橋控(第7章 隧道控制測量).ppt

1、1,第七章 隧 道 控 制 測量,第1節(jié) 概述 第2節(jié) 洞外控制網(wǎng)布設(shè)方案 第3節(jié) 隧道洞外控制測量對橫貫通誤差影響值的估算 第4節(jié) 隧道洞外控制測量 第5節(jié) 線路進(jìn)洞關(guān)系計(jì)算 第6節(jié) 豎井聯(lián)系測量 第7節(jié) 洞內(nèi)控制導(dǎo)線的設(shè)計(jì)及控制導(dǎo)線 第8節(jié) 洞內(nèi)控制測量 第9節(jié) 洞內(nèi)中線測設(shè) 第10節(jié) 貫通誤差的測定與調(diào)整,2,要 點(diǎn),1、隧道測量的目的、測量工作內(nèi)容 2、隧道貫通測量概念 3、隧道 貫通誤差、橫向貫通誤差 4、洞外控制各方法比較 5、洞內(nèi)導(dǎo)線控制的特點(diǎn)（P282） 6、隧道貫通精度預(yù)計(jì)實(shí)質(zhì)（橫向貫通中誤差的估算）,3,7-1 概述,（1）保證隧道相向開挖時(shí)，能按規(guī)定的精度正確貫通； （2

2、）使各建筑物的位置和尺寸符合設(shè)計(jì)規(guī)定，不使侵入建筑限界，以確保運(yùn)營安全。,一、目的：,二、測量內(nèi)容簡介：,（1）洞外控制測量,各洞口外兩點(diǎn)納入控制網(wǎng)，洞口投點(diǎn)包含其中。 曲線隧道時(shí)，必須包含切線上的轉(zhuǎn)點(diǎn)，以便精確確定轉(zhuǎn)向角及曲線其他元素。 首級不便，插點(diǎn)形式也可（如上圖） 。,測規(guī)：直線隧道1000 m，曲線隧道500 m，即須平面控制設(shè)計(jì)，高程路線5000 m 即須高程控制設(shè)計(jì)。,4,（2）洞內(nèi)外聯(lián)系測量,將洞外的坐標(biāo)系統(tǒng)通過洞口、橫洞、豎井或斜井傳遞到地下。,(a)豎井 (b)平洞 (c)斜井,通過地下坑道，（用導(dǎo)線測量的方法）建立洞內(nèi)(地下)控制系統(tǒng)。,（3）洞內(nèi)控制測量,5,6,（4）

3、洞內(nèi)施工測量（中線測設(shè)、細(xì)部放樣等）,（5）竣工測量,隧道長度表、凈空表、隧道回填斷面圖、水準(zhǔn)點(diǎn)表、中樁表、斷鏈表、坡度表等。,隧道測量的首要問題：貫通精度 由于多工作面（橫洞、豎井、斜井、平行導(dǎo)坑等）而導(dǎo)致貫通面存在貫通誤差。其中以橫向貫通誤差對工程影響最大 。 貫通誤差調(diào)整,從洞外及洞內(nèi)的各項(xiàng)測量工作，緊密圍繞一個(gè)中心如何保證貫通誤差特別是橫向貫通誤差在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi),7,7-2 洞外控制網(wǎng)的布設(shè)方案,一、洞外平面控制網(wǎng)的布網(wǎng)方案,測規(guī)要點(diǎn)： 每個(gè)洞口應(yīng)測設(shè)不少于23個(gè)平面控制點(diǎn)（包括洞口投點(diǎn)及其相聯(lián)系的三角點(diǎn)或?qū)Ь€點(diǎn)）2個(gè)高程控制點(diǎn)。 直線隧道上，兩端洞口應(yīng)各確定一個(gè)中線控制樁作為隧道

