本科毕业设计论文隧洞测量14.docx
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本科毕业设计论文隧洞测量14
隧洞测量毕业设计
摘要
本文结合近期在测量实习中所总结的实践经验，与在学校所学到的测量理论知识，介绍了隧洞施工测量的方法，步骤，及过程；将其分为三大部分：
平面控制测量、高程控制测量、及隧洞施工放样，隧洞施工放样部分介绍了用红外线可见光无棱镜全站仪配合CAD、CAss和CASIO计算器程序逐点放样隧洞工程开挖轮廓点的有效方法。
目录
第一章工程概况4
第二章隧洞地面和地下平面控布网略图5
2.1本工程测量所拥有的测量仪器5
2.2隧洞地面控制网等级选择及布设5
2.3平面控制网导线计算6
2.4导线点至贯通面的垂直距离和导线边在贯通面的投影长度8
第三章隧洞地面和地下高程控制网略图9
第四章隧洞地面和地下平面控制测量设计说明10
4．1确定遂洞地面和地下平面控制网的等级进行遂洞横向贯通误差的预计10
4.1.1地面平面控制网引起的横向贯通误差10
4.1.2地下平面控制测量误差引起的横向贯通误差11
4.1.3横向总贯通误差12
4.2地面和地下平面控制测量等级的各种技术要求12
4.2.1地面控制测量的等级标志形状和尺寸的设计12
4.2.2平面控制测量对测边、测角的要求13
第五章隧洞地面和地下高程控制测量设计说明21
5.1地上高程控制测量误差引起的竖向贯通误差≤15mm；21
5.1.1竖向贯通误差的预算21
5.2地面和地下高程控制测量的等级的各种技术要求：
22
5.21高程控制等级采用四等光电测距三角高程测量技术要求22
5.2.2高程控制测量的外业观测方法、各项限差及内业计算的计算要求23
5.2.3外业成果的整理：
23
第六章隧洞施工放样方法24
6.1全站仪在开挖掘进放样的应用23
6.2测设隧洞的开挖方向24
6.3隧洞坡度的放样24
6.4隧洞断面测量和数据处理24
6.5纵、横和竖向贯通误差的测定方法25
感谢26
参考文献27
第一章工程概况
托口水电站坝址位于湖南省洪江市境内，距怀化市74km，上距托口镇3.5km，下距江市镇11km。
托口水电站正常蓄水位250.00m，相应库容12.49亿m3，装机容量800MW。
枢纽建筑物由东游祠主坝、王麻溪引水坝、电站厂房、引水系统、通航建筑物、白土冲副坝和河湾地块防渗工程等组成。
引水坝区灌浆洞工程，为王麻溪厂房引水坝左岸至河湾地块白垩系红层防渗工程的灌浆洞，从王麻溪引水坝左岸坝头高程253.00m设灌浆平洞伸入河湾地块；灌浆洞长约842.2m。
第二章隧洞地面和地下平面控布网略图
2.1本工程测量所拥有的测量仪器有
（1）徕卡TCR402全站仪，测程5km，测距精度：
±（2mm+2ppm·D）
测角精度：
±2″
（2）30m钢尺
表2.1.1洞外控制网等级选择
控制网等级
隧洞相向开挖长度（km）
控制网等级
隧洞相向开挖长度（km）
二
6～8
四
1～4
三
4～6
五
≤1
2.2隧洞地面控制网等级选择及布设
（1）根据所拥有的仪器及遂洞的地形图采用光电测距导线网作为平面控制网。
由表2.1.1可知平面控制网的等级可采用四等，而四等平面控制网，可以用相应等级的导线网来代替。
所以本工程的控制网采用了光电测距导线网。
（2）根据253灌浆洞具体情况，设计的地面网型如图2.2所示。
网中TK15和TK13为设计提供的已知控制点，以这两点为基准点，联测洞外布设的加密控制点E、G3、G4、S1、S2，最后闭合到TK15上，形成一个闭合环。
并以TK15为地面网及整个测量控制系统的坐标起算点，以TK15至TK13的方向，作为地面网平差时的方位角起算边。
平面控制网示意图：
（图）2.2,平面控制网示意图
2.3平面控制网导线计算
在已建立的平面控制网上进行导线计算，导线计算图如图2.3所示，并以E点为基准点联测G3、G4、S1、S2最后附合到S3号点上，形成一个附合导线，并进行横向贯通误差预计。
待隧洞掘进之后以S3号点开始向洞内延伸一条支导线，作为地下控制网。
平面控制网导线计算图见图2.3
图2.3导线计算图
2.4导线点至贯通面的垂直距离和导线边在贯通面的投影长度
