隧道施工测量.doc

隧道施工测量.doc

《隧道施工测量.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隧道施工测量.doc（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

第七章隧道测量

7.1概述

随着基础设施建设如高速公路和高速铁路工程项目逐年增多，地处我国的西南部山区，受地形、地质条件的影响，隧道工程特别多，相应对我们从事测绘专业的同志，也提出更紧迫、更高要求，如何尽快的适应和满足当前建设发展的需要。

摆在我们面前的任务就是，在隧道施工测量中，以确保无论采用两个、多个相向和同向掘进的工作面，最终都得按设计要求，顺利的相互贯通。

并在施工掘进的过程中，准确无误或尽可能的减少出现超挖和欠挖现象，其关键在于我们的隧道施工放样测量。

7.2隧道控制

隧道测量：

主要分为：

控制测量和放样测量两部分。

1）隧道控制测量又分两个小部分：

①地面控制测量；这是隧道工程测量中最主要的部分。

①地下控制测量；地下（隧道内）控制测量的精度是决定贯通的关键。

2）隧道（内）施工放样测量；其精度好坏，决定隧道掘进是否超挖和欠挖的核心。

7.2.1地面控制测量（加密）

当前隧道工程的地面控制测量，从设计阶段开始，普通采用GPS全球定位系统，解决平面，而高程部分（还有待进一步的研究），仍用直接水准测量配合。

局部地区（线路不太长）用全站仪敷设电磁波平面、高程导线（采用闭合、附合导线进行严密平差计算）。

对于施工单位，还必须在进、出洞口，进行加密控制，以满足每一进、出洞口，各有三个加密控制点。

同时，还应对设计和业主所提供的首级控制资料进行：

复测、检核精度以及成果有无差错；也可因地制宜，建立区域性独立施工控制网，以满足本区域内的精度，达到贯通精度要求。

当设计（和业主）单位提供的首级控制资料精度不太高时，更宜采用区域性（只针对单一一条隧道）的独立网。

其优点：

1）可避开首级控制的精度。

仍可保持与首级控制精度一致（国家四等控制精度要求），而不影响施工的等级精度。

具体作业方案：

只利用首级控制两个点：

同时起和闭一个点，（利用另一点作检核独立网的方位闭塞之用）。

采用闭合导线。

2）对发展隧道地下控制测量的等级，提供可发展空间。

按一般首级控制等级都是国家的四等，施工单位要加密时，就只能为一级导级精度，如要再发展进洞的地下控制，就只能是二级导线，当洞长为两公里时，仅测距相对闭合差≤1/10000一项，就直接影响到贯通误差达到±0.10m（己超过国家规定的要求±0.05m）。

因此，更宜采用区域性的独立网。

7.2.2地下控制测量

按国家一级导线要求实施：

如下图

1）每一洞口旁建观测墩一个和两个地面点：

必须在地面加密控制测量之前建立，并纳入地面控制进行统一平差计算（以提高控制精度）。

2）当隧道走向是左旋，观测墩应建在洞口的右边；反之，隧道走向右旋，观测墩应建在洞口的左边；以达到增长观测视线、减少测站，确保地下控制测量精度。

3）观测方法：

采用单程双测回归导线法如上图（地下控制测量导线略图），单号进洞，双号出，（人为的将一条导线分左右两部分，进行独立操作观测和计算）组成一个回归圈。

①C、A、B和C′、A′、B′共六点，设于进、出洞口各三个，均为地面控制点（四等导线精度），其中C和C′两点为观测墩。

②以进洞口为例在C点（观测墩）上设站，按一般导线观测顺序进行。

7.2.2.1单程双测回归导线法

第1站:

Ⅰ.左路线:

以A点后视起零，观测水平角（左角1），再测2站斜距边长（1-2）S，同时测2站竖直角（1-2）а，并量取本站仪器高

（1）t、2站标高

（2）r。

Ⅱ.右路线:

紧接着进行单程双测观测：

以2站起零，至B点,测水平角（右角2），完成第1站。

③第2站：

Ⅰ.左路线:

以C点后视起零，测至3站水平角（左角3），再测3站斜距边长（2-3）S，同时测竖直角（2-3）а，并量取本站仪器高

（2）t、3站标高（3）r。

Ⅱ.右路线:

以3站起零，至C点1站,测水平角（右角4），再测C点斜距边长（2-1）S，同时测C点竖直角（2-1）а，量取C点标高

（1）r。

完成第2站。

④第3站：

Ⅰ.左路线:

