隧道施工教案doc.docx
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隧道施工教案doc
学习情境
授课时间
授课教师
授课时数
教学内容
知识目标
技能目标
教学重点
和难点
导入新课
巩固复习
布置作业
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兰州资源环境职业技术学院教师授课教案
学习情境一：
隧道工程施工测
任务名称任务三：
施工测量
量
年月日第周
授课班级
8学时授课方法学训
1.根据初拟方案，进行现场踏勘，根据不同地形特点和实际情况，进行控制网的布设，选点埋点；
2.隧道地面平面控制测量；
3.隧道地面高程控制测量；
4.布设统一的地面测量控制网。
1.认识导线的布设形式，测量点位选择的基本要求，导线测量的基本方法以及内业数据处理；
2.应用GPS定位技术建立隧道地面测量控制网，布设GPS控制网作为隧道
工程首级控制网；
3.学习水准测量，掌握测量规范；
4.确定出隧道地面控制网。
1.现场踏勘之后，能够；能够独立的对现场进行选点埋点；
2.根据需要收集与隧道相关的已有的测量资料；
3.布设GPS线路首级平面控制网，掌握导线测量、水准测量；
1.GPS控制网的建立，导线网的布设；
2.技术设计的依据及原则；
3.技术设计书的编写。
1.相关项目技术设计书范文；
1.技术设计基本原则；
2.技术设计书编写内容；
根据设计书的技术要求确定出隧道地面控制网
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教学效果
分析
教学步骤、教学内容和教学方法备注
【参考资料】
技术设计书编写原则规范、相似隧道施工测量设计书实例等。
【工程资料分析】
新安岭隧道左线水平长度为758米，纵坡为2.5%。
设计采用钻爆法施工隧道。
进洞（联系）测量是将地面测量数据传递到隧道内，以便指导隧洞道施工。
具体方法是将施工控制点通过布设趋近导线和趋近水准路线，
建立近口点，再通过近口点把平面和高程控制点引入隧道内，为隧道开挖提供井下平面和高程依据。
在隧道开挖的过程中，隧道施工控制导线测量要紧跟其后，进行导线点的布设，在对其洞内开挖位置及其附近地段施工放样。
并且同时在不同的开挖洞内进行各种测量工作及隧道贯通测量，确
一、
定并给出隧道在空间的位置和方向和检验其正确性。
隧道竣工后，检查重
咨要结构物及路线位置是否符合设计要求，并测绘竣工图，应进行竣工测量。
竣工测量包括隧道净空断面测量、永久中线点及水准点的测设。
询
【任务内容及要求】
1．收集所需图纸资料和测区已有的测量控制点资料，现场踏勘。
选点
埋点，进行控制网的布设。
2．隧道地面平面控制测量，首先建立GPS首级平面控制网，在进行导
线测量，对其GPS控制进行加密。
3．隧道地面高程控制测量，采用水准测量和光电三角高程测量。
其任
务是：
一是建立沿线高程控制点，二是测定导线点及中桩的高程。
4．确定测出满足要求的隧道地面控制网。
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【相关知识】
一、进洞关系数据的计算
隧道贯通误差的大小，除与洞外、洞内控制测量的精度密切相关外，与隧道路线中线的测定精度也有密切关系。
由于隧道横向贯通限差只有几十毫米，路线中线测量的精度一般不能满足隧道横向贯通的精度要求。
无论直线隧道，还是曲线隧道，应先选定洞口控制点、切线控制点及曲线交
点等作为路线标准控制点标定在地面上，再与地面控制网进行联测。
这样，隧道路线中线就与洞外、洞内控制测量取得了精密的关系。
根据这些关系，即可进行路线中线的计算，并按设计的中线在洞内放样以至贯通。
路线进洞关系数据的计算，是指根据地面控制测量中所得到的洞口控制点的坐标及与之相联系的控制点的坐标和方向，以计算进洞的数据，用作指导隧道的开挖方向。
1.直线进洞关系数据的计算
直线隧道通常在洞口设置两个控制点，如图8-1所示，A、B、C、D为