由平面控制网得到导线点到贯通面的垂直距离和导线边在贯通面的投影长度，见表2.1.2
表2.1.2导线环点至贯通面的垂直距离和投影长度
点号
S3
S2
S1
G4
G3
E
（m）
389.842
487.988
46.431
264.283
449.095
451.799
（m）
7.588
251.396
0.004
127.343
49.228
第三章隧洞地面和地下高程控制网略图
高程控制网利用平面控制网，控制点利用平面控制点位，实现平高合一，利于后续施工测量，施测方法采用四等光电测距三角高程测量技术指标进行对向观测，其水准路线全长1088.85m。
对向观测斜距、竖直角各三测回，仪高、镜高分别沿三个基座脚螺旋方向各量取一次取用平均值。
3.1高程控制网示意图
第四章隧洞地面和地下平面控制测量设计说明
4．1确定遂洞地面和地下平面控制网的等级进行遂洞横向贯通误差的预计
4.1.1地面平面控制网引起的横向贯通误差
1、地面平面控制网引起的横向贯通误差的设计要求为
≤30mm。
由导线侧角误差而引起的横向贯通误差和导线测边误差而引起的横向贯通误差的计算公式分别为：
±
=
（公式4.1.1）
式中：
为测角、量边和洞口起始方位角误差所引起的横向贯通误差
为地面导线的测角中误差，以秒计；
为导线边长的相对中误差；
为各导线点至贯通面的垂直距离的平方和；
为各导线边在贯通面上投影的长度的平方总和；
=206265"
2、由表2.1.2得到：
=867919.070
=81897.162
代如公式4.1.1，并采用四等的精度进行误差的预算
取
=2.5″
=1∕35000
=2.5″
=
=11.291mm
=
=8.177
地面网平面控制网引起的横向贯通误差为：
=
=13.940mm≤30mm
表2．1．3光电测距附合（闭合）导线技术要求
等级
附合（闭合）
导线总长
（km）
平均
边长
（m）
测角中
误差
（"）
测距中
误差
（mm）
全长相对
闭合差
方位角
闭合差
（"）
测距要求
测距仪
等级
测回数
三
3.2
3.5
5.0
400
600
800
1．8
5
5
2
1：
55000
1：
60000
1：
70000
士3．6
2
2
1
2
2
2
四
1.8
3.0
3.5
300
500
700
2.5
7
10
5
1：
35000
l：
45000
1：
50000
±5
3
2
2
2
2
2
4.1.2地下平面控制测量误差引起的横向贯通误差
1、地下平面控制测量误差引起的横向贯通误差设计要求为
≤40mm，对于等边直伸的地下导线来说，导线的侧角误差引起横向误差，而量边误差与横向误差无关，因为地下导线一般为等边直伸支导线，其计算公式为：
（公式4.1.2）
式中：
为导线平均边长；
为导线的边数。
取
=100，
=8
=2.5″
代入公式4.1.2
=±17.25mm≤40mm
4.1.3横向总贯通误差
1、总贯通误差技术要求
≤50mm
=±22.18mm≤50mm
4.2地面和地下平面控制测量等级的各种技术要求
按《水利水电施工测量规范》（2003年版）
4.2.1地面控制测量的等级标志形状和尺寸的设计
1、平面控制网选点、埋设及标志
（1）平面控制点应选在通视良好、交通方便，地基稳定且能长期保存的地方。
视线离障碍物（距上、下和旁侧）不宜小于2.0m。
（2）对于能够长期保存、离施工区较远的平面控点，应着重考虑图形结构和便于加密；而直接用于施工放样的控制点则应着重考虑方便放样，尽量靠近施工区并对主要建筑物的放样区组成的图形有利。
控制点的分布，应做到坝轴线以下的点数多于坝轴线以上的点数。
（3）位于主体工程附近的各等级控制点和主轴线标志点，应埋设具有强制归心装置的混凝土观测墩。
其它部位可根据情况埋设暗标或半永久标志。
对首级网，同一等级的控制点应埋设相同类型的标志。
（4）各等级控制点周围应有醒目的保护装置，以防止车辆或机械的碰撞。
在有条件的地方可建造观测棚。
（7）对于测边网或边角网，其点位的选择，还应注意以下几点。
①视线应避免通过吸热、散热不同的地区，如烟囱等。
②视线上不应有任何障碍物，如树枝、电线等，并应避开强电磁场的干扰，如高压线等。
2、平面控制的暗标
（1）混凝土暗标如图4.2.1-1
