隧道测量作业指导书.docx
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隧道测量作业指导书
目录
前言
1、目的3
2、编写依据3
3、适用范围3
4、测量依据3
5、施工控制测量工艺流程图4
第一章洞外控制测量作业指导
1、洞外平面GPS控制作业5
1.1加密控制桩的布设5
2、外业观测7
2.1GPS观测的主要技术7
2.2天线高的量取7
2.3外业记录7
2.4GPS数据处理7
3、控制网测量精度指标要求8
4、导线法进行线路测量观测的主要技术8
5、施工加密导线测量作业的基本要求9
6、导线测量数据处理11
7、洞外高程控制测量11
7.1二等水准测量精度要求11
7.2二等水准测量的技术标准12
7.3二等水准观测主要技术要求12
8、数据处理13
9、精度质量保证措施13
第二章洞内控制测量作业指导
1、隧道内桩位埋设要求15
2、进洞方向控制15
3、洞内中线测量15
4、洞内平面控制测量16
5、加密控制网测量精度16
5.1施工平面控制网加密精度估算16
6、洞内高程控制测量22
6.1二等水准测量精度要求22
6.2二等水准测量的技术标准22
6.3二等水准观测主要技术要求22
7、断面测量23
8、贯通竣工测量23
9、测量保证措施24
第三章隧道监控测量作业指导
1、目的26
2、适用范围26
3、编写依据26
4、隧道洞内、外观察27
5、隧道围岩及二衬变形量测27
6、现场量测要求27
7、量测断面间距、测点布置28
8、量测频率28
9、施工监测29
9.1周边水平位移量测29
9.2拱顶下沉量测29
9.3地表下沉量测29
9.4沉降缝两侧及洞口段与路基过渡段量测30
10、量测数据整理、分析与反馈30
11、控制点的保护措施30
第四章控制测量成果
1、CPI坐标成果31
2、CPII坐标成果32
3、二等水准成果34
前言
1、目的
为了更好的完成测量工作，保证控制测量和施工测量准确无误，加快施工进度，使本项目部的测量工作规范化，制度化，更好地为施工生产服务，同时为了局工程指挥部实现“全面工作争第一”的工作理念，特编写本指导书。
2、编写依据
《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》铁建设〔2006〕189号
《京沪高速铁路测量暂行规定》（铁建设【2003】13号）
《新建铁路工程测量规范》（TB10101—99）
《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054）
《全球定位系统（GPS）测量规程》（GB/T18314—2001）
《国家一、二等水准测量规范》（GB12897—91）
《国家三角测量规范》（GB1546—2003）
本工程的技术标准要求以及隧道总平面图、洞口布置图
贵广铁路工程指挥部相关规定
3、适用范围
序号
隧道名称
中心里程桩号
起点桩号
止点桩号
全长（m）
1
坪山隧道
DK465+312.5
DK462+160
DK468+465
6305
2
大源隧道
DK471+330
DK471+107
DK471+553
446
3
幸福源隧道
DK475+802
DK475+625
DK475+979
354
4
天堂岭隧道
DK477+405
DK477+020
DK477+790
770
5
宝峰山隧道
DK484+979
DK478+140
DK491+818
13678
6
恭城隧道
DK503+725
DK502+924
DK504+521
1602
7
凤凰山隧道
DK506+145
DK505+670
DK506+620
950
8
东科山隧道
DK517+032.5
DK513+188
DK520+877
7689
9
上望坪隧道
DK522+502
DK522+111
DK522+292
181
10
上龙围隧道
DK522+767
DK522+571
DK522+963
392
4、测量依据
《京沪高速铁路测量暂行规定》（铁建设［2003］13号）
《新建铁路工程测量规范》（TB10101-99）
《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054-97）
设计提供的GPS平面控制桩表、水准基点表。
本工程的技术标准要求以及隧道总平面图、洞口布置图。
测量仪器设备情况：