路线测量时设置的四个转点，A、D作为两洞口标准控制点。
在地面控制布
网时，将四点纳入网中。
在得到四点的精密坐标值之后，即可反算AB、CD
和AD的坐标方位角及直线长度。
AD与AB坐标方位角之差即为1之值；
DA与DC坐标方位角之差即为2值，于是B点对于AD的垂距BB、C点对
于AD的垂距CC可计算出：
BBABsinCCCDsin
1
（8-1）
2
图8-1直线隧道控制点的移桩
为了放样B点，可将经纬仪置于B点，后视A点，逆时针拨角
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（
90
1），按视线方向量出
BB
长度取得
B
点位。
同法可故样
C
点。
此时
B
、C
即在朋直线上，
B、C
即可作为方向桩使用。
以上
B、C
方向桩的放样，通常称为隧道控制点的移桩。
路线进洞时，将经纬仪置于
A点（D点），瞄准B点（C点），得进洞的方向。
为了避免仪器轴系误差的
影响，通常采用正倒镜分中定向的方法。
洞内路线中线各点的坐标应根据
标淮控制点
A、D的坐标计算，而不能使用
B、C
点计算。
当洞口仅设置一个控制点时，亦如图
8-1
中A点和
D点，这两点为标
推控制点。
这时，只要将
A、D纳入地面控制网中，取得
A、D两点的精密
坐标值，即可反算出
AD方向的坐标方位角。
AK、DG的坐标方位角亦可通
过坐标反算求得，
KAD和
GDA也就可以算出。
进洞时将经纬仪置于
A、D点，即可后视K、G点拨角得到进洞方向。
2．曲线进洞关系数据的计算
曲线进洞是先计算洞口中线插点的故样数据，放样出该点，然后计安由该点进洞的数据，放样出该点的切线方向。
1）圆曲线进洞
如图8-2所示，设M、N、P、Q为曲线两切线上的转点，是作为标准校
制点的，已纳入地面控制网，精密坐标已知，设为（xM，yM），（xN，yN），
（xP，yP），（xQ，
yQ），曲线转角
可按下式求得：
MN
arctanyN
yM
xN
xM
PQ
arctanyQ
yP
（8-2）
xQ
xP
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图8-2圆曲线进洞测量
右PQMN
（8-3）
左MNPQ
交点JD的坐标可按下式计算：
NP
arctanyP
yN
（8-4）
xP
xN
右1
NP
MN
左1
MN
NP
（8-5）
右2QPPN
（8-6）
左
PN
QP
式中
QP
PQ
180
PN
NP
180
又
NP
xP
xN
yP
yN
cos
sin
NP
NP
NP
（xP
xN）2
（yP
yN）2
（8-7）
或者
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aNPsinsin
bNPsinsin
2
1
（8-8）
1
2
xJD
xN
acos
所以
yJD
yN
asin
MN
（8-9）
MN
或者
xJDxPacos
yJDyPasin
圆心O的坐标为
QP
（8-10）
QP
xOxJD（RE）cos
yOyJD（RE）sin
式中R——圆曲线的半径；
JD
（8-11）
JD
E——曲线外矢距；
JD——交点至圆心（外矢距方向）的坐标方位角，按下式计算:
JD右MN
JD左MN
180
1
（180
）
2
180
1
（180
）
2
（8-12）
（8-13）
经过上述计算后，已将曲线上的几个主要点纳入了地面控制网的坐标
系，据此可计算洞口曲线中线插点A的坐标。
曲线中线点A一般应选在距洞口位置数米至数十米的地方，必须与地面其他控制点能够通视，且便于向洞内引测中线。
该点的中线里程应为整桩号。
为了放样A点，先应计算A点坐标。
由图可知：
右转BOMN90（8-14）
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左转
BO
MN
90
右转
OA
BO
180
（
左转
OA
BO
180
（
（8-15）
0
A）
（8-16）
