隧道洞内控制测量方案.docx

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隧道洞内控制测量方案

目录

一、控制测量方案2

1.1测量设计依据及参考资料2

1.2坐标系统及高程系统2

1.2.1平面坐标系统2

1.2.2高程系统2

1.3控制网网形及等级2

1.3.1平面控制网2

1.3.2高程控制网4

二、控制网布网5

2.1平面控制网的基本要求5

2.2高程控制点的基本要求5

2.3平面控制网布网方法5

三、外业观测6

3.1洞外平面控制网外业观测方案6

3.1.1GPS测量的技术要求6

3.1.2GPS观测设站6

3.1.3数据处理方案7

3.1.4观测数据粗处理7

3.1.5GPS基线处理8

3.1.6GPS网平差计算9

3.1.7精度评定10

3.2洞内平面控制网外业观测方案11

3.2.1左右角观测法——适用于观测两个方向的水平角12

3.2.2方向观测法——适用于观测三个方向的水平角13

3.2.3水平角观测超限处理13

3.2.4平面控制网平差14

3.2.5控制网精度评定16

3.3高程控制网外业观测方案16

3.3.1水准观测的技术要求16

3.3.2观测方式17

3.3.3观测的时间和气象条件17

3.3.4测站设置17

3.3.5测站观测顺序和方法18

3.3.6观测中应遵守的事项18

3.3.7数据处理方案19

3.3.8精度评定20

四、控制网复核规定21

隧道进洞测量专项方案

一、控制测量方案

1.1测量设计依据及参考资料

1.1.1《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）

1.1.2《铁路工程卫星定位测量规范》（TB10054-2010）

1.1.3《精密控制测量技术总结》（中铁第四勘察设计院，2013.11）

1.1.4《精密控制测量平面和高程成果》（中铁第四勘察设计院，2014.5）

1.1.5《精测网复测报告》（中铁二十四局福平铁路FPZQ-2标项目经理部，2014.9）

1.1.6相关施工图、设计图

1.2坐标系统及高程系统

坐标系统与高程系统拟采用与精测网相同的坐标和高程系统。

1.2.1平面坐标系统

根据《精密控制测量平面和高程成果》（中铁第四勘察设计院，2014.5），平面坐标系统采用工程独立坐标系，选用WGS84坐标系椭球参数，中央子午线经度L＝119°30′，投影面大地高为45m，高程异常为15m。

考虑到设计院投影变形控制在10mm/km，小于规范要求25mm/km，因此，本标段长大隧道及桥梁均不设置独立坐标系，直接采用设计坐标系。

1.2.2高程系统

高程系统采用85国家高程基准。

1.3控制网网形及等级

1.3.1平面控制网

洞外平面控制网采用GPS测量的方法施测，采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网，并尽可能地与附近的CPI、CPII点联测构成附合网，如图1所示。

图1GPS测量网形示意图

根据规范要求，高峰山隧道需要采用一等GPS网，经高峰山洞外精度估算（具体见福平铁路FPZQ-2标隧道专项测量加密方案2.4内容）高峰山隧道采用二等GPS网也能满足要求，因此，高峰山隧道拟采用二等GPS网。