4、的中線；在曲線隧道上，應(yīng)在兩端洞口的切線上各確定兩個(gè)間距不小于200 m的控制樁，以精確曲線元素。 洞口傳算方位角的邊長不宜小于300m; 避免使用高標(biāo)； 同時(shí)進(jìn)行高程控制測量,聯(lián)測各洞口水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，以便引測進(jìn)洞，保證隧道在高程方向準(zhǔn)確貫通。 主網(wǎng)與插網(wǎng)（點(diǎn)）作整體平差。 因多采用直伸型，故減少方向測量誤差，是提高橫向貫通精度的關(guān)鍵,8,三角測量、導(dǎo)線測量等級和測角精度,水準(zhǔn)測量等級和測量精度（mm）,測規(guī)P2,注：表中 R 為測段長度，L 為附合路線長度，F(xiàn) 為環(huán)線長度，均以 km 計(jì),光電測距儀測距限差（mm）,9,1、三角網(wǎng)、邊角網(wǎng)方案,（1）以前多采用三角鎖。 上世紀(jì)80年代前，80

5、以上采用三角鎖控制。成昆鐵路隧道共427座中，123座實(shí)施了控制網(wǎng)，其中90使用三角鎖形式。 特點(diǎn)： 圖形結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)，精度高； 多余觀測數(shù)多（益處：發(fā)現(xiàn)粗差和系統(tǒng)誤差；缺點(diǎn)，外業(yè)強(qiáng)度大）； （2）現(xiàn)多采用邊角網(wǎng)（全部角和部分或全部邊） 可以放寬對傳距角大小限制，對曲線隧道尤為合適。,2、導(dǎo)線網(wǎng)方案（三維導(dǎo)線）,（1）盡量沿中線布設(shè)成直伸型； （2）布設(shè)為閉合環(huán)，盡可能增多環(huán)數(shù)，減少各環(huán)中導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)； （3）導(dǎo)線邊邊長盡量均勻、傾角不宜過大； （4）可布設(shè)成單導(dǎo)線、單閉合導(dǎo)線和狹長多環(huán)導(dǎo)線鎖； （5）用全站儀時(shí)主、副導(dǎo)線環(huán)意義不大；,10,導(dǎo)線網(wǎng)特點(diǎn)：,布網(wǎng)自由、靈活，適應(yīng)性好； 工作量小，1/3

6、的三角測量； 內(nèi)業(yè)相對簡單。,大瑤山隧道（14.295km） 大秦線軍都山隧道（8.46km） 朔石線雁門關(guān)隧道（10.764km） 候月線云臺(tái)山隧道（8.147km） 橫南線分水關(guān)隧道（7.228km） 南昆線米花嶺隧道（8.654km） 湘黔復(fù)線新雪峰山隧道（3.693km） 深圳梧桐山公路隧道 北京地鐵復(fù)興門折返線工程 等等。,工程應(yīng)用實(shí)例： 上世紀(jì)80年代以來，因全站儀的普及，導(dǎo)線網(wǎng)已成為隧道控制的主要方案。如：, （1）定測中線是采用光電測距儀測設(shè)的，且施工不設(shè)輔助導(dǎo)坑時(shí)，可采用單導(dǎo)線； （2）一般地，2KM以下的短隧道均可采用單閉合導(dǎo)線； （3）當(dāng)兩端洞口控制點(diǎn)與國家三腳電方便聯(lián)測

7、時(shí)，可采用單附合導(dǎo)線； （4）除復(fù)雜的長大曲線隧道要采用GPS網(wǎng)、邊角網(wǎng)或混合網(wǎng)外（不多見），幾乎所有的中長隧道均可采用狹長的多環(huán)導(dǎo)線,11,（1）布置簡況： 導(dǎo)線網(wǎng)包含四個(gè)閉合環(huán)：TC14-TC1-TC2-TC13-TC14；TC2-TC3-TC4-TC11- TC12-TC13-TC2；TC4-TC5-TC6-TC9-TC10-TC11-TC4；TC6-TC7-TC8-TC9-TC6 兩洞口點(diǎn)進(jìn)1（TC2）和出1 （TC8）納入主網(wǎng)，進(jìn)2 和出2為插點(diǎn)，進(jìn)出洞口處各有三個(gè)控制點(diǎn)。 主網(wǎng)平均邊長617.9m，最短邊長315m，最長邊1173m。洞口點(diǎn)至后視點(diǎn)（定向點(diǎn)）的最短邊長（進(jìn)2-TC1