0
A）
（8-17）
式中
0——缓和曲线角；
A——A点至HY一段圆弧所对圆心角，按下式计算:
lA
lHY180
A
（8-18）
R
式中
lA、lHY——A点及HY点的里程桩号。
A点坐标：
xAxoRcos
yAyoRsin
OA
（8-19）
OA
A点坐标求得后，即可以极坐标法放样A点。
下面计算A点的放样数据和s：
NA
arctanyA
yN
xA
xN
NA
NM
xA
xN
yA
yN
（8-20）
s
sin
cos
NA
NA
s（xA
xN）2
（yA
yN）2
放样时将经纬仪置于
N点上，后视
M点拨
角，然后沿视线方向量取
距离s，即得A点。
进洞方向实际上就是
A点的切线方向。
计算出图中的
放样角
：
右转
AT
OA
左转
AT
OA
90
90
（8-21）
（8-22）
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右转
AT
AN
（8-23）
左转
AN
AT
（8-24）
将仪器置于A点，后视N点，拨
角定出A点的切线方向。
切线方向
定出后，按A点里程和需要放样的曲线桩里程，用曲线放样的方法施测进
洞。
2）
缓和曲线进洞
如图8-3所示，参照圆曲线进洞的计算，计算出交点坐标后，根据
A
点里程计算A点的切线支距法坐标：
图8-3
缓和曲线进洞测量
xAlA
lA
5
40R2lS2
l
3
l
7
（8-25）
yA
A
A
6RlS336R3lS3
式中lS——缓和曲线长；
lA——A点里程与ZH点里程之差。
计算ZH点坐标：
xZHxJDTcos
yZHyJDTsin
NM
（8-26）
NM
式中T——该曲线的切线长。
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B点坐标：
xB
xZH
xAcos
NM
yB
yZH
xAsin
（8-27）
NM
又
右转
BA
MN
左转
BA
MN
90
90
（8-28）
（8-29）
因此A点坐标：
xA
xB
yAcos
BA
yA
yB
y
Asin
（8-30）
BA
而A点放样数据
和S的计算和放样方法均与圆曲线进洞中的计算相
同。
A点切线方向的放样亦需计算放样角
，但与圆曲线进洞时的计算方
法不同，应按以下方法计算：
A点的切线角：
lA
2
180
（8-31）
A
2RlS
又
右转
左转
BAM
BAM
AN
AB
（8-32）
AN
AB
（8-33）
所以
90ABAM
（8-34）
这样A点上按角即可将A点的切线放出。
二、隧道掘进时的测量工作
隧道施工测量时的主要任务是：
在隧道施工过程中确定平面及竖直面
内的掘进方向、测量隧道断面图，定期检查工程进度（进尺）及计算完成的土石方量，在隧道竣工后及时进行竣工测量。
1.隧道平面掘进方向的标定
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隧道的掘进施工方法有全断面开挖法和开挖导坑法。
根据施工方法和
施工程序的不同，确定隧道掘进方向的方法有中线法和串线法。
1）中线法
当隧道采用全断面开挖法进行施工时，
通常采用中线法。
在图
8-4
中，
P、1
P为导线点，2
A为隧道中线点，
B为中线上另一点。
已知
P、P的实
12
测坐标及
A的设计坐标
（可按其里程及隧道中线的设计方位角计算得出
）和
隧道中线的设计方位角。
根据上述已知数据，即可计算出放样中线点所需
的有关数据
2、
A和
L。
图8-4中线标定示意图
YA
YP2
P2A
arctan
XP2
XA
2
P2A
P2P1
A
AB
AP2
YAYP2
XA
XP2
L
sin
P2A
cos
P2A
求得上述数据后，即可将经纬仪安置在导线点P2上，用盘左后视导线
点P1，拔角度
2，并在视线方向上丈量距离
L，即得中线点
A1。
然后盘
右用同法可得
A2，取
A1
A2的分中点得到
A点。
在
A点上埋设与导线点相
同的标志，并应用经纬仪重新测定出A点的坐标。