4.2.2平面控制测量对测边、测角的要求
（表4.2.2）三角测量的技术要求
等级
平均
边长
（km）
测角
中误差
（″）
起始边
边长相对
中误差
最弱边
边长相对
中误差
三角形
闭合差
（″）
测回数
DJ1
DJ2
DJ3
二等
3.0
±1.0
1/250000
1/120000
±3.5
12
—
—
三等
2.0
±1.8
1/150000
1/70000
±7.0
6
9
—
四等
1.0
±2.5
1/100000
1/40000
±9.0
4
6
—
一级小三角
0.5
±5.0
1/40000
1/20000
±15.0
—
3
4
二级小三角
0.3
±10.0
1/20000
1/10000
±30.0
—
1
3
（表4.2.3）全站仪测量斜距和高差的测回数要求
等级
仪器标称精度
斜距和高差的测回数
改正气象数据
测角精度（″）
测距精度mm/km
盘左
盘右
温度最
小读数
气压最
小读数
三、四等
2
2
3
3
/
/
注：
一测回為照准一次，测距离和高差四次
2、水平角观测的技术要求及内业计算的精度要求
（1）水平角观测前，必须对经纬仪进行检验和校正。
检验项目和检验方法按《国家三角测量和精密导线测量规范》规定执行。
（2）水平角观测应遵守下列规定：
1）观测应在成像清晰，目标稳定的条件下进行。
晴天的日出、日落和中午前后，如果成像模糊或跳动剧烈，不应进行观测。
2）应待仪器温度与外界气温一致后开始观测。
观测过程中，仪器不得受日光
直接照射。
3）仪器照准部旋转时，应平稳匀速；制动螺旋不宜拧得过紧；微动螺旋应尽
量使用中间部位。
精确照准目标时，微动螺旋最后应为旋进方向。
4）观测过程中，仪器气泡中心偏移值不得超过一格。
当偏移值接近限值时，应
在测回之间重新整置仪器。
（3）水平角观测一般采用方向观测法，其操作步骤如下：
1）将仪器照准零方向标志，按度盘配置表配置度盘和测微器读数。
2）顺时针方向旋转照准部1～2周后精确照准零方向标志，并进行水平度盘测
微器读数（照准二次，各读数一次）。
（五等三角测量可只照准读数一次）。
3）顺时针方向旋转照准部，精确照准第2方向标志，按
（2）款方法进行读数；顺
时针方向旋转照准部依次进行第3、4、……、n方向的观测，最后闭合至零
方向（当观测方向数小于或等于3时，可不闭合至零方向）。
4）纵转望远镜，逆时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准零方向，按2）款方
法进行读数。
5）逆时针方向旋转照准部，按上半测回观测的相反次序依次观测至零方向。
以
上操作为一测回。
6）若测站方向数超过6个时，应分组进行观测。
分组观测时应包括两个共同方向，其中一个为共同零方向。
其两组共同方向观测角之差，不应大于同等级测角中误差的两倍。
采用方向观测法其主要技术要求应符合表4.2.3-3的规定。
（表4.2.4）水平角方向观测法技术要求
等级
经仪
型号
光学测微器两
次重合读数差
（″）
两次照准
读数差
（″）
半测回归
零差
（″）
一测回中
2c较差
（″）
同方向值各
测回互差
（″）
二、三、四
DJl
1
4
6
9
6
DJ2
3
6
8
13
9
五
DJ2
3
6
8
13
9
DJ6
—
12
18
—
24
注：
当观测方向的垂直角大于±3°时，该方向的2c较差，按相邻测回同方向进行比较，其差值仍应符合上表规定。
（4）水平角观测误差超过表4.2.4要求时，应在原来度盘位置上进行重测，并符合下列规定：
1）上半测回归零差或零方向2c超限，该测回应立即重测，但不计重测测回数。
2）同测回2c较差或各测回同一方向值较差超限，可重测超限方向（应连测原
零方向）。
一测回中，重测方向数，超过测站方向总数的l／3时，该测回应重测。
3）因测错方向、读错、记错、气泡中心位置偏移超过一格或个别方向临时被挡，均可随时进行重测。
4）重测必须在全部测回数测完后进行。
当重测测回数超过该站测回总数的1／3时，该站应全部重测。
（5）观测导线水平角，应遵守下列规定：
1）观测导线转折角时，若方向数为2，采用左、右角观测法，当方向数多于2
时，采用方向观测法，其测回数和观测限差与相应等级的三角测量相同。
