桥控(第7章 隧道控制测量).ppt

第七章第七章 隧隧 道道 控控 制制 测量测量第1节 概述第2节 洞外控制网布设方案第3节 隧道洞外控制测量对横贯通误差影响值的估算第4节 隧道洞外控制测量第5节 线路进洞关系计算第6节 竖井联系测量第7节 洞内控制导线的设计及控制导线第8节 洞内控制测量第9节 洞内中线测设第10节 贯通误差的测定与调整1z要要 点点1、隧道测量的目的、测量工作内容隧道测量的目的、测量工作内容 2、隧道、隧道贯通测量贯通测量概念概念3、隧道、隧道 贯通误差贯通误差、横向贯通误差横向贯通误差4、洞外控制各方法比较、洞外控制各方法比较5、洞内导线控制的特点（、洞内导线控制的特点（P282）6、隧道贯通精度预计实质（横向贯通隧道贯通精度预计实质（横向贯通中误差的估算）中误差的估算）2z7-1 概述概述（1）保证隧道相向开挖时，能按规定的精度）保证隧道相向开挖时，能按规定的精度正确贯通；正确贯通；（2）使各建筑物的位置和尺寸符合设计规定，不使侵入建筑限）使各建筑物的位置和尺寸符合设计规定，不使侵入建筑限界，以确保运营安全。界，以确保运营安全。一、目的：一、目的：二、测量内容简介：二、测量内容简介：（1）洞外控制测量）洞外控制测量各洞口外两点纳入控制网，洞口投点包含其中。曲线隧道时，必须包含切线上的转点，以便精确确定转向角及曲线其他元素。首级不便，插点形式也可（如上图）。图7-1 直线隧道图7-2 曲线隧道测规测规：直线隧道：直线隧道1000 m，曲线隧道，曲线隧道500 m，即须平，即须平面控制设计，高程路线面控制设计，高程路线5000 m 即须高程控制设计。即须高程控制设计。3z（2）洞内外联系测量）洞内外联系测量将洞外的坐标系统通过洞口、横洞、竖井或斜井传递到地下。(a)竖井竖井 (b)平洞平洞 (c)斜井斜井通过地下坑道，（用导线测量的方法）建立洞内(地下)控制系统。（3）洞内控制测量）洞内控制测量45z（4）洞内施工测量（中线测设、细部放样等）洞内施工测量（中线测设、细部放样等）（5）竣工测量）竣工测量隧隧道道长长度度表表、净净空空表表、隧隧道道回回填填断断面面图图、水水准准点点表表、中中桩桩表、断链表、坡度表等。表、断链表、坡度表等。隧道测量的首要问题：隧道测量的首要问题：贯通精度贯通精度由于多工作面（横洞、竖井、斜井、平行由于多工作面（横洞、竖井、斜井、平行导坑等）而导致贯通面存在贯通误差。其导坑等）而导致贯通面存在贯通误差。其中以中以横向贯通误差横向贯通误差对工程影响最大对工程影响最大。贯通误差调整贯通误差调整从洞外及洞内的各项测量工作，紧密围绕一个中心如何保证贯通误差特别是横向贯通误差在规范规定的范围内 6z7-2 洞外控制网的布洞外控制网的布设设方案方案 一、洞外平面控制网的布网方案一、洞外平面控制网的布网方案测规测规要点：要点：每个洞口应测设不少于每个洞口应测设不少于23个平面控制点（包括洞口投点及个平面控制点（包括洞口投点及其相联系的三角点或导线点）其相联系的三角点或导线点）2个高程控制点。个高程控制点。直线隧道上，两端洞口应各确定一个中线控制桩作为隧道的直线隧道上，两端洞口应各确定一个中线控制桩作为隧道的中线；在曲线隧道上，应在两端洞口的切线上各确定两个间中线；在曲线隧道上，应在两端洞口的切线上各确定两个间距不小于距不小于200 m的控制桩，以精确曲线元素。的控制桩，以精确曲线元素。洞口传算方位角的边长不宜小于洞口传算方位角的边长不宜小于300m;避免使用高标；避免使用高标；同时进行高程控制测量同时进行高程控制测量,联测各洞口水准点的高程，以便引联测各洞口水准点的高程，以便引测进洞，保证隧道在高程方向准确贯通。