标定开挖方向时可将仪
器安置于A点，后视导线点P2，拔角A，即得中线方向。
随着开挖面向
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前推进，A点距开挖面越来越远，这时需要将中线点向前延伸，埋没新的
中线点。
其标设方法同前。
为防止A点移动，在标定新的中线点时，应在P2
点安置仪器，对
2进行检测。
检测角值与原角度值互差不得超过
2m2
原m2
捡
。
超限时应以相邻点逐点检测至合格的点位，并向前
重新标定中线。
2）串线法
当隧道采用开挖导坑法施工时，因其精度要求不高，可用串线法指示
开挖方向。
此法是利用悬挂在两临时中线点上的垂球线，直接用肉眼来标定开挖方向。
使用这种方法时，首先需用类似前述设置中线点的方法，设置三个临时中线点B、C、D（设置在导坑顶板上），两临
时中线点的间距不宜小于5m。
标定开挖方向时，在三点上悬挂垂球线，一
人在B点指挥，另一人在工作面持手电筒（可看成照准标志）使其灯光位于中线点B、C、D的延长线上，然后用红油漆标出灯光位置，即得中线位置。
随着开挖面的不断向前推进，中线点也应随之向前延伸，地下导线也紧跟着向前敷设，为保证开挖方向的正确，必须随时根据导线点来检查中线点，及时纠正开挖方向。
用上下导坑法施工的隧道，上部导坑的中线每前进一定的距离，都要
和下部导坑的中线联测一次，用以改正上部导坑中线点或向上部导坑引点。
联测一般是通过靠近上部导坑掘进面的漏斗口进行的，用长线垂球、竖直对点器或经纬仪的光学对点器将下导坑的中线点引到上导坑的顶板上。
如果隧道开挖的后部工序跟得较紧，中层开挖较快，可不通过漏斗口而直接
由下导坑向上导坑引点，其距离的传递可用钢卷尺或2m铟瓦核基尺。
对于曲线隧道掘进时，其永久中线点是随导线测量而放样的。
而供衬
砌时使用的临时中线点则是根据永久中线点加密的，一般采用偏角法（适用于钢尺量边时）或极坐标法（适用于光电测距仪测距时）放样。
在两已知中线点间用偏角法放样曲线时，其过程基本与洞外详细放样曲线的方法相同。
但有时个别中线点由于其他原因而不能使用，此时只能在中线点上安置仪器后视导线点放样曲线。
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2.隧道竖直面掘进方向的标定
在隧道开挖过程中，除标定隧道在水平面内的掘进方向外，还应定出
坡度，以保证隧道在竖直面内贯通精度。
通常采用腰线法。
隧道腰线是用来指示隧道在竖直面内掘进方向的一条基准线，通常标设在隧道壁上，离开隧道底板一定距离（该距离可随意确定）。
在图8-5中，A点为已知的水准点，C、D为待标定的腰线点。
标定腰
线点时，首先在适当的位置安置水准仪，后视水准点A，依此可计算出仪
器视线的高程。
根据隧道坡度i以及、C、D点的里程计算出两点的高程，
并求出C、D点与仪器视线间的高差、。
由仪器视线向上或向下量
h1h2
取h1、h2。
即可求得C、D点的位置。
图8-5腰线标定示意图
三、隧道竣工测量
隧道竣工后，为检查主要结构及线路位置是否符合设计要求，应进行
竣工测量。
该项作包括隧道净空断面测量、永久中线点及水淮点的放样。
隧道净空断面测量时，应在直线地段每50m、曲线地段每20m或需
要加测断面处测绘隧道的实际净空。
测量时均以线路中线为准，包括测量
隧道的拱顶高程、起拱线宽度、轨顶水平宽度、铺底或抑拱高程
（图8-6）。
过去，隧道净空断面测量多用人工进行，该法工作效率低、精度不高。
近
年来许多施工单位已开始应用便携式断面仪进行隧道的净空断面测量，收
到了很好的效果。
该种仪器可进行自动扫描、跟踪和测量，并可立即显示
面积、高度和宽度等测量结果，测量速度快、精度高。
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二、
决
策
三、
计
划
图8-6隧道净空断面
隧道竣工测量后，应对隧道的永久性中线点用混凝土包埋金属标志。
在采用地下导线测量的隧道内，可利用原有中线点或根据调整后的线路中
心点埋没。
直线上的永久性中线点，每200m～250m埋设—个，曲线上应在缓和曲线的起终点各埋设一个，在曲线中部，可根据远视条件适当增加。
在隧道边墙上要画出永久性中线点的标志。
洞内水准点应每公里埋设一个，并在边培上画出标志。
1.教师详细讲述隧道地面控制网的布设，注重讲述隧道地面平面控制测量、高程控制测量，给各组分发一份相关技术设计书范本。
2.在教师的引导下，组内进行探讨、通过查阅相关测量规范、分析并利用测区已有资料，结合课本相关知识，掌握技术设计的原则和技术设计书编写。
3.引导学生结合范文及技术设计书编写规范完成隧道地面控制网技术设计书。
1.全班分为若干个工作小组，各组成员配合讨论完成技术设计书编写；
2.在教师指导下，对小组技术设计书进行评定。
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一、工作准备
1.课前熟悉新安岭隧道的有关资料，预习相关知识部分；
四、
2.隧道施工测量的主要依据《工程测量规范》（GB50026-93）、《土木工程
实
测量原理》、《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-91）、隧道施工
施设计图。
二、操作步骤
施工测量是标定和检查施工中线、测设坡度和放样建筑物，测量是施工的导向，是确保工程质量的前提和基础。
隧道工程施工测量的施测环境和条件比较复杂，要求的施测精度又相当高，必须精心施测和进行成果整理，工程测量成果必须符合相关规范的要求。
本隧道工程隧道开挖的贯通中误差规定为：
横向±50mm、竖向±
30mm，极限误差为贯通中误差的2倍，即纵向贯通误差限差为L/5000（L为贯通距离,以km计）。
8.3.1测量控制网的检测
应工程地势条件限制使用业主提供的首级GPS控制点、精密导线及精密水准点，保证各级控制点相邻点的精度分别小于±10㎜，±8㎜和±
8Lmm（L为线路长度，以km计）（精密水准路线闭合差）作为隧道测量工作的起算依据。
地面控制网是隧道贯通的依据由于受施工和隧道坡度、洞外地形等因素的影响，这些点有可能发生变化，所以在测量时和施工中应先对地面控制点进行检测，确定控制网的可靠性。
工作内容包括：
检测相应精密导线点，检测高程控制点等。
8.3.2施工控制网布设
在地面控制网检测无误后，依据检测的控制点再进行施工控制网的加
密，再进行施工控制网的加密,以保证日后的施工测量及隧道贯通测量有
顺利进行。
施工控制网的加密分两方面内容：
施工控制网加密测量：
通常地面精密导线的密度及数量都不能满足施工测量的要求，因此根
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据现场的实际情况，进一步进行施工控制网的加密，以满足施工放样、隧
道联测、隧道贯通测量的需要。
施工平面控制网采用全站仪进行测量，测角四测回（左、右角各两测
回，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″），测边往返观测各二
测回，用严密平差进行数据处理，点位中误差小于±
10㎜。
施工高程控制网加密测量：
根据实际情况将高程控制点引入施工现场，并沿线路走向加密高程控
制点。
水准基点（高程控制点）必须布设在沉降影响区域外且保证稳定。
水准测量采用二等精密水准测量方法和±8L㎜（L为水准路线长，
以km计）的精密要求进行施测。
由于本工程地理限制，一般采用全站仪控制。
8.3.3进洞测量
进洞（联系）测量是将地面测量数据传递到隧道内，以便指导隧洞道施工。
具体方法是将施工控制点通过布设趋近导线和趋近水准路线，建立近口点，再通过近口点把平面和高程控制点引入隧道内，为隧道开挖提供井下平面和高程依据。
联系测量是联接地上与地下的一项重要工作，为提高地下控制测量精
度，保证隧道准确贯通应根据工程施工进度，应进行多次复测，复测次数
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