以2站起零测4站水平角（左角5），再测4站斜距边长（3-4）S，同时测竖直角（3-4）а，并量取本站仪器高（3）t、4站标高（4）r。

Ⅱ.右路线:

以4站起零，至2站,测水平角（右角6），再测2站斜距边长（3-2）S，同时测竖直角（3-2）а，量取2站标高

（2）r。

完成第3站。

⑤第4站：

Ⅰ.左路线:

以3站起零测5站水平角（左角7），再测5站斜距边长（4-5）S，同时测竖直角（4-5）а，并量取本站仪器高（4）t、5站标高（5）r。

Ⅱ.右路线:

以5站起零，至3站测水平角（右角8），再测3站斜距边长（4-3）S，同时测竖直角（4-3）а，量取3站标高（3）r。

完成第4站。

⑥第5站：

Ⅰ.左路线:

以4站起零测6站水平角（左角9），再测6站斜距边长（5-6）S，同时测竖直角（5-6）а，并量取本站仪器高（5）t、6站标高（6）r。

Ⅱ.右路线:

以6站起零，至4站测水平角（右角10），再测4站斜距边长（5-4）S，同时测竖直角（5-4）а，量取4站标高（4）r。

完成第5站。

⑦第6站：

架设于第6站（水平角为零），只须观测：

6站至5站边长（6-5）S，同时测竖直角（6-5）а，量取5站标高（5）r。

（替告段落）……。

7.2.2.2导线数据的检查

由于采用单程双测回归导线法其观测数据，可相互进行检查核对。

如水平角（左角1）+（左角2）=360度——其差值甚小（不超过±20秒）、竖直角（1-2）а+（2-1）а=180度——差值甚小（不超过±15秒）、边长[（1-2）S]-[（1-2）S]相差甚小（不超过±5㎜）。

7.2.2.3导线严密平差计算数据排序表（配合《长江勘测》软件的实例）

起点

闭点

平、高

点数

平、高

代码

高程起

点号

高程闭

点号

平面起

点号

平面闭

点号

平面起点

方向

平面闭点

方向

点号

标型

气压

温度

斜距

天顶距

仪器高

觇标高

水平角

C--C

11.11

GP

C

C

C

C

A

B

INC

观测墩

***

**

（1-2）S

（1-2）а

（1）t

（2）r

（2-1）а

（2）t

（1）r

左角1

J2（站）

刻石

***

**

（2-3）S

（2-3）а

（2）t

（3）r

（3-2）а

（3）t

（2）r

左角3

J3（站）

刻石

***

**

（3-4）S

（3-4）а

（3）t

（4）r

（4-3）а

（4）t

（3）r

左角5

J4（站）

刻石

***

**

（4-5）S

（4-5）а

（4）t

（5）r

（5-4）а

（5）t

（4）r

左角7

J5（站）

刻石

***

**

（5-6）S

（5-6）а

（5）t

（6）r

（6-5）а

（6）t

（5）r

左角9

J6（站）

刻石

***

**

（6-5）S

（6-5）а

（6）t

（5）r

（5-6）а

（5）t

（6）r

0.0000

J-5（站）

刻石

***

**

（5-4）S

（5-4）а

（5）t

（4）r

（4-5）а

（4）t

（5）r

右角10

J-4（站）

刻石

***

**

（4-3）S

（4-3）а

（4）t

（3）r

（3-4）а

（3）t

（4）r

右角8

J-3（站）

刻石

***

**

（3-2）S

（3-2）а

（3）t

（2）r

（2-3）а

（2）t

（3）r

右角6

J-2站）

刻石

***

**

（2-1）S

（2-1）а

（2）t

（1）r

（1-2）а

（1）t

（2）r

右角4

OUTC

观测墩

右角2

7.3隧道施工放样

7.3.1极坐标法（支站）

当地面控制点（加密）之后，即可在洞口观测墩上，进行隧道内的施工放样测量,一般均采用全站仪支站的方法。

根据隧道横断面大小和地质情况的好坏，大部分作业面采用分台阶施工：

先上（左和右）、下（左和右）、后底部掘进。

因此，放样的控制点很难一次作好不变动，也得满足施工的程序，在每一个工作横断面上，支站点要分两次，甚至三次才能完成。

鉴于隧道内的除渣，来往通行车辆碾压、石渣粉尘的掩盖，洞内的地面控制点很难在较短时间保存（即便不损坏，一次除渣后就无法找到），只有将控制点制作于洞内两边的边墙上（墙上标志），在每一处支站应分别测三个点，用油漆涂记号（中心点一定要小：