2）观测四等以上导线水平角时，应在观测总测回数中，按奇数测回和偶数测回
分别观测导线前进方向的左角和右角。
观测右角时仍以左角起始方向为准换置度盘位置。
左角和右角分别取中数后相加，其与360°的差值不应超过本等级测角中误差的两倍。
3）如果导线较长，且导线通过地区有明显的旁折光影响时，应将总的测回数分为日、夜各观测一半。
4）在短边的情况下，应采用三联脚架法观测。
（6）观测手簿的记录、检查和观测数据的划改，应遵守下列规定：
1）水平角观测的秒值读、记错误，应重新观测，度分读、记错误可在现场更正。
但同一方向盘左、盘右不得同时更改相关数字。
2）天顶距观测中，分的读数在各测回中不得连环更改。
3）距离测量中，每测回开始要读、记完整的数字，以后可读、记尾数。
厘米以
下数字不得划改。
米和厘米部分的读、记错误，在同一距离的往返测量中，只能划改一次。
（7）水平角观测结束后，其测角中误差按下列公式计算：
1）三角网测角中误差：
（4.2.2）
2）导线（网）测角中误差的计算方法分两种情况。
a．按左、右角闭合差计算：
（4.2.3）
b．按导线方位角闭合差计算：
（4.2.4）
以上三式中
——三角形闭合差；
——左、右角之和与360°之差；
——附合导线（或闭合导线）的方向角闭合差；
——三角形个数或计算
的测站数；
N——附合导线或闭合导线环的个数。
3.光电测距
（1）根据测距仪出厂的标称精度的绝对值，按1km中误差，测距仪的精度分为
四级，其技术规格应符合表4.2.3-4的规定。
表4.2.3-4测距仪分级技术规格
测距中误差（mm）
测距仪精度等级
测距中误差（mm）
测距仪精度等级
1
3
2
4
仪器的标称精度表达式为
（4.2.3-5）
式中
——标称精度中的固定误差，mm；
——标称精度中的比例误差系数，mm／km；
D——测距长度，km。
测距前，应根据距离测量的精度要求，按上述标称精度表达式，正确地选择仪器型号。
（2）测距仪及辅助工具的检校。
1）新购置的仪器或大修后，应进行全面检校。
2）进行四等以上控制网的距离测量前，必须将测距仪送有关检验机构，进行全面的检验。
获得加、乘常数和周期误差等数据。
3）测距使用的温度计、气压计等也应送计量部门进行检测。
（3）测距作业应注意事项：
1）测距前应先检查电池电压是否符合要求。
在气温较低的条件下作业时，应有
一定的预热时间。
2）测距仪的测距头、反射棱镜等应按出厂要求配套使用。
未经验证，不得与其
它型号的相应设备互换使用。
3）测距应在成像清晰、稳定的情况下进行。
雨、雪及大风天气不应作业。
4）反射棱镜背面应避免有散射光的干扰，镜面不得有水珠或灰尘沾污。
5）晴天作业时，测站主机必须打伞遮阳，不宜逆光观测。
严禁将测距头对准太
阳。
架设仪器后，测站、镜站不得离人。
迁站时，必须取下测距头。
6）观测时气象数据的测取及各项观测限差应符合表4.2.3-5的规定，若出现超限
时，应重新观测。
当观测数据出现分群现象时，应分析原因，待仪器或环境
稳定后重新进行观测。
表4.2.3-5测距作业技术要求
项目
气象数据测定
一测回
读数较
差限值
（mm）
测回间
较差限值
（mm）
往返或光段
较差限值
（mm）
三角网等级
温度最
小读数
（C）
气压最
小读数
（Pa）
测定时间
间隔
数据
取用
测距仪等级
二
0.5
50
每边观
测始末
每边两端
平均值
2
3
1~2
三
0.5
50
每边观
测始末
每边两端
平均值
3
5
2
四
1.0
100
每边测
定一次
测站端
观测值
5
7
2～3
五
1.0
100
每边测
定一次
测站端
观测值
5
7
3
注：
往返较差必须将斜距化算到同一高程面上后方可进行比较。
7）温度计应悬挂在测站（或镜站）附近，离开地面和人体1.5m以外的阴凉处，读数前必须摇动数分钟；气压表要置平，指针不应滞阻。
（4）测距边的归算应遵守下列规定：
1）经过气象、加常数，乘常数（必要时顾及周期误差）改正后的斜距，才能化为
水平距离。
2）测距边的气象改正按仪器说明书给出的公式计算。
3）测距边的加、乘常数改正应根据仪器检验的结果计算。
4）测距边的倾斜改正、投影改正计算方法见附录K。