测进洞，保证隧道在高程方向准确贯通。主网与插网（点）作整体平差。主网与插网（点）作整体平差。因多采用直伸型，故减少方向测量误差，是提高横向贯通精因多采用直伸型，故减少方向测量误差，是提高横向贯通精度的关键度的关键7z测量等级测量等级一一二二三三四四五五测测 角角 中中 误误 差差0.7 1.0 1.8 2.5 4.0 三角测量、导线测量等级和测角精度三角测量、导线测量等级和测角精度水准测量等级和测量精度（水准测量等级和测量精度（mm）测规测规P2往返测往返测不符值不符值附合路线附合路线闭合差闭合差7.5五五5.0四四3.0三三1.0二二左右路线左右路线不符值不符值环闭合差环闭合差检测已测段检测已测段高差之差高差之差限限 差差每每km水准测量水准测量中数的偶然中中数的偶然中误差误差 M水准水准等级等级注：表中注：表中 R 为测段长度，为测段长度，L 为附合路线长度，为附合路线长度，F 为环线长度，均以为环线长度，均以 km 计计光电测距仪测距限差（光电测距仪测距限差（mm）仪器精度等级仪器精度等级测距中误差测距中误差同一测回各次同一测回各次读数互差读数互差测回间较差测回间较差往返测平距较差往返测平距较差5575101015112020308z1、三角网、边角网方案、三角网、边角网方案（1）以前多采用三角锁。上世纪80年代前，80以上采用三角锁控制。成昆铁路隧道共427座中，123座实施了控制网，其中90使用三角锁形式。特点特点：图形结构坚强，精度高；多余观测数多（益处：发现粗差和系统误差；缺点，外业强度大）；（2）现多采用边角网（全部角和部分或全部边）可以放宽对传距角大小限制，对曲线隧道尤为合适。2、导线网方案、导线网方案（三维导线）（1）尽量沿中线布设成直伸型；（2）布设为闭合环，尽可能增多环数，减少各环中导线点数；（3）导线边边长尽量均匀、倾角不宜过大；（4）可布设成单导线、单闭合导线和狭长多环导线锁狭长多环导线锁；（5）用全站仪时主、副导线环意义不大；9z导线网特点导线网特点：布网自由、灵活，适应性好；布网自由、灵活，适应性好；工作量小，工作量小，1/3 的三角测量；的三角测量；内业相对简单。内业相对简单。大瑶山隧道（大瑶山隧道（14.295km）大秦线军都山隧道（大秦线军都山隧道（8.46km）朔石线雁门关隧道（朔石线雁门关隧道（10.764km）候月线云台山隧道（候月线云台山隧道（8.147km）横南线分水关隧道（横南线分水关隧道（7.228km）南昆线米花岭隧道（南昆线米花岭隧道（8.654km）湘黔复线新雪峰山隧道（湘黔复线新雪峰山隧道（3.693km）深圳梧桐山公路隧道深圳梧桐山公路隧道北京地铁复兴门折返线工程北京地铁复兴门折返线工程等等。等等。工程应用实例：工程应用实例：上世纪上世纪8080年代以来，因全站仪的普及，年代以来，因全站仪的普及，导线网已成为隧道控制的导线网已成为隧道控制的主要方案主要方案。如：。如：（1）定测中线是采用光电测定测中线是采用光电测距仪测设的，且施工不设辅距仪测设的，且施工不设辅助导坑时，可采用单导线；助导坑时，可采用单导线；（2）一般地，一般地，2KM以下的短以下的短隧道均可采用单闭合导线；隧道均可采用单闭合导线；（3）当两端洞口控制点与国当两端洞口控制点与国家三脚电方便联测时，可采家三脚电方便联测时，可采用单附合导线；用单附合导线；（4）除复杂的长大曲线隧道除复杂的长大曲线隧道要采用要采用GPS网、边角网或混网、边角网或混合网外合网外（不多见），几乎所有，几乎所有的中长隧道均可采用的中长隧道均可采用狭长狭长的的多环导线多环导线10z图图7-3（1）布置简况：导线网包含四个闭合环：TC14-TC1-TC2-TC13-TC14；TC2-TC3-TC4-TC11-TC12-TC13-TC2；TC4-TC5-TC6-TC9-TC10-TC11-TC4；TC6-TC7-TC8-TC9-TC6两洞口点进1（TC2）和出1（TC8）纳入主网，进2 和出2为插点，进出洞口处各有三个控制点。