海门隧道采用二等GPS网，松下隧道采用三等GPS网。

其精度指标以及技术指标如表1、表2所示。

表1GPS测量的精度指标

控制网

测量方法

测量等级

基线边方向中误差

最弱边相对中误差

高峰山隧道

GPS

二等

≤1.3″

1/180000

海门隧道

GPS

三等

≤1.7″

1/100000

松下隧道

GPS

三等

≤1.7″

1/100000

表2GPS测量的主要技术指标

控制网

固定误差a（mm）

比例误差b（mm/km）

基线方位角中误差（″）

约束点间的边长相对中误差

约束平差后最弱边边长相对中误差

高峰山隧道

≤5

≤1

1.3

1/250000

1/180000

大象山隧道

≤5

≤1

1.3

1/250000

1/180000

岱岭隧道

≤5

≤1

1.7

1/180000

1/100000

注：

当基线长度短于500m时，边长中误差应小于5mm。

洞内平面控制网采用多边形闭合导线环（如图2），控制网等级见表3。

图2多边形导线环示意图

表3隧道洞内控制网基本技术要求

隧道名称

等级

测角精度

mβ

边长相对中误差

全站仪精度

水平角观测测回数

距离观测

测回数

高峰山隧道

三

1.8″

1／20000

1″

4

往返各4

2″

6

其他隧道

四

2.5″

1″

2

往返各2

2″

4

1.3.2高程控制网

施工高程控制网的水准测量路线均起闭于线路水准基点，并联测精测网线路水准基点，测量等级采用二等水准，测量的精度及限差如表4所示。

表4水准测量精度（mm）

水准测量等级

每千米高差偶然中误差MΔ

每千米高差全中误差MW

限差

测段、路线往返测

高差不符值

附合路线或环线闭合差

检测已测测段高差之差

平原

山区

二等

≤1mm

≤2mm

注1：

K为测段水准路线长度、R为检测测段长度，单位为km；n为测段水准测量测站数。

注2：

山区水准测量每公里测站数n≥25站以上时，采用测站数计算高差测量限差。

二、控制网布网

2.1平面控制网的基本要求

（1）导线边长宜为200～400m，且不应小于200m。

（2）导线点应布设在施工干扰小、稳固可靠的地方。

布点时应与作业队充分协调，并作好交底。

（3）控制点间视线应离开洞内设施0.2m以上，并避开用电器。

（4）导线点宜采用φ20以上的钢筋桩，桩长不宜短于50cm，上面覆盖钢板或沙袋保护，并在边墙上注记点名，用箭头指示桩位。

2.2高程控制点的基本要求

（1）洞内每隔200～500m布设一对水准点。

每对水准点间的距离宜为60～100m，不应将一对水准点布设在同一横断面上。

（2）水准点不宜埋设在未衬砌的边墙上或软弱地段。

（3）水准点可以和导线点共用，此时，钢筋头应高出桩面5mm。

2.3平面控制网布网方法

（1）以洞口投点为起点，沿线路（隧道）中线或侧移适当距离布设，具体位置以桩位稳固且易保护、测量干扰小为原则；

（2）随着隧道的掘进先布设单导线，隧道掘进超过导线设计边长的2～3倍时，进行一次导线引伸测量；

（3）当导线延伸4～5条边后，在单导线的一侧再布设一条导线，两条导线组成多边形闭合环。

也可以一次布设双导线，在施工放样时起复核作用，并适时地形成闭合环；

（4）导线点尽量成对布设，避免左右交叉。

（5）每个闭合环的边数以4～6条为宜，且不应大于8条。

三、外业观测

3.1洞外平面控制网外业观测方案

3.1.1GPS测量的技术要求

根据规范要求，GPS测量作业（外业观测）的基本技术要求拟按表5所示的规定执行。

等级

项目

一等

二等

三等

静态测量

卫星截止高度角（°）

≥15

≥15

≥15

同时观测有效卫星数

≥4

≥4

≥4

有效时段长度（min）

≥120

≥90

≥60

观测时段数

≥2

1~2

1~2

数据采样间隔（s）

10~60

10~60

10~60

接收机类型

双频

双频

双频

PDOP或GDOP值

≤6

≤6

≤8

表5GPS测量作业的基本技术要求

3.1.2GPS观测设站

根据规范及相关要求，GPS观测设站拟按以下要求执行：

