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
隧道洞内控制测量方案
编制：
复核：
审批：
中铁十九局
控制测量方案
1.1测量设计依据及参考资料
（1）《新建铁路工程测量规范》（TB10101-99）
（2）《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）
1.2控制网网形及等级
平面控制网采用多边形闭合导线环（如图1），控制网等级见表1。
图1多边形导线环示意图
表1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
跃龙门隧道
三
1.8″
1／20000
1″
4
往返各4
2″
6
柿子园隧道
四
2.5″
1″
2
往返各2
2″
4
高程控制网采用四等水准测量（往返观测法），精度为：
每公里的偶然中误差≤5.0mm。
仪器采用DS3水准仪＋区格式水准尺。
2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。
3外业观测
3.1准备工作及基本要求
（1）测量仪器和工具的检查。
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。
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（如图2）。
3.2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
。
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。
3.3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。
3.4高程测量
洞内高程控制测量使用DNA03
3.5观测限差及数值取位
（1）导线观测限差
表2水平角观测限差
仪器型号
水平角观测限差（″）
测距限差（mm）
半测回归零差
各测回同方向两倍视轴差（2C）互差
各测回同方向互差
圆周角闭合差
同测回各次读数互差
测回间读数较差
往返平距较差
DJ1
6
9
6
3.6
5
7
2mD
DJ2
8
13
10
（2）水准测量观测限差
表3水准测量观测限差（m）
等级
最大视线长度
前后
视距差
前后视距累积差
视线高度
黑红面
读数差
往返测
不符值
四
100
3.0
10.0
三丝能读数
3.0mm
（3）测量成果数值取位
表4数值取位
项目
平面
高程
角值（″）
边长及坐标（mm）
手簿
0.1
0.1
1.0
计算
0.1
0.1
0.1
成果
0.1
0.1
1.0
3.6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。
4平面控制网平差
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。
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。
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。
（1）检查、复核外业测量数据。
（2）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2导线环平差计算示意图
（3）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）。
（4）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：
（5）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。
（6）导线点平差坐标计算
4.2控制网精度评定
（1）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
（2）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）
5控制网复核规定
（1）控制测量由各隧道技术组负责组织施测并计算，由工点负责人复核后报项目部工程部；项目部工程部组织对控制网进行复核测量，并将复核情况报公司工程部；公司工程部根据情况组织复核。
（2）每次往前延伸导线时，应通过同精度测角、测边检测原有导线最前端相邻三个点的点位。
如果边、角的差值均在精度允许范围内，则可认为原导线点可信，可以进行延伸测量。
否则，应沿着原有导线依次倒退检测，直至合格为止。
如果检测结果虽未超过限差，但其差值已经大于较差的中误差而接近限差时，亦应依次倒退多检测几个角和几条边，以判明原有成果的可靠性。
检测时测角精度的评定：
可按各测站两次测角结果的差值来评定；按左、右角观测时，按各测站左、右角平均值的差值评定，计算式如下：
（其中n为测站数）
测边精度的评定：
测边结果取往返对向观测的平均值，注意全站仪测量结果中应加入气压、温度、仪器常数改正后再取平均值。
精度评定时按往返对向观测值较差来评定，计算式如下：
（其中n为测边数）
检测时边、角差值的限差按下式计算：
（3）每次使用水准点进行放样或往前延伸高程控制点时，应复核最近一对水准间的高差，差值满足限差（2倍中误差）要求时才能使用，否则应倒退一对水准点，直至满足要求为止。
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