直径不大于2㎜）；支站时最好采用小棱镜（觇标高为零），减少每次对点误差。

7.3.2后方交会法

每次进洞放样引测控制点，可直接从最近的三个墙上标志，按后方交会法；求出测站位置的坐标和高程即可进行放样。

解算方法可利用全站仪自身的软件程序，也可用计算器进行（现介绍FX—5800计算器程序）。

7.3.2.1采集数据要求

1）输入:

第一己知点（X、Y）坐标、S（平距）、H（高程）、а（竖直角）；

第二己知点（X、Y）坐标、S（平距）、H（高程）、а（竖直角）；

2）按反时针方向输入以上数据；

3）观测时可不量仪器高和觇标高（仪器的视线高就是高程）；

4）用小棱镜；

7.3.2.2源程序：

《BJTJ》fx—5800计算器

“XA=”？

A：

“YB=”？

B：

“P=”？

P：

“U=”？

U：

“T=”？

T：

“XC=”？

C：

“YD=”？

D：

“S=”？

S：

“Q=”？

Q：

“R=”？

R：

Ldl1:

ＰoI（A－C，B－D：

J<0=>J＋360→J：

Ldl2:

（II+PP-SS）÷（2I）→Z:

（√（PP-ZZ）+√（SS-（I-Z）（I-Z））÷2→H:

Sin-1（H÷S）→F:

Sin-1（H÷P）→E:

Ldl3:

J+360+F→G:

IfG>360:

ThenG-360→G:

Ifend:

“XW=”:

C+S×Cos（G）→W◢“YV=”:

D+S×Sin（G）→V◢

Ldl4:

ＰoI（C－A，D－B：

J<0=>J＋360→J:

J+360-E→K：

IfK>360:

ThenK-360→K:

Ifend:

“XC=”:

A+P×Cos（K）→M◢“YD=”:

B+P×Sin（K）→N◢

LbI5：

“Fxy=”:

√（（W-M）2+（V-N）2）◢

“X=”:

（W+M）/2◢“Y=”：

（V+N）/2◢

“H=”：

（U+tg（90-T）×P+Q+tg（90-R）×S）÷2◢“OK”

7.4隧道测量软件——程序《DS》

隧道内的施工放样测量，普遍采用全站仪配合可编程计算器，对隧道掘进的走向偏离；掌握洞内净空面开挖的超挖和欠挖（至目前尚无完整程序供大家使用，都是各自为阵）；也有利用全站仪配合笔记本电脑进行放样，但有缺陷：

由于洞内比较潮湿（浸水）易损坏电脑，而且电源也不方便。

少数单位采用高档全站仪，利用仪器内部自身提供的软件进行洞内的放样测量，也存在一些问题，价格高、现有设备利用率低。

为此，利用目前市面上比较普遍、价格不高、界面大、内存多、体积小、重量轻很适宜洞内使用的可编程计算器fx5800，现编隧道施工放样测量软件《SD》程序。

7.4.1程序适用性

7.4.1.1适用于各种隧道施工

该程序是以高速铁路—Ⅱ级围岩为例（如下图），也适用于其它类型的隧道放样测量。

因为它们的主体结构近似（只须根据横断面的半径长短进行调整）：

1）高铁Ⅱ级围岩：

净空R2=（6.41+0.4）m、仰拱R1=（2.27+0.35）m、洞底大半径R3=（14.77+0.35）m；

2）高速公路隧道Ⅴ级围岩A型衬砌：

净空R1=（7.4+0.96）m、R2=（5.29+0.96）m、仰拱R2=0.8+0.6）m、洞底大半径R4=（18.8+0.6）m；至于其它部位的相关尺寸，以及各种隧道类型，可参照设计结构横断面进行调整。

说明：

1.R1=（2.27+0.35）m、R2=（6.41+0.4）m、R3=（14.77+0.35）m

2.O1、O2、O3分别为R1、R2、R3的园心

3.内轨顶面为线路中心设计高程

二级围岩（高铁）隧道横断面图

7.4.1.2一条完整线型

该程序的设计，从直线---缓和曲线---园曲线---缓和曲线---直线，一条完整的平面线型，其程序内的固定参数均可根据设计资料，一次性执入不变（如五大桩号、及它们的坐标、园曲线半径、纵曲线半径、纵坡比、相关的方位角。