①作业前，光学对点器与基座必须严格检查校准，在作业过程中应经常检查保持正常状态。

设站时，对中误差不大于1mm。

②天线安置应严格对中、整平，正确量取至厂商指定的天线参考点高度，并须获得厂商提供的参考点至天线相位中心的改正常数，以便于在随后的数据处理中精确计算天线高。

③天线高在每个时段的测前（必须在开机之前）和测后（必须在关机之后）各量取一次，两次量取天线高应在相同的位置。

天线高应从天线的三个不同方向（间隔120°）量取，或用接收机天线专用量高器量取。

每次在三个方向上量取的天线高误差应不大于±2mm，否则应重新对中、整平。

任一方向上在观测前、后两次量取的天线高误差应不大于±2mm，否则认为在观测过程中天线发生变动，该时段作废。

④测站上所有规定的作业项目经认真检查均符合要求，记录资料完整无缺，将点位恢复原状后方可迁站。

⑤同一时段的观测过程中不得关闭并重新启动仪器，不得改变仪器的参数设置，不得转动天线位置。

在有效观测时段内，如中途断电，则该时段必须重测。

因观测环境及卫星信号等原因造成数据记录中断累计时间超过25min，则该时段重测。

⑥观测过程中若遇到强雷雨、风暴天气，应立刻停止当前观测时段的作业。

⑦一等、二等GPS测量时，每一同步环至少观测2个时段；三等GPS测量时，每一同步环观测1~2个时段。

每个时段观测结束后，都必须重新安置仪器，将基座转动120°或者升降三脚架，然后重新对中、整平，进行下一时段的观测。

3.1.3数据处理方案

GPS数据处理包括基线向量解算和网平差两个部分，基线向量解算拟采用随机附带的GPS解算软件TBC2.5，网平差计算拟采用经国家主管部门评审通过的软件——科傻GPS工程测量网通用平差软件包（CosaGPSv5.21，武汉大学测绘学院）。

具体的数据处理方案如下：

3.1.4观测数据粗处理

采用GPS接收机随机商用软件（ConverttoRINEX）将GPS原始观测数据转换成标准数据格式RINEX，并按日期（如20140106）作为目录名分别保存。

转换时，严格复核天线高和天线相位中心的改正正确。

3.1.5GPS基线处理

及时进行观测数据的处理和质量分析，检查是否符合规范和技术设计要求。

每天对当天的观测数据进行粗处理和基线解算，并及时对闭合环、重复基线等进行计算检核。

基线处理时，应严格遵守下列要求：

（1）基线解算时，卫星星历统一采用广播星历，卫星高度角一般采用15°。

（2）同一时段观测值的数据剔除率小于10%，否则应重测。

（3）任一时段的同步观测时间若小于90min（二等）或60min（三等），则该时段作废；任一时段的有效卫星数少于4，则该时段作废。

（4）基线向量满足验收标准后，按最小闭合环原则对全网的基线向量进行闭合环搜索，并对闭合环的闭合差进行计算检验。

独立观测边闭合环各坐标分量闭合差应符合下式规定：

式中：

n——闭合环边数；

——标准差，即基线向量弦长中误差（mm），a和b按表5取值。

（5）同一基线不同时段重复观测基线较差应满足：

。

如果观测数据不能满足要求时，应对成果进行全面分析，必要时进行补测或重测。

3.1.6GPS网平差计算

GPS网平差在基线质量检验合格的前提下进行。

先进行三维向量网无约束平差，各项指标合格后再进行约束平差。

（1）三维向量网无约束平差

基线解算各项质量指标均满足要求后，以全网观测时间最长的CPI点的三维空间直角坐标（WGS-84坐标系）作为起算数据，进行全网整体无约束平差。

无约束平差中，基线分量的改正数绝对值应符合下式：

否则，认为该基线或者其附近的基线存在粗差，应予剔除。

平差合格后，提供无约束平差WGS-84坐标系中的空间直角坐标、基线向量及其改正数和精度信息。

（2）二维网约束平差

在三维无约束平差确定的有效观测基础上，以所联测的全部CPI点及部分CPII点为约束点，进行二维网约束平差。

在约束平差之前，首先确认所选取的约束点的稳定性和相对精度是否满足表5的规定。

首先，进行约束点的稳定性检核

根据《高速铁路工程测量规范》第3.1.1条的规定，GPS平面控制网（精测网）设计时，其相邻点的相对中误差（平面X、Y坐标分量中误差）应满足≤10mm（二等）/8mm（三等）的精度要求。