仪器精度、性能状况。
5、施工控制测量工艺流程图
第一章洞外控制测量作业指导
1、洞外平面GPS控制作业
1.1加密控制桩的布设
按照规范要求，在标段范围内，线路加密控制桩的观测采用双频GPS接收机按D标准或者四等导线进行加密；一般隧道采用双频GPS接收机按C标准进行加密，特大、长隧道建立独立控制网，采用双频GPS接收机按B级标准进行加密。
为保证观测值成果精度及质量可靠性,加密选点及布网需要遵循以下几点：
加密点尽量选在交通方便地方,边长大于300m～350m。
②加密点应尽量设在视野开阔地带,同时站点周围视场角应不低于15°。
③隧道加密洞口控制点应进行同步观测,同步观测的卫星颗数>4,越多越好且PDOP<6。
④加密点避开强反射地面如水域、平滑地面及强反射环境（斜面山坡、漏斗形谷地等）以减少多路径影响,应避开高压输电、变电及大功率发射台如电视转播、通讯基站等强电磁设施以防止信号干扰。
⑤为减少垂线偏差对方位传递的影响（GPS为法线系统,而常规仪器为垂线系统）,各洞口的进洞方向点位应尽量在同一高程面上。
⑥为使隧道控制系统与线路设计关系完好吻合且坐标便于统一,直线隧道或曲线隧道切线上宜布设2个GPS控制点。
加密点埋设采用不锈钢芯桩，顶端打磨成半园弧并刻十字线。
加密点的埋设见下图：
观测时严格执行《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》和《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》中施测B级网、C级网、D级网的规定，采用静态定位技术，隧道独立控制网采用三角形或大地四边形组成的带状网，确保该网的高精度和高可靠性。
2、外业观测
2.1GPS观测的主要技术
---同步观测健康卫星数≥5；
---几何图形强度因子PDOP≤6；
---卫星截止高度角：
15°；
---观测时段长度：
CPⅠ≥90分钟，CPⅡ≥60分钟；
---CPⅠ网平均重复设站次数≥2.0；
---CPⅡ网平均重复设站次数≥1.0
---历元采样间隔：
15秒；
---天线对中精度：
脚架≤2mm；
2.2天线高的量取
天线高量取的正确与否，直接影响到点位坐标的精度。
因该类型仪器只有一个天线高量测标志，观测时要求在测前、测后量测两次，取均值作为天线高，以保证天线高读数的准确无误。
2.3外业记录
外业记录包括：
点名、点号、观测日期、观测时间段、数据文件名、天线高等。
2.4GPS数据处理
GPS复测的基线解算，采用广州中海达公司随机提供的处理软件。
基线解算工作一般于观测当天晚上，传输完数据后随即完成。
处理方法为同时段批处理，其基线质量因子满足软件的规定。
所有的外业成果验算合格后，把这些基线向量提供内业平差计算。
采用WGS-84坐标系，中央子午线为110度45分，高斯投影。
起始海平面230m。
该软件具有功能全面，整体性好，解算容量大，运算速度快，操作简明，使用方便等特点。
3、控制网测量精度指标要求
各级GPS网相邻点间弦长精度用下式表示：
式中：
σ——中误差（mm）；
d——相邻点间距离（km）
所有同步环、异步环，差值均以应满足下列规定：
（1）各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差均应符合下式的规定：
；
；
；
式中：
W为环闭合差，
，n为独立环中的边数；
（2）同步环的坐标分量闭合差和全长闭合差均应符合下式的规定：
；
；
；
式中：
W为环闭合差，
，n为同步环中的边数；
（3）基线的长度较差应不超过
。
4、导线法进行线路测量观测的主要技术
导线起闭于CPI，并联测CPII控制点，按四等导线精度施测，采用标称精度不低于2″、测距精度不低于2mm+2ppm的全站仪进行施测。
觇标采用仪器配套棱镜和觇牌组合，光学对中器对中，对中误差小于1mm。
水平角和距离观测应在大气稳定和成像清晰的气象条件下进行观测，视线超越的高度及旁离障碍物的距离均不宜小于1.5m。
用于气象改正的温度、气压数据，在每测站测定一次，并在观测手簿上作好记录。
气象观测时待气压计、温度计与周围环境一致后测记气象数据，气压计、温度计避免受日光曝晒和辐射。
测距边气象改正、加常数改正通过全站仪设置来自动进行，输入数据后要认真复核。
导线边长测量，读数至1毫米。
距离和竖直角往返各观测2测回，外业采用竖直角计算平距。