主网平均边长617.9m，最短边长315m，最长边1173m。洞口点至后视点（定向点）的最短边长（进2-TC1的边长）为301.6m，导线边最大倾角24，平均倾角815。由TCl610全站仪施测，测距标称精度为2mm+2ppm，测角精度1.5。主网水平角观测12个测回，附网观测9个测回（亦应观测12个测回为好），竖直角观测3个测回，边长观测3个测回。估算的横向贯通误差为11.7mm（见算例7-2），实际为5.9mm，限差为55mm，隧道贯通面隧道贯通面隧道为双洞直线型，全长3.02km和3.01km，三维导线网作平面控制。11z3、隧道洞外导线网加测陀螺方位角方案、隧道洞外导线网加测陀螺方位角方案（1）陀螺方位角误差独立（2）增加约束条件（3）工作量减轻（4）陀螺经纬仪具有相应精度4、GPS控制网控制网GPS定位技术用于隧道洞外控制测量具有非常多的优越性，目前已有不少成功的先例，其广阔的发展前景可能使GPS控制测量成为隧道洞外控制测量的主要方法5、隧道洞外控制网坐标系和投影面的选定、隧道洞外控制网坐标系和投影面的选定（1 1）洞外网坐）洞外网坐标标系可系可选选定任意平面直角坐定任意平面直角坐标标系系 说明：因洞内坐标系通常为一轴（X轴）平行于隧道方向，故须将洞外坐标转换至该坐标系中。隧道方向：直线为进出洞口点连线；曲线取进、出洞口点的切线方向。该方向平移后作坐标轴时顾及不使坐标出现负值。12z3、8为洞口点，2、8为曲线两侧切线上的点4为交点JD2，新坐标北134567829（JD2）ZHHZDoyx洞口投点洞口投点地面坐标系洞内坐标系在新坐标系中的方位角坐标平移旋转公式：坐标平移旋转公式：这里这里，（2 2）洞外网投影面）洞外网投影面选择选择选取隧道地面设计高程的平均高程面通常取进、出洞口点的设计高程的平均高程面平均高程面。洞外网平差时，应把所有的已知边和观测边长化算到这一平面上，（因洞外网的角观测值化算到该平面上时改正数较小，可认为洞外的角观测值即为该投影面上的角观测值）。13zl 同洞外平面须作单独控制同洞外平面须作单独控制,依据高程贯通的允许值定等级。依据高程贯通的允许值定等级。l 以原洞外水准点作起始点，在每个洞口至少埋设两个水准点以原洞外水准点作起始点，在每个洞口至少埋设两个水准点l 水准路线应形成闭合环，或者敷设两条互相独立的水准线路水准路线应形成闭合环，或者敷设两条互相独立的水准线路l 可利用全站仪，平面、高程控制测量同时进行，实践表明光可利用全站仪，平面、高程控制测量同时进行，实践表明光电测距三角高程可以代替三、四等水准。电测距三角高程可以代替三、四等水准。坐标平移旋转公式推导：坐标平移旋转公式推导：pypx同理同理新坐标北yxpx故故（从坐标正算的角度理解该公式！）二、洞外高程控制网的布网方案二、洞外高程控制网的布网方案14z7-3 洞外控制洞外控制测测量量对对横向横向贯贯通通 误误差影响差影响值值的估算的估算贯通面贯通面理论贯通点理论贯通点一、隧道贯通误差及其限差一、隧道贯通误差及其限差进口贯通点进口贯通点出口贯通点出口贯通点贯通误差贯通误差-因洞外、洞内控制测量、联系测量等的误差，导因洞外、洞内控制测量、联系测量等的误差，导致相向开挖中放样出来的具有相同里程（贯通里程）的中线点致相向开挖中放样出来的具有相同里程（贯通里程）的中线点在在称为贯通误差。