据此，以约束点的实测和原测平面坐标成果为依据，计算其相邻点的相对中误差，检查其稳定性情况。

其次，进行约束点间的边长相对中误差检核

计算时，根据约束点的实测和原测平面坐标成果分别计算相邻点间的边长，从而计算出相邻约束点间的边长相对中误差，检查其是否满足≤1/180000（二等）或≤1/100000（三等）的规定。

若所选取的约束点不能满足要求，则应重新选取或者剔除，并分析原因。

约束点的稳定性和点间边长相对中误差均满足要求后，以所选取约束点的原测平面坐标成果作为约束条件，对施工平面控制网进行二维约束平差，计算平面控制点的工程独立坐标值。

约束平差中，基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值应符合下式要求：

3.1.7精度评定

施工平面控制网平差计算完成后，应对其自身的精度以及能否满足桥梁、隧道施工控制测量的要求等方面进行综合评价。

GPS网自身的精度评定

施工平面控制网平差后的精度指标应满足表5的要求，即：

（1）基线边方向中误差≤1.3″（二等）/1.7″（三等）。

（2）最弱边相对中误差≤1/180000（二等）/1/100000（三等）。

满足隧道施工控制测量要求的评定

根据规范要求，洞外平面控制测量的精度应满足以下要求：

（3）洞口联系边方向中误差≤1.3″（长度≥4km）/1.7″（长度＜4km）。

（4）洞外平面控制测量误差对隧道横向贯通误差的影响值≤40mm（长度≥4km）/30mm（长度＜4km）。

3.2洞内平面控制网外业观测方案

洞内控制网观测必须使用经国家计量部门检定合格并在有效期内的仪器。

观测前，还应参照《规范》（P33）及《仪器使用手册》的有关规定和要求对所使用的仪器进行检查，保证仪器处于合格状态。

（1）观测前还应注意检查棱镜基座（光学对中器及水准管轴）及觇牌（偏心）的状况。

此外，还应对仪器、对讲机、照明设备等进行充电。

（2）观测前应加强隧道内的通风至少半小时，以充分排除洞内烟尘，避免尘雾。

（3）观测时，仪器和棱镜的架设高度宜大于1.3m，反射棱镜有适度照明，并应将目标附近的照明灯关闭，避免视场中强散射光的干扰，尤其是碘钨灯等。

（4）由洞外向洞内引测时，宜在夜间气温较稳定后或者选择气象稳定的阴天进行。

（5）为适应洞内温度和湿度，仪器进洞后必须晾20～30min。

（6）观测过程中应保持仪器和棱镜面无水雾。

（7）当洞内有瓦斯时，必须采取安全可靠的防爆措施。

（8）安置仪器时，应排干桩顶的水，以保证正确对中。

（9）测距时应实测仪器中心附近的温度、气压，并输入全站仪中在测距时实时改正。

（10）观测时转动仪器应平稳、匀速，并按规定方向旋转。

在每半测回中仪器照准部转动方向应始终保持一致，若视线越过目标时，应继续按原方向旋转一周，再重新照准目标。

（11）观测中可采取仪器和棱镜多次对中整平（每次转动仪器基座120°，然后对中整平）的方法，以减弱置镜误差的影响。

（12）为了避免计算出错，观测时每个导线环的前进方向统一按逆时针方向。

3.2.1左右角观测法——适用于观测两个方向的水平角

（1）盘左位置：

精确瞄准后视觇牌A（注意消除视差，前后视以导线前进方向为准），测角、测距；