各项限差应满足下表的要求。
导线测量水平角观测应符合下表的要求
控制网等级
仪器等级
测回数
半测回归零差
2C较差
同一方向各测回间较差
加密点
DJ1
4
6″
9″
6″
DJ2
6
8″
13″
9″
竖直角和距离观测应符合下表的要求
仪器精度等级
测距中误差（mm）
同一测回各次读数互差（mm）
测回间读数较差（mm）
竖直角指标差较差
竖直角测回间较差
往返测平距较差
I
<5
5
7
10″
10″
≤2mD
注：
mD=（a+b×D），为仪器标称精度。
式中：
a——仪器标称精度中的固定误差（mm）
b——比例误差系数（mm/km）
D——测距边长度（km）
5、施工加密导线测量作业的基本要求
a.导线测量应起闭于CPII控制点。
按四等导线精度，采用标称精度不低于2〞﹑测距精度不低于2mm+2ppm的全站仪进行施测。
b.觇标采用仪器配套棱镜和觇标组合，光学对中器对中，对中误差小于1mm。
水平角和距离观测应在大气稳定和成像清晰的气象条件下进行观测，视线超越的高度及旁离障碍物的距离均不宜小于1.5m。
c.用于气象改正的温度、气压数据，在每一测站测定一次，并在观测手簿上做好记录。
气压计、温度计与周围环境一致，避免日光暴晒和辐射。
测距边气象改正、加常数改正通过全站仪设置自动进行，输入数据应认真核对。
导线边长测量，读数至0.1毫米。
距离和竖直角往返各观测3测回（测距的一个测回指照准一次读若干数，读数一般为四次。
），竖角指标差≤15″，外业采用竖直角计算平距。
各项限差应满足表5的要求。
导线测量水平角观测应满足表6的技术要求。
d.导线测量数据使用导线测量记录手簿记录。
e.当导线平均边长较短时，应控制导线边数，但不得超过表3的导线长度和平均边长算得的边数。
距离和竖直角观测限差表4
仪器精度
等级
测距中误差（mm）
同一测回各次读数互差（mm）
测回间读
数较差（mm）
竖直角指标差较差
竖直角测回间较差
往返测平距
较差
Ⅰ
<5
5
7
10″
10″
2mD
注：
mD=（a+b×D），为仪器标称精度。
式中：
a——仪器标称精度中的固定误差（mm）
b——比例误差系数（mm/km）
D——测距边长度（km）
导线测量水平角观测应符合下表的要求
仪器等级
测回数
半测回归零差
2C较差
同一方向
各测回间较差
DJ1
4
6″
9″
6″
DJ2
6
8″
13″
9″
6、导线测量数据处理
a起算数据为CPII控制点，导线应在方位角闭合差及导线全长闭合差满足要求后，用专业平差软件（南方平差易、武汉大学科傻平差软件）平差。
b控制点的点位中误差应满足mx、my≤±15mm,导线点坐标成果保留到0.1mm。
7、洞外高程控制测量
采用美国天宝DINI电子水准仪按二等水准测量精度进行高程控制点的引测。
7.1二等水准测量精度要求单位：
mm
水准测量
等级
每千米水准测量偶然中误差M△
限差
往返测
不符值
附合路线或
环线闭合差
左右路线
高差不符值
二等
≤1.0
4
4
——
注：
表中L为往返测程，附合或环线的水准路线长度，单位为km。
7.2二等水准测量的技术标准
等级
每千米高差全中误差（mm）
路线长度（km）
水准仪等级
水准尺
观测次数
往返较差
或闭合差
（mm）
与已知点
联测
附合或环线
二等水准
2
≤400
DS1
铟瓦
往返
往返
4
注：
表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。
7.3二等水准观测主要技术要求
等级
水准尺
类型
水准仪
等级
视距
（m）
前后视距差（m）
测段的前后视距累积差（m）
视线高度（m）
精密水准
铟瓦
DS05
≤65
≤2.0
≤4.0
下丝读数
≥0.3
DS1
≤60
读数和记录取位：
采用DS05或DS1级仪器时，应读记至0.05mm或0.1mm；采用数字水准仪时，应读记至0.01mm；采用区格式木尺应读记至1mm。
二等水准测量计算取位规定见下表：
等级
往（返）测距离总和（km）
往（返）测距离中数（km）
各测站高差（mm）
往（返）测高差总和（mm）
往（返）测高差中数（mm）
高程
（mm）
二等、
精密水准
0.01
0.1
0.01
0.01
0.1
0.1
8、数据处理
1）水准点间满足限差要求的情况下，以联测的深埋水准点为起算点，用专业平差软件（武汉大学科傻平差软件）进行严密平差计算。