（5）测距边的精度评定．按下列公式计算。
1）一次测量观测值中误差：
（4.2.3-6）
对向观测平均值中误差：
（4.2.3-7）
2）任一边的实际测距中误差：
（4.2.3-8）
式中
——各边往返测水平距离的较差；
——测边数；
P——各边距离测量的先验权，令
可按测距仪的标称精度计算；
PD——第
边距离测量的先验权。
4、成果的验算和平差计算
（1）平差计算前，应对外业观测记录手簿、平差计算起始数据，再次进行百分之百的检查校对。
如用电子手簿记录时，应对输出的原始记录进行校对。
（2）内业计算前首先要对外业原始记录受簿进行200%的检查，既记录者自检完毕后再分别由另外两个人单独进行检查。
确保准确无误后才开始进行平差计算。
（3）控制网各项外业观测结束后，应进行各项限差的验算
光电测距导线网
a.导线方位角条件自由项限值：
（公式4.2.4-1）
b.导线闭合图形的自由项限值：
（公式4.2.4-2）
式中n——导线测站数
——相应等级导线规定的测角中误差
、
——附合导线两端已知方位角的中误差
（4）测角网、测边网按等权进行平差。
边角网和导线网的定权，可以根据情况，可从下列三种方法中选择：
1）根据先验方差定权。
即令
，
则：
（4.2.4-3）
或令
则：
（4.2.4-4）
式中
、
——取相应的等级先验值
——可取用仪器的标称精度
——角度观测值的权
——方向观测值的权
——测距边观测值的权
2）先分别按测角网和测边网单独平差求得各自的方差估值
（或
）、
，然后按1）款所列公式定权。
3）在条件允许时，也可考虑按方差分量估计原理定权。
（5）各等级平面控制网均采用严密的平差方法。
平差所使用的计算程序应该是经过鉴定或验算证明是正确的程序。
（6）内业计算数字取位的要求应符合表4.2.3的规定。
表4.2.3内业计算数字取位要求
等级
观测方向值
（〞）
改正数
边长坐标值
（mm）
方位角值
（〞）
方向（〞）
长度（mm）
三~四
0.1
0.1
1.0
1.0
0.1
第五章隧洞地面和地下高程控制测量设计说明
5.1地上高程控制测量误差引起的竖向贯通误差≤15mm；
地下高程控制测量误差引起的竖向贯通误差≤20mm；总竖向贯通误差≤25mm。
5.1.1竖向贯通误差的预算
竖向贯通误差的计算公式
（公式5.1.1）
式中：
、
为洞外、洞内高程测量中误差；
、
为洞外、洞内1km路线长度的高程测量高差中数中误差；
L、L´为洞外、洞内两洞口间水准路线长度。
表5.1.1洞外高程控制等级的选择
高程等级
隧洞相向开挖长度（km）
高程等级
隧洞相向开挖长度（km）
三
4～8
五
≤1
四
1～4
表5.1.2等级水准测量的技术要求
等级
二
三
四
五
（mm）
≤±1
±3
±5
±10
（mm）
≤±2
±6
±10
±20
仪器型号
DS05，DS1
DS1，DS3
DS3
DS3
水准尺
因瓦
因瓦、双面
双面
双面、单面
观测方法
光学测微法
光学测微法
中丝读数法
中丝读数法
中丝读数法
观测顺序
奇数站：
后前前后
偶数站：
前后后前
后前前后
后后前前
观测
次数
与已知点联测
往返
往返
往返
往返
环线或附合
往返
往返
往
往
往返较差、环
线或附合线
平丘地
路闭合差
（mm）
山地
——
注：
n为水准路线单程测站数，每公里多于16站时，按山地计算闭合差限差。
5.1.2根据高程控制网可得L、L´为1.088km和0.84km。
并由表5.1.1和表5.1.2选择相应的等级代入公式5.1.1得：
=±5.2mm≤±15mm
=±4.58mm≤±20mm
=±6.93mm≤±25mm
经计算竖向贯通误差符合规范要求。
5.2地面和地下高程控制测量的等级的各种技术要求：
5.21高程控制等级采用四等光电测距三角高程测量技术要求如下表：
（5.2.1）光电测距三角高程测量的技术要求
等级
仪器标称精度
距离测回数
天顶距
仪镜高丈量精度mm
对向观测高差较差mm
附合或环线闭合差mm
测距精度mm
测角
精度″
测回数
指标差较差″
垂直角较差″
中丝法
四等
2
2
2
2
9
9
±
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