8、的邊長）為301.6m，導(dǎo)線邊最大傾角24，平均傾角815。 由TCl610全站儀施測，測距標(biāo)稱精度為2mm+2ppm，測角精度1.5。主網(wǎng)水平角觀測12個(gè)測回，附網(wǎng)觀測9個(gè)測回（亦應(yīng)觀測12個(gè)測回為好），豎直角觀測3個(gè)測回，邊長觀測3個(gè)測回。 估算的橫向貫通誤差為11.7mm（見算例7-2），實(shí)際為5.9mm，限差為55mm，,隧道貫通面,隧道為雙洞直線型，全長3.02km和3.01km，三維導(dǎo)線網(wǎng)作平面控制。,12,3、隧道洞外導(dǎo)線網(wǎng)加測陀螺方位角方案,（1）陀螺方位角誤差獨(dú)立 （2）增加約束條件 （3）工作量減輕 （4）陀螺經(jīng)緯儀具有相應(yīng)精度,4、GPS控制網(wǎng),GPS定位技術(shù)用于隧道洞外

9、控制測量具有非常多的優(yōu)越性，目前已有不少成功的先例，其廣闊的發(fā)展前景可能使GPS控制測量成為隧道洞外控制測量的主要方法,5、隧道洞外控制網(wǎng)坐標(biāo)系和投影面的選定,（1）洞外網(wǎng)坐標(biāo)系可選定任意平面直角坐標(biāo)系 說明： 因洞內(nèi)坐標(biāo)系通常為一軸（X軸）平行于隧道方向，故須將洞外坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至該坐標(biāo)系中。 隧道方向：直線為進(jìn)出洞口點(diǎn)連線；曲線取進(jìn)、出洞口點(diǎn)的切線方向。該方向平移后作坐標(biāo)軸時(shí)顧及不使坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值。,13,3、8為洞口點(diǎn)， 2、8為曲線兩側(cè)切線上的點(diǎn) 4為交點(diǎn)JD2，,洞口投點(diǎn),地面坐標(biāo)系,洞內(nèi)坐標(biāo)系,在新坐標(biāo)系中的方位角,坐標(biāo)平移旋轉(zhuǎn)公式：,這里，,（2）洞外網(wǎng)投影面選擇 選取隧道地面設(shè)計(jì)高程的

10、平均高程面 通常取進(jìn)、出洞口點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程的平均高程面。 洞外網(wǎng)平差時(shí)，應(yīng)把所有的已知邊和觀測邊長化算到這一平面上， （因洞外網(wǎng)的角觀測值化算到該平面上時(shí)改正數(shù)較小，可認(rèn)為洞外的角觀測值即為該投影面上的角觀測值）。,14,同洞外平面須作單獨(dú)控制,依據(jù)高程貫通的允許值定等級。 以原洞外水準(zhǔn)點(diǎn)作起始點(diǎn)，在每個(gè)洞口至少埋設(shè)兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn) 水準(zhǔn)路線應(yīng)形成閉合環(huán)，或者敷設(shè)兩條互相獨(dú)立的水準(zhǔn)線路 可利用全站儀，平面、高程控制測量同時(shí)進(jìn)行，實(shí)踐表明光電測距三角高程可以代替三、四等水準(zhǔn)。, 坐標(biāo)平移旋轉(zhuǎn)公式推導(dǎo)：,同理,故,（從坐標(biāo)正算的角度理解該公式?。?二、洞外高程控制網(wǎng)的布網(wǎng)方案,15,7-3 洞外控制測量對

11、橫向貫通 誤差影響值的估算,貫通面,理論貫通點(diǎn),一、隧道貫通誤差及其限差,進(jìn)口貫通點(diǎn),出口貫通點(diǎn),16,fx,fh,fy,（影響里程、坡度）,（影響質(zhì)量）,（影響坡度）,全微分,縱向誤差對坡度影響,高程誤差對坡度影響,僅考慮縱向貫通誤差時(shí)：,僅考慮高程貫通誤差時(shí)：,17,橫向貫通誤差不超過規(guī)定的限值，是隧道測量的關(guān)鍵。過大時(shí)隧道會(huì)侵入建筑界限，迫使炸毀大段襯砌！,貫通誤差的限差：,貫通誤差的限值，一般取中誤差的2倍。與兩相向開挖洞口的長度及行業(yè)和規(guī)范有關(guān)。,縱向限差：,貫通限差 (鐵路測量技術(shù)規(guī)則表4.1.3),貫通限差 (公路勘測規(guī)范),與在哪里貫通無關(guān),視儀器及現(xiàn)場而定,18,二、貫通誤差