2）水准测量野外作业结束后，每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶然中误差MΔ，MΔ≤±1.0mm。
MΔ应按下列公式计算：
式中：
△——测段往返高差不符值（mm）；
L——测段长（km）；
9、精度质量保证措施
（1）测量时严格执行第5条所述技术依据。
控制点加密前确定仪器阶段在有效检定期内。
（2）选择观测时间，避开中午炎热时段。
（3）二等水准测量应进行测段往返观测，观测顺序为：
往测：
奇数站为后—前—前—后，偶数站为前—后—后—前
返测：
奇数站为前—后—后—前，偶数站为后—前—前—后
（4）测量时应保证前后视距尽可能相等，前后视距差不符值应满足规范要求。
（5）用撑竿辅助安置水准尺，确保水准尺在观测时处于竖直状态。
（6）水准测量时，将尺垫安放在坚实的地方，防止尺垫下沉。
第二章洞内控制测量作业指导
1、隧道内桩位埋设要求
各种桩位、基点的埋设应严格按《京沪高速铁路测量暂行规定》（铁建设［2003］13号）附录中的要求进行，并加强桩点的保护工作，避免破坏现象。
2、进洞方向控制
对本隧道的测量工作实行控制测量成果的基础上结合GPS卫星定位系统进行控制测量，项目分部测量组再在此基础上进行施工控制测量，施工队在项目分部测量点上进行施工过程控制测量，项目分部每两天进行复核检查一次。
做到层层控制把关，从而防止差错，保证测量精度符合规范要求。
3、洞内中线测量
洞内中线采用徕卡TCR702全站仪正倒镜分中法定设，测角中误差
在±5″之内，测距中误差控制在2mm内，当掘进至200m时，使用徕卡全站仪观测6测回，距离对向观测4测回，形成洞内施工导线，其测角中误差应小于1″，距离往返测较差小于3mm。
导线测量水平角观测应符合下表的要求
控制网等级
仪器等级
测回数
半测回归零差
2C较差
同一方向各测回间较差
加密点
DJ1
4
6″
9″
6″
DJ2
6
8″
13″
9″
竖直角和距离观测应符合下表的要求
仪器精度等级
测距中误差（mm）
同一测回各次读数互差（mm）
测回间读数较差（mm）
竖直角指标差较差
竖直角测回间较差
往返测平距较差
I
<5
5
7
10″
10″
≤2mD
注：
mD=（a+b×D），为仪器标称精度。
式中：
a——仪器标称精度中的固定误差（mm）
b——比例误差系数（mm/km）
D——测距边长度（km）
在每一次延伸施工导线测量前，对已有的施工导线前三个点必须进行检测，检测结果在《测规》允许范围内时再向前引测。
4、洞内平面控制测量
当隧道掘进至一定距离时，选择稳固的施工导线点组成洞内控制导线，其平均边长控制在400m左右。
当开挖至1.5～2Km时，布设闭合导线环，测量中严格按《测规》和本工程的技术标准要求作业，水平角观测6测回，其中奇测回观测左角，偶测回观测右角，左右角平均值之和与360°较差控制在2″之内，边长往返各测四测回，并进行仪器加、乘常数、倾斜改正。
5、加密控制网测量精度
5.1施工平面控制网加密精度估算
5.1.1导线测量线路加密控制网测量精度指标要求
按导线测量方法，计算最弱点的横向中误差公式为：
以导线平均边长200m，导线长S=800m计算：
采用四等导线进行加密，测角中误差2.5〞则mk=2.2mm对于加密导线测量网来说，应进行多段落的整体严密平差（一个CPI点对构成一个段落）；不可按单一附合导线计算平差；导线点坐标成果保留到0.1mm。
5.1.2测量线路加密控制网测量精度指标要求
按D级GPS测量方法加密，边长以300m计算施工加密网相邻两点的相对中误差：
纵向中误差：
300000×1/60000=5mm
横向中误差：
300000×2″/206265=3mm
5.1.3隧道控制误差分配及其精度计算要求
隧道控制网横向和高程贯通精度要求
隧道贯通误差取2倍中误差为测量限差,设隧道总的横向贯通限差为△q,则贯通中误差的限差
（1）
在没有横洞（斜井、竖井）等辅助井开挖仅有两开挖洞口相向施工时,将隧道地面控制测量、地下两相向开挖的洞内施工导线各作为1个独立因素;而在增加有1个斜井或竖井施工时则亦增加1个独立因素,将各独立因素按等精度影响考虑计算其总的误差影响,据此理论则有地面控制测量误差所引起的横向贯通中误差为
（2）
注:
仅有相向开挖两洞口施工时,mq通常称之为影响值。
当存在一个竖井（或斜井）时,影响值mq=Mq/4;当存在n个竖井（或斜井）时,影响值
（3）