称为贯通误差。空间不相重合，此两点的空间线段空间不相重合，此两点的空间线段15zfxfhfy纵向贯通误差纵向贯通误差:在线路中线方向的投影长度横向横向贯通误差贯通误差:在垂至于中线方向的投影长度高程贯通误差高程贯通误差:在竖直方向的投影长度（影响里程、坡度影响里程、坡度）（影响质量影响质量）（影响坡度影响坡度）全微分纵纵向向误误差差对对坡坡度度影影响响高高程程误误差差对对坡坡度度影影响响仅考虑纵向贯仅考虑纵向贯通误差时：通误差时：仅考虑高程贯仅考虑高程贯通误差时：通误差时：16z横向贯通误差横向贯通误差不超过规定的限值，是隧道测量的不超过规定的限值，是隧道测量的关键关键。过大。过大时隧道会时隧道会侵入建筑界限侵入建筑界限，迫使炸毁大段衬砌！，迫使炸毁大段衬砌！贯通误差的限差：贯通误差的限差：贯通误差的限值，一般取中误差的贯通误差的限值，一般取中误差的2 2倍。与两相向开挖洞口倍。与两相向开挖洞口的长度及行业和规范有关。的长度及行业和规范有关。纵向限差：纵向限差：两相向开挖洞口的长度两相向开挖洞口的长度(km)44881010131317 1720横向贯通误差（横向贯通误差（mm）100150200300400500高程贯通误差（高程贯通误差（mm）50贯通限差贯通限差(铁路测量技术规则铁路测量技术规则表表4.1.3)贯通限差贯通限差(公路勘测规范公路勘测规范)两相向开挖洞口的长度两相向开挖洞口的长度(km)336 6横向贯通误差（横向贯通误差（mm）150200高程贯通误差（高程贯通误差（mm）70与在哪里贯与在哪里贯通无关通无关视仪器及现场而定视仪器及现场而定17z二、贯通误差分配二、贯通误差分配测量部位测量部位横向中误差（允许值）横向中误差（允许值）（mm）高高 程程中误差中误差（mm）两开挖洞口间长度（两开挖洞口间长度（km）44881010131317 1720洞外控制洞外控制3045609012015018洞内控制洞内控制40608012016020017洞外、洞内总和洞外、洞内总和507510015020025025对横向、高程贯通精度要求对横向、高程贯通精度要求(铁路测量技术规则铁路测量技术规则表表4.1.4)本本表表不不适适于于设设有有竖竖井井1、横向贯通误差分配、横向贯通误差分配进口洞内控制的所引起的横向中误差：进口洞内控制的所引起的横向中误差：设设若无若无竖竖井或斜井，井或斜井，则对则对横向横向贯贯通通误误差差的影响因素有的影响因素有3个（假个（假设设相互独立）：相互独立）：洞外控制的所引起的横向中误差：洞外控制的所引起的横向中误差：出口洞内控制的所引起的横向中误差：出口洞内控制的所引起的横向中误差：总的横向贯通中误差：总的横向贯通中误差：指在测量设计时横向贯通中误差（允许值）给予洞外、洞内控制的中误差分配值。指在测量设计时横向贯通中误差（允许值）给予洞外、洞内控制的中误差分配值。作为测量设计时的允许值使用，即计划测量精度时不得超过它。见下表：作为测量设计时的允许值使用，即计划测量精度时不得超过它。见下表：18z称为：对横向贯通误差的称为：对横向贯通误差的“影响值影响值”容易知道：当设有容易知道：当设有 i 个竖井时：个竖井时：可见，开挖面愈多，则对洞外控制的精度要求就愈高。可见，开挖面愈多，则对洞外控制的精度要求就愈高。