度。如图156所示，A、B两点为现场选定的洞口位置，且两点互不通视，
10、欲标定隧洞中心线，首先约在AB的连线上初选一点C，将经纬仪安置在C点上，瞄准A点，倒转望远镜，在A C的延长线上定出D点，为了提高定线精度可用盘左盘右观测取平均，作为D点的位置；然后搬仪器至D点，同法在洞口定出B点。通常B与B不相重合，此时量取BB的距离，并用视距法测得AD和DB的水平长度，求出D点的改正距离DD，即 在地面上从D点沿垂直于AB方向量取距离DD得到D点,再将仪器安置于D点,依上述方法再次定线,由B点标定至A洞口,如此重复定线,直至CD位于AB直线为止。最后在AB的延长线上各埋设两个方向桩N1、N2、和N3、N4，以指示开挖方向。,图156 隧洞直接定线示意图,第三节 15.3
11、洞内施工测量 隧洞的 隧洞的地下测量主要工作是洞内施工测量，它包括洞中线的定向，导线的测量，水准测量及开挖段的放样等。,15.3.1 洞中线的标定,图 157 洞口开挖方向标定,当洞口劈坡完成后，洞口A点处放置仪器，瞄准方向桩1、2。倒转望远镜即为隧洞中线方向；采用盘左、盘右观测取平均的方法，在劈坡面上给出隧洞开挖方向。,随着隧洞的掘进，需要继续把中心线向前延伸，一般当隧洞每掘进20m要埋设一个中线里程桩，中线里程桩可以埋设在隧洞的底部或顶部。如图158：,对于不设置曲线的折线隧洞（图159）中线标定，在掘进至转折点A时，在该点上安置经纬仪，瞄准后面中线桩B，右转角度180做出方向标志1、2，
12、用1、2、A三点指导向前开挖。,图 158 隧道中线桩,图 159 隧洞折线段测设,图 159 隧洞折线段测设,图15-9 隧洞折线段测设,对于设置曲线的隧洞（图15 10），可采用偏角法测设曲线隧洞的中线。Z、Y分别为圆曲线的起点和终点，J为转折点，L为曲线全长，现将其n等分，则由第十三章可求得每段曲线长所对的圆心角，偏角/2，对应的弦长d。测设时，当隧洞沿直线掘进至曲线的起点Z点，并略过Z点一小部分，准确标出Z点。在Z点上安置经纬仪，后视中线桩A，置角度00000；再拨角180/2，即得Z-1弦线方向，倒转望远镜，作出方向标志Z1，Z2点,根据Z1、Z2、Z三点的连线方向指导隧洞的开挖。当
13、掘进到略大于弦长d后，按上述方法定Z1方向。沿该方向用钢尺自Z点丈量弦长d，即得曲线上的点1。点1标定后，后视Z点，拨转角180，即得12方向。,按上述方法掘进，沿视线方向量弦长d，得曲线上的点2。用同样的方法定出各点，直至曲线终点Y。,图1510 隧洞曲线测设,15.3.2 洞内导线测量 洞内导线测量与地面控制建立统一的坐标系统，根据导线坐标，可以放样隧洞中线，指示开挖方向，保证相向开挖的隧道在要求精度范围内贯通。洞内导线测量方法及要求洞内导线点通常设在隧道的洞口，每隔一定的距离（50100m）选一中线桩作为导线点。导线点应尽量布设在干扰小、通视良好且稳固安全的地段。洞内导线一般采用支导线布
14、设形式，尽量沿线路中线布设，或与线路中线平移一适当的距离，边长接近相等。,为保证测量成果的正确性，最好由两组分别进行观测和计算。洞内导线的边长及角度的观测精度应按贯通误差计算准确，它的技术要求如表153：表153 洞内导线技术要求,15.4 洞内水准测量 洞内水准测量与洞外水准测量基本相同。与洞外水准测量相比较，洞内水准测量具有以下特点：（1）洞内水准路线和洞内导线相同，在贯通之前水准路线是支水准路线，因而，只有用多次测量的方法检核水准点的高程。（2）一般利用导线点兼作水准点。点的标志可根据洞内的具体情况埋设在洞的底部、洞顶或两边侧墙上。（3）洞内水准路线是随开挖工作面的推进而延伸。为了满足施
15、工放样的要求，一般先布设精度较底的临时水准路线，然后，再布设精度较高的水准路线（埋设永久水准点）。洞内水准测量的精度应根据竖向贯通误差和隧洞的长度来确定，也可参照施工规范的规定来进行观测。由于洞内观测条件差，洞内水准路线又是随着开挖工作面的推进而延伸，需进行往返测。洞内每隔2030m设一临时水准点，200左右设一固定水准点。,本章小结 隧洞施工测量是水利工程建设的常用测量工作，本章介绍隧洞施工测量的方法及程序，主要内容有：（）隧洞施工测量程序（2）贯通误差的概念,包括横向贯通误差，纵向贯通误差，竖向贯通误差及它们的允许值和测定方法。（3）洞外控制测量，包括洞外控制测量步骤，洞外平面控制测量方法，高程控制。（4）洞外定向测量，包括直接定线测量和解析法定线测量。（5）洞内施工测量，包括遂洞中线的标定，不设置曲线的折线隧洞中线标定方法，曲线隧洞中线标定方法。洞内导线布设，观测方法及步骤。洞内水准测量方法，高程放样的方法。断面放样原理、方法及步骤。竖井定向,