每增加一个斜井或竖井进入正洞施工就会增加一地下贯通面,因要分配给每个贯通面误差裕量导致地面控制测量的精度要求提高。
对于隧道建有平导且通过平导每隔300～400m经由横向坑道进入正洞开挖,通过此方式进行的贯通面有n个,结合式
（2）
（4）
结合式（3）
（5）
5.1.4隧道控制横向贯通误差的估算
5.1.5导线控制网方式横向贯通精度估算
根据导线测量特点,其观测量分别为边长和角度,观测精度以边长相对中误差msi/Si及测角中误差mβ分别表示其观测精度,应用误差传播定律,得到单导线测量误差引起的横向贯通影响值的估算公式为
（6）
因为实际地面导线网环均为双导线闭合环,故式（6）估算的影响值为近似且偏大,偏于安全。
贴近实际情况双导线闭合环测量误差引起的横向贯通影响值的估算公式为
mq
（7）
式（6）,（7）中:
mβ,s;ρ=206265s;dy为第i条边在贯通面上的投影长,m;Ry为不包括导线环起、终点的各i点向贯通面方向作的垂线长度,m。
1）据式（6）或（7）计算出地面导线网对横向贯通影响值mq外。
2）
（8）
根据式（8）计算出洞内测量误差对横向贯通误差影响值mq内值。
3）结合隧道内布网特点及所用仪器标称测距精度、隧道施工情况,先设定洞内测距相对精度,长大隧道洞外及洞内可设ms/S=1/50000～1/100000,隧道形状确定后,一般dyi、Ry亦随之可确定并计算获得,（对于近似直线延伸布设的洞内导线闭合环网,式（6）、（7）dyi近似为零,则式（6）、（7）中主要为根式内的第二项数值计算）,这样在已知了ms/S,Σdyi、ΣRyi后,将其值代入式（6）、（7）中即可反求出洞内所需的mβ测角精度值。
4）依据mβ求算值以及ms/S设计值,结合测量规范确定洞内导线网的施测等级、测角等级及测距精度标准。
若得出测距、测角精度太高难以施测,则需重新设计网形结构和导线边长并按照以上顺序重新计算各要素,直至既满足洞内贯通误差的精度要求,测角和测距精度及导线边长又较易于按要求顺利实施。
5.1.6GPS控制网方式估算横向贯通精度估算
图4 直线隧道GPS控制网的常用布网方案
GPS隧道网产生贯通误差的原因,并根据如图4所示的典型GPS隧道控制网形,可以认为洞外控制测量所产生的贯通误差,具体是由进、出洞控制点C和D的点位误差、进洞后视定向点A和E的点位误差、进洞后视定向边CA和DE的边长及方位角误差引起的。
设贯通面P与Y轴平行,点A、E为后视定向点,点B、F为检验点,后视定向边CA和DE的边长及方位角值分别为SCA、SDE和αCA、αDE,又设点位误差、边长误差和方位角误差对横向贯通中误差的影响值分别为M2P点、M2P边、M2P方,则有洞外GPS控制测量误差对横向贯通精度的影响值为:
M2YP=M2P点+M2P边+M2P方
（1）
（1）式中点位误差的影响值为:
M2P点=M2C+M2D
（2）
（2）式中MC、MD为控制点C、D的点位中误差,即进、出口处洞口控制点的点位误差,直接影响贯通面处的横向贯通中误差。
（1）式中边长误差的影响值按下式计算:
（3）
式中MSCA/SCA、MSDE/SDE表示定向边CA、DE的边长相对中误差,SYCA、SYDE为定向边CA、DE在贯通面上的投影长度。
后视定向点的点位误差,首先引起定向边的方位角误差,进而通过进洞联系测量产生贯通误差,因此该项误差可以和定向边的方位角误差所引起的横向贯通误差一起考虑,则有:
（4）
式中MαCA、MαDE为定向边CA、DE方位角中误差,MA、ME为后视点A、E的点位中误差,SCP、SDP为控制点C、D到贯通面P的垂直距离。
把
（2）、（3）和（4）式中的M2P点、M2P边、M2P方代入
（1）式,即可计算出GPS网测量误差所引起的横向贯通中误差的大小。
上面贯通误差的计算公式,是最不利情况下的GPS隧道洞外控制网的横向贯通中误差,因此能确保实际的横向贯通误差小于按上述方法估算的横向贯通误差。
6、洞内高程控制测量
洞内高程采用水准测量方法，固定水准点每200m~400m设置一个，设在不易破坏和沉降的地方，采用天宝DINI电子水准仪配铟钢尺进行往返观测，其闭合差小于4
mm（L为水准线路长度,单位为km.）。
洞内高程应定期检测，引测新的高程点时，必须对已知的起算高程点进行检测，检测成果合格，满足规范精度要求时才能向前引测。
采用美国天宝DI
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