对于对于平行导坑平行导坑施工方式（贯通面很多），则需如下分析：施工方式（贯通面很多），则需如下分析：仍是仍是“三分天下三分天下”，整个隧道进、出口对于横向贯通误差分别，整个隧道进、出口对于横向贯通误差分别的的影响值为：影响值为：它们总的影响值为：它们总的影响值为：若整个隧道通过平行导坑的横向坑道共具有若整个隧道通过平行导坑的横向坑道共具有 n 个贯通面，则个贯通面，则每个贯通面上横向贯通中误差容许值为：每个贯通面上横向贯通中误差容许值为：例：例：4km隧道，隧道，有，有30个平行导坑，则每个贯通面上个平行导坑，则每个贯通面上横向中误差的容许值：横向中误差的容许值：公式公式19z2、高程贯通误差分配、高程贯通误差分配洞内、外水准特点：洞外山路崎岖，高差大，视野开阔；洞内路线短，高差小，也有烟尘、水气、亮度差等不利因素分配原则分配原则：将洞外与洞内按等影响原则等影响原则分配（“二分天下”）。：隧道总的高程贯通中误差允许值：洞外（内）高程贯通中误差的允许值中误差不超过18mm的线路最大长度最大长度为：按四等水准测量观测，则洞外（内）高程贯通允许易得，三等时的最大长度最大长度为：公路隧道公路隧道还要长还要长20z结论：结论：一般地，隧道高程控制采用三、四等水准测量即可满足一般地，隧道高程控制采用三、四等水准测量即可满足要求；这时也可光电测距三角高程法，与平面一起进行（边长要求；这时也可光电测距三角高程法，与平面一起进行（边长控制在控制在300 m 之内）。之内）。例例7-1：设铁路隧道长度为9km，施工方案分别有0、1、2个竖井。试问：（1）洞外平面控制对横向贯通的影响值最大为多少?（2）为满足洞外高程贯通的精度要求应采用何等水准测量?解：解：（1）查表知查表知横向贯通误差的限差为200mm，则横向贯通中误差允许值为Mq=100mm。不设竖井：设1个竖井：设2个竖井：依公式依公式：（2）对于高程对于高程故：故：依据规范，采用依据规范，采用四等水准四等水准即可。即可。21z三、洞外平面控制测量对横向贯通误差影响值的估算三、洞外平面控制测量对横向贯通误差影响值的估算思路：思路：视洞内及洞内外联系测量的所有观测值都看作为视洞内及洞内外联系测量的所有观测值都看作为无误差无误差的的观测值，只考虑洞外控制测量的误差，然后观测值，只考虑洞外控制测量的误差，然后从两边相向推算出贯从两边相向推算出贯通点的坐标通点的坐标，其坐标差即为，其坐标差即为 x 和和 y 轴方向的贯通误差。轴方向的贯通误差。目的：目的：找出洞外控制测找出洞外控制测量的误差与贯通误差的量的误差与贯通误差的关系，即关系，即“影响值影响值”。理解：其应用在于理解：其应用在于（1）判断）判断依据选定的控依据选定的控制等级制等级（允许的测角中误差（允许的测角中误差和允许的测距相对中误差）和允许的测距相对中误差）求出的影响值是否超限求出的影响值是否超限（2）根据实际的测量精）根据实际的测量精度计算度计算洞外控制测量带洞外控制测量带给贯通的给贯通的“实际误差实际误差”。22zoxy0n(A)(B)s11s22siisnn12i-1in-1进口进口出口出口隧道中线隧道中线12i-1in-1AAB贯贯通通面面方方向向E23z14-3隧道施工测量隧道施工测量（三）洞内中线和腰线的测设二、洞内施工导线和水准测量24z14-3隧道施工测量隧道施工测量三、盾构施工测量25z14-4 竖井联系测量竖井联系测量一、概述方位角传递误差26z14-4 竖井联系测量竖井联系测量二、一井定向27z14-4 竖井联系测量竖井联系测量二、一井定向28z14-4 竖井联系测量竖井联系测量三、二井定向29z14-4 竖井联系测量竖井联系测量四、陀螺经纬仪测定方位角30z31z铅垂线铅垂线法线法线RRrrCH1P1 1P2 2H132z33z34z35z36