（2）顺时针方向转动照准部，瞄准前视觇牌B，测角、测距，完成盘左半测回（上半测回）；

（3）盘右位置：

逆时针旋转照准部1～2周，精确瞄准前视觇牌B，测角、测距。

（4）逆时针转动照准部，瞄准后视觇牌A，测角、测距，完成盘右半测回（下半测回）。

至此，完成水平左角一测回的观测；

（5）盘左位置：

大致瞄准后视觇牌A，配置水平度盘（全站仪配置度盘的方法请参照用户手册，也可以不配置），即改变度盘读数

（DJ1）或

（DJ2）。

将前、后视对调一下，按上述方法完成水平右角的观测，即观测顺序为：

（盘左）B→A→（盘右）A→B；

（6）重复以上步骤，完成全部测回。

3.2.2方向观测法——适用于观测三个方向的水平角

（1）

盘左位置：

精确瞄准选定的起始方向A，测角、测距；然后按顺时针方向依次观测B、C。

此为盘左半测回（上半测回）。

（2）盘右位置：

精确瞄准A，测角、测距；然后按逆时针方向依次观测C、B。

此为盘右半测回（下半测回）。

上、下半测回合称为一测回。

（3）盘左位置：

精确瞄准A，配置度盘（方法同前），重复以上步骤完成全部测回的观测。

3.2.3水平角观测超限处理

水平角观测中，各项限差超过上述规定时，应在原测度盘位置上进行重测，并遵守下列规定：

（1）对错度盘、测错方向、读记错误或中途发现观测条件不佳而放弃的测回，重新观测时不计重测数。

（2）2C互差或方向值互差超限时，应重测超限方向，并联测零方向。

（3）半测回归零差超限，应立即重测该半测回。

计重测数为（n－1）个方向测回（即重测一个方向算作一个方向测回，n为包括零方向在内的方向总数）。

（4）测回中重测的方向数超过方向总数的1/3时，该测回应重测，但重测数只计超限方向数。

（5）测站中重测的方向测回数，超过全部方向测回的1/3时，该测站全部成果应重测。

测站全部方向数为（n－1）×m，其中m为基本测回数。

3.2.4平面控制网平差

3.2.4.1平差计算

多边形闭合环的平差计算采用近似平差法——解析法。

（1）当仅形成一个闭合环时，平差方法与普通闭合导线相同，此处略。

（2）当形成两个及以上的闭合环时，采用如下方法平差：

首先计算各闭合环的角度闭合差，列出角度误差方程组，求出联系数，据此求得各导线环内角改正数；然后计算坐标增量闭合差，同理求得各导线边坐标增量改正值；最后计算出各导线点平差坐标。

以三个导线环为例，具体介绍如下图3。

（3）检查、复核外业测量数据。

（4）边长改正计算。

边长对向观测结果分别进行仪器加、乘常数改正，当满足“往返测平距较差≤2mD”时取平均值。

仪器加、乘常数可从仪器检定证书中查得。

注：

图中的箭头方向为导线计算方向

图3导线环平差计算示意图

（5）计算各闭合环的角度闭合差ωβ1、ωβ2、ωβ3。

角度闭合差应≤

（其中：

mβ——设计的测角精度，n——内角个数）。

（6）角度闭合差平差计算

假设导线环各水平角为等精度观测，则环闭合差平均分配到各水平角上，设三个导线环内角改正值分别为

、

、

，导线环边数分别为n1、n2、n3，根据方向平差原理可得到下列条件方程组，方程中本环改正值的系数就是本环的导线边数，相邻环改正值的系数是两个环的公共边数，并取负号。