以及横断面的净空设计半径R1、R2、R3、相关高度的尺寸等等）。

当施工进入第二次衬砌时，只须调整：

横断面的净空设计半径R1、R2、R3。

当你进入高速公路的施工时（或其它类型隧道），须对照设计图进行逐个的相关尺寸修改。

7.4.2程序主要结构

根据隧道平面曲线设计线型（如下图—平面线型（曲线要素）图）,可分为三大类所组成:

1）.直线部分（又分两段）；

①第一段直线段（前面一段的直线结束点HZ—本段直缓点ZH）；

②第二段直线段（本段缓直点HZ—另一曲线段直缓点ZH）；

2）.缓和曲线部分（又分两小段）；

①第一缓和曲线段（直缓点ZH—缓园点HY）；

②第二缓和曲线段（园缓点YH—缓直点HZ）；

3）.园曲线段部分（缓园点HY—园缓点YH）

7.4.3己知固定参数

详见以下两表：

1）曲线要素表；2）纵坡曲线要素表；

曲线要素表

曲线

类型

曲线要素

起点

桩号

起点坐标

起点方位角

（°´"）

终点桩号

终点坐标

长度

半径

X

Y

X

Y

直线

2078.788

（HZ）K7+100.000

7717.656

51680973

159-22-10.42

（ZH）

K9+87.788

5857.396

5869.496

缓和线

170

（ZH）K9+87.788

5857.396

5869.496

159-12-09

（HY）K9+257.788

5698.474

5929.857

园曲线

2935.8254

10000

（HY）K9+257.788

5698.474

5929.857

（YH）K12+193.6134

3153.247

7371.788

缓和线

170

（YH）K12+193.6134

3153.247

7371.788

（38-16-04）321-43-56

（HZ）K12+363.6134

3019.776

7477.075

直线

936.3866

（HZ）K12+363.6134

3019.776

7477.075

（38-25-48）

321-34-12

K13.300.000

2286.242

8059.095

园心点

园心

9302.033

15258.006

248-52-40.61

K9+257.788

5698.474

5929.857

纵坡曲线要素表（计算桩点高程）

桩号

标高

半径（m）

全长（m）

坡度（‰）

起点桩号

终点桩号

K7+100

157.998

3273．753

－0.003

K7+100

K10+373.753

K10+373.753

78.177

K10+500

77.281

25000

252.496

-0.00457

0.003

K10+373.753

K10+626.249

K10+626.249

77.660

2473.751

0.003

K10+626.249

K13+100

K13+100

155.081

7.4.4变量

唯一变量就是要知道任意一点坐标，在隧道内掌子面的什么位置？

是否偏离隧道中线（到底差多少）？

该点位置是否己接近开挖轮净空廓线（是否出现超挖或欠挖，它的量是多少）？

这是程序最终目的。

7.4.5程序运行

运行前应根据当前施工掌子面所在实际位置（桩号），先大概估计输入计算器，“一个桩号”——桩号要求虽不严格，最好能在五大段之内（第一直线段、第一缓和曲段、园曲线段、第一缓和曲段、第二直线段）起点桩号。

后根据放样支站和后方交会法，求得待定点的：

坐标（X、Y）和高程（H），即可按程序提示要求，输入X、Y、H，运行程序《DS》。

7.5源程序《DS》

7.5.1程序组成和功能

程序主要分为四部分：

第一部分

LOI0提问?

输入估计施工处在什么桩号？

再输入待求点的坐标（X、Y）和高程（Z）；根据隧道走向:

向左旋转（-1）→N、向右旋转1→N。

第二部分

①LOI1计算待定点所在第一直线段的桩号；偏离中线距离；

②LOI2计算待定点所在第一缓和曲线段的桩号；偏离中线距离；

③LOI3计算待定点所在园曲线段的桩号；偏离中线距离；

④LOI4计算待定点所在第二缓和曲线段的桩号；偏离中线距离；

⑤LOI5计算待定点所在第二直线段的桩号；偏离中线距离；

（当待定点在随道中线的左边为正值、右边为负值）。

第三部分

LOI6求待定点所在位置的中线设计高程；

第四部分

求待定点所在位置的超挖和欠挖量（出现正值为超挖、负值为欠挖）；

结果显示解说:

①.L——待求点所在位置的桩号；

②.P——待求点偏离中线距离；

③.G——待求点对应于中线的设计标高（高铁的内轨顶面设计高程）；

④.E——待求点对应于中线无砟层的设计标高；

⑤.C——待求点距开挖净空边缘距离（及超挖和欠挖量）；

7.5.2源程序及解说

源程序解说：

1）主程序《DS》

Ldl0:

“L=”?