12、分配,對橫向、高程貫通精度要求(鐵路測量技術(shù)規(guī)則表4.1.4 ),本表不適于設(shè)有豎井,指在測量設(shè)計(jì)時(shí)橫向貫通中誤差（允許值）給予洞外、洞內(nèi)控制的中誤差分配值。作為測量設(shè)計(jì)時(shí)的允許值使用，即計(jì)劃測量精度時(shí)不得超過它。見下表：,19,稱為：對橫向貫通誤差的“影響值”,容易知道：當(dāng)設(shè)有 i 個(gè)豎井時(shí)：,可見，開挖面愈多，則對洞外控制的精度要求就愈高。,對于平行導(dǎo)坑施工方式（貫通面很多），則需如下分析： 仍是“三分天下”，整個(gè)隧道進(jìn)、出口對于橫向貫通誤差分別的,影響值為：,它們總的影響值為：,若整個(gè)隧道通過平行導(dǎo)坑的橫向坑道共具有 n 個(gè)貫通面，則每個(gè)貫通面上橫向貫通中誤差容許值為：,例：4km隧道，

13、,，有30個(gè)平行導(dǎo)坑，則每個(gè)貫通面上,橫向中誤差的容許值：,公式,20,2、高程貫通誤差分配,洞內(nèi)、外水準(zhǔn)特點(diǎn)： 洞外山路崎嶇，高差大，視野開闊； 洞內(nèi)路線短，高差小，也有煙塵、水氣、亮度差等不利因素 分配原則：將洞外與洞內(nèi)按等影響原則分配（“二分天下”）。,中誤差不超過18mm的線路最大長度為：,則洞外（內(nèi)）高程貫通允許,易得，三等時(shí)的最大長度為：,公路隧道 還要長,21,結(jié)論：一般地，隧道高程控制采用三、四等水準(zhǔn)測量即可滿足要求；這時(shí)也可光電測距三角高程法，與平面一起進(jìn)行（邊長控制在300 m 之內(nèi)）。,例7-1：設(shè)鐵路隧道長度為9km，施工方案分別有0、1、2個(gè)豎井。 試問： （1）洞外

14、平面控制對橫向貫通的影響值最大為多少? （2）為滿足洞外高程貫通的精度要求應(yīng)采用何等水準(zhǔn)測量? 解： （1）查表知橫向貫通誤差的限差為200mm，則橫向貫通中誤差允許值為Mq=100mm。,依公式：,（2）對于高程,故：,依據(jù)規(guī)范，采用四等水準(zhǔn)即可。,22,三、洞外平面控制測量對橫向貫通誤差影響值的估算,思路：視洞內(nèi)及洞內(nèi)外聯(lián)系測量的所有觀測值都看作為無誤差的觀測值，只考慮洞外控制測量的誤差，然后從兩邊相向推算出貫通點(diǎn)的坐標(biāo)，其坐標(biāo)差即為 x 和 y 軸方向的貫通誤差。,目的：找出洞外控制測量的誤差與貫通誤差的關(guān)系，即“影響值”。,理解：其應(yīng)用在于 （1）判斷依據(jù)選定的控制等級（允許的測角中誤差和允許的測距相對中誤差）求出的影響值是否超限 （2）根據(jù)實(shí)際的測量精度計(jì)算洞外控制測量帶給貫通的“實(shí)際誤差”。,23,0,n,(A),(B),s1,1,s2,2,si,i,sn,n,1,2,i-1,i,n-1,進(jìn)口,出口,隧道中線,1,2,i-1,i,n-1,A,A,B,貫通面方向,E,24,14-3隧道施工測