解方程组得：

、

、

分配角度改正值时，公共边两端的内角应考虑相邻环的影响，其角度改正值＝本环内角改正值－相邻环内角改正值的一半，而其余内角的改正值就是本环的改正值，即：

环Ⅰ中：

环Ⅱ中：

，

环Ⅲ中：

（3）坐标增量闭合差平差

根据角度闭合差平差结果，从第一个环的已知边开始按逆时针方向依次计算各导线边的方位角：

；

从第一个环的已知点开始，按逆时针方向依次计算各导线边的坐标增量及各环的坐标增量闭合差。

假设导线环X、Y方向坐标增量闭合差及其改正值分别为

（

）、

（

），

（

）、

（

），

（

）、

（

），按照上述角度闭合差改正的方法列、解方程组。

同理，分配坐标增量闭合差改正值时，公共边坐标增量改正值应考虑相邻环的影响，其改正值＝本环的改正值－相邻环的改正值，而其余各边的改正值就是本环的改正值。

（4）导线点平差坐标计算

3.2.5控制网精度评定

（5）实际测角中误差

其中：

N——导线环个数，n——各个导线环内角个数

（6）测距精度

往返平均值中误差：

（其中d——往返测平距较差，n——较差个数）

每条导线边的相对中误差：

（其中D——测距边平距）

（7）

3.3高程控制网外业观测方案

3.3.1水准观测的技术要求

施工高程控制网测量的仪器拟采用LeicaDNA03电子水准仪，水准观测的主要技术要求如表6所示，各测站的限差如表7所示，水准测量数据取位如表8所示。

表6水准观测主要技术要求（m）

等级

水准仪

最低型号

水准尺

类型

视距

前后

视距差

测段的前后

视距累积差

视线高度

重复测量

次数

二等

DS1

因瓦

≥3且≤50

≤1.5

≤6.0

≥0.55且≤2.8

≥2次

表7水准观测的测站限差（mm）

项目

等级

两次读数

所测高差的差

检测间歇点

高差之差

上下丝读数平均值

与中丝读数之差

二等

0.7

1

3

表8水准测量数据取位要求

等级

往（返）测

距离总和

往（返）测

距离中数

各测站

高差

往（返）测

高差总和

往（返）测

高差中数

高程

二等

0.01km

0.1km

0.01mm

0.01mm

0.1mm

0.1mm

3.3.2观测方式

（1）水准测量全部采用单路线往返观测，往返观测使用同一类型的仪器和转点尺承沿同一道路进行。

（2）水准路线跨越江河、深沟等时，参照现行《铁路工程测量规范》以及《国家一、二等水准测量规范》中有关“跨河水准测量”的规定执行。

3.3.3观测的时间和气象条件

水准观测应在标尺分划线成像清晰而稳定时进行，下列情况下不应进行观测：

（1）日出后与日落前30min内；

（2）太阳中天前后各约2h内；

（3）标尺分划线的影像跳动剧烈时；

（4）气温突变时；

（5）风力过大而使标尺与仪器不能稳定时。

3.3.4测站设置

（1）根据路线土质情况选用尺桩（质量不轻于1.5kg、长度不短于0.2m）或尺台（质量不轻于5kg）作转点尺承，并辅以专门的尺撑，以保证标尺稳定、铅直。

（2）测站视线长度、前后视距差、视线高度等按表6规定执行，测站限差按表7规定执行。

以上限差均直接输入到数字水准仪中，由仪器自动实时检查，发现超限立即调整、补测或重测。

3.3.5测站观测顺序和方法

（1）每一测站的观测顺序如下：

奇数站为“后－前－前－后”，偶数站为“前－后－后－前”。

（2）一个测站的具体操作程序如下（以奇数站为例）：

①整平仪器；

②望远镜对准后视标尺，用垂直丝照准条码中央，精确调焦至条码影像清晰，测量并记录；

③旋转望远镜照准前视标尺条码中央，精确调焦至条码影像清晰，测量并记录；

④重新照准前视标尺，测量并记录；

⑤旋转望远镜照准后视标尺条码中央，精确调焦至条码影像清晰，测量并记录。

⑥显示测站成果，测站检核合格后迁站。

3.3.6观测中应遵守的事项

（1）观测前，将仪器置于露天阴影下30min，并在使用前进行预热，预热不少于20次单次测量。

（2）每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数。

由往测转向返测时，两支标尺应互换位置，并应重新整置仪器。

（3）在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，应使其中的两脚与水准路线的方向基本平行，而第三脚则依次轮换置于路线方向的左侧与右侧。

（4）除路线转弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置应接近一条直线。

（5）水准测量作业期间，每天开测前进行i角测定，保证i角绝对值在作业过程中均不超过15″。

此外，应定期检校标尺上的气泡。

（6）避免视线被遮挡，遮挡不应超过标尺在望远镜中截长的20%