L:

“X=”？

X：

“Y=”？

Y：

“H=”？

H:

（-1）→N↘

IFL≥7100andL<9087.788:

ThenGoto1↘

ElseIFL≥9087.788andL<9257.788:

IFEndGoto2↘

ElseIFL≥9257.788andL<12193.613:

ThenGoto3↘

ElseIFL≥12193.613andL<12363.613:

ThenGoto4↘

ElseIFL≥12363.613andL<13300:

ThenGoto5↘IFEnd↘

Ldl0——程序运行提问?

L?

—预估一个施工掌子面所在的桩号（宜等于或大于,不可小于，特别是五桩处）。

X?

、Y?

、H?

—输入待求点的实测坐标，和高程

（-1）→N——隧道向左旋转

7100=（HZ）——为前一曲线段缓直点桩号K7+100

9087.788=ZH——为本曲线段直缓点桩号

9257.788=HY——缓园点桩号K9+257.788

12193.613=YH——园缓点桩号K12+193.613

12363.613=HZ——缓直点桩号K12+363.613

13300=（ZH）——为后一曲线段直缓点桩号K13+300

Lbl1：

ＰoI（X－7717.656,Y－5168.973:

J<0=>J＋360→J：

J-159º22´10.42"→K：

“L=”：

7100+Cos（K）×I→L◢J>159º22´10.42"=>（-K）→K↘

“P=”：

Sin（K）×I×N→P◢Goto6↘

Lbl1——计算第一直线段如下图

7717.656=X5168.973=Y为（HZ）点坐标（上段缓直点）

159º22´10.42"=A——（HZ）点至ZH点的方位角

当J>159º22´10.42"=>（-K）→K时,待定点在隧道中心的右边

7100为前一曲线段（HZ）缓直点桩号K7+100

N——当隧道走向向左旋转（-1）→N

Lbl2：

ＰoI（X－5857.396,Y－5869.496:

J<0=>J＋360→J：

J-159º22´10.42"→K：

I×Cos（K）→C:

I×Sin（K）→S:

10000×170→B:

Abs（C）→T:

T-T5÷40÷B2+T9÷3456÷B4→E:

T3÷6×B-T7÷336÷B3+T11÷42240÷B5→M:

T2÷2×B×（180÷3.1416）→V:

Arg（（C-E）+（S-M）i）→F:

F<0=>F+360→F:

Abs（（C-E）+（S-M）i）→D:

D×Cos（F-V）→W:

IFAbs（W）<0.00001:

ThenGotoA:

ElseT+W→T:

IfEnd↘

LblA:

“L=”:

9087.788+T→L◢

“P=”:

D×Sin（F-V）×N→P◢Goto6↘

Lbl2——计算第一缓和曲线段如下图

7717.656=X5168.973=Y为（HZ）点坐标（上段缓直点）

5857.396=X5869.496=Y为ZH的坐标

159º22´10.42"=A——（HZ）点至ZH点的方位角

10000×170——10000为半径、170为缓和曲线长

9087.788——为直缓点桩号ZH（K09+087.788）

N——当隧道走向向左旋转（-1）→N

Lbl3：

ＰoI（X－9302.033，Y－15258.006：

J<0=>J＋360→J：

Abs（248º52´40.61"-J）→K↘

“L=”：

9257.788+K×3.716÷180×10000→L◢

“P=”：

（I–10000）×N→P◢Goto6↘

Lbl3——计算园曲线段如下图

9302.033=X15258.006=Y为园心点坐标

248º52´40.61"—园心（O）至缓园点HY的方位角

9257.788——HY为缓园点桩号（K09+257.788）

10000=R——园曲半径

N——当隧道走向向左旋转（-1）→N

Lbl4：

ＰoI（X－3019.776,Y－7477.075:

J<0=>J＋360→J：

J-321º43´56"→K：

I×Cos（K）→C:

I×Sin（K）→S:

10000×170→B:

Abs（C）→T:

T-T5÷40÷B2+T9÷3456÷B4→E:

T3÷6×B-T7÷336÷B3+T11÷42240÷B5→M:

T2÷2×B×（180÷3.1416）→V: