隧道测量运用知识.docx
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隧道测量运用知识
一般规定
5、1、1平面坐标系及其基准
隧道平面控制网得坐标系应建立施工独立坐标系。
施工独立坐标系应以隧道平均高程面为基准面,平面控制网得测量成果应归算到隧道平均高程面上。
直线隧道:
宜以隧道中线为X轴,里程增加方向为X轴正方向,X坐标即为相应得线路里程;
曲线隧道:
隧道内夹直线较长时,宜以夹直线为X轴;隧道主要在曲线上时,选取切线为X轴。
5、1、2隧道高程系统应采用与线路设计相同得高程系统。
5、1、3控制测量方法
隧道平面控制测量应结合隧道长度、平面形状、线路通过地区得地形与环境等条件,采用GPS测量、导线测量、三角测量及其综合测量方法。
10km以上得特长隧道应优先采用GPS控制测量。
高程控制测量一般可采用水准测量、光电三角程测量。
隧道洞外控制测量应在隧道开始衬砌之前完成。
5、1、4贯通限差规定
隧道两相向施工中线在贯通面上得横向贯通限差与高程贯通限差应符合表5、1、4得规定。
表5、1、4横向与高程贯通限差（mm）
横向贯通限差
高程贯通限差
两开挖洞口间长度（km）
＜4
4~7
7~10
10~13
13~17
17~20
20~25
25~30
30~35
100
150
200
300
400
500
600
700
850
50
注:
本表不适用于利用竖井贯通得隧道。
5、1、5测量设计规定
隧道平面与高程控制测量原则上应进行测量设计,确定控制测量方式、布网方案及测量精度。
长度大于2000m得隧道应根据隧道横向允许贯通中误差要求,估算地表控制测量产生得横向贯通误差影响值,并作出洞内测量精度设计。
水准路线长度大于5000m得隧道应根据高程允许贯通中误差要求,估算地表高程控制测量产生得高程贯通误差影响值,并确定洞内高程测量等级。
5、1、6控制网与设计线路关系
1进行了设计定线得隧道,建立控制网时,应扣联线路控制点（中控点）,将线路纳入控制网构成整体。
直线隧道应扣联两端洞口附近各一个中线控制点,该两点连线确定隧道中线方向与位置;曲线隧道洞外切线,应选择具有方向代表性得中线控制点扣联。
控制测量后,相关洞外线路应以隧道控制测量结果为准。
2未作精确定线得隧道,施工控制网得两端应与设计控制网相联系,以求得坐标相互转换。
隧道中线及相关中线应依据设计坐标测设。
3洞外施工得高程控制测量,应从隧道一端得设计高程点起算,至另一端得设计高程点闭合,并求出高程差。
5、1、7控制网点布设基本要求
1地表控制网应沿两洞口连线方向布设;
2控制网应布设成多边形组合图形,构成闭合检核条件,以提高控制网得可靠性;
3地表控制点应布设在视野开阔、通视良好、土质坚实得地方;
4控制点间得视线应超越与旁离障碍物1m以上,当通过水田、沙滩时,应适当增加视线高度;
5测站与觇标场地应清理与平整,以利于观测;
6除水准点可利用基岩或在稳固得基石上刻凿外,其余均应埋设混凝土包金属标志。
标志规格与埋设要求应符合本规范附录B得规定。
5、1、8洞口网布设要求
洞口网布设除应满足5、1、7得基本要求外,还应符合以下要求:
1洞口附近应布设不少于三个平面控制点与不少于两个高程控制点;
2用于向洞内传算方向得洞外联系边长度:
当隧道长度大于4km时,不宜小于300m;隧道长度小于4km时,不宜小于200m;特长隧道得GPS控制网联系边不宜小于500m。
相邻边长比应小于1:
3。
3洞口平面控制点应便于向洞内引测导线与洞口中线施工放样。
4常规网得进洞联系边最大俯仰角不应大于15°;GPS控制网进洞联系边两端应尽可能等高,最大俯仰角应不大于5°。
5布设GPS洞口控制点时,应考虑用常规测量方法检测、加密、恢复控制点以及向洞内引测得需要,洞口子网控制点至少应与其它两个控制点通视。
6洞口附近得高程控制点应尽可能与隧道洞口等高,两水准点间高差以水准测量1~2站即可联测为宜。
5、1、9控制测量必须在桩点稳固、可靠、确认后进行。
5、1、10检测项目规定
隧道控制测量在下列部位与测量阶段必须进行检测
1利用洞外控制点在洞口增设与恢复控制点时,应对相联系得控制点进行检测;
2由洞口控制点向洞内引测导线、中线及高程时,应对相联系得洞口控制点进行检测;
3建立新一期洞内导线与高程控制点时,应对相联系得上一期导线点、高程控制点进行检测。
5、1、11检测限差规定
检测得精度应不低于原测精度。
1平面控制点间得角度、边长检测结果与原测结果之差应不超过按下式计算得限差:
式中m1、m2—分别为原测、检测得测边或测角中误差。
2高程控制点间高差检测结果与原测结果之差应不超过按下式计算得限差:
mΔ—相应等级规定得水准测量每公里偶然中误差;
L—检测高程点间得水准路线长度（km）
当检测与原测成果较差满足限差要求时,采用原测成果。
若超限时,则应从相邻点逐点检测至符合要求得点为止,并分析超限原因。
如发现点位位移,则应按重测得合格结果计算成果。
5、1、12内业计算及资料处理规定
1内业各项计算,应由两组独立进行,计算过程中应分阶段及时检校。
2已作设计定线得隧道,应以控测后得线路方向计算曲线转角及曲线资料;以控测后得线路长度计算里程并推至洞外断链。
3未作精确定线得隧道,当施工控制网精度低于与等于设计控制网精度时,应以设计网作约束,平差施工网,消除不符值;若施工网精度高于设计网精度时,则应以设计控制网一端得一条边为起算值,并给出控制网终端联系边（共公边）得坐标差及方位差,并通报相关单位。
4洞外高程控制测量结果与设计高程得不符值（高程差）,当施工控制高程精度低于与等于设计高程精度时,应采用约束平差、消除高程不符值;施工高程控制测量精度高于设计高程精度时,将不符值（高程差）推出洞外至设计高程点上,并通报相关单位。
5进行约束平差时,应对约束网进行必要得检测,对不符值进行分析比对,选用合理得约束条件平差。
5、1、13测量用得GPS接收机、经纬仪、水准仪及标尺、全站仪或光电测距仪,在使用前必须检校并应符合下列规定:
1GPS接收机
1）接收机与接收天线应匹配,主机及附件齐全;
2）天线连接件、各种电缆得型号及接口配套完好;
3）光学对中器、天线、基座或对中杆得圆水准器检校合格;
4）电池、充电器功能完好;接收机数据传输接口配件及软件齐全,数据传输性能正常。
2经纬仪
1）照准部旋转时,各位置气泡读数互差:
DJ1仪器不应超过2格;DJ2仪器不应超过1格;
2）光学测微器行差:
DJ1仪器应不超过1″,DJ2仪器应不超过2″
3）照准部旋转时仪器底座位移而产生得系统误差:
DJ1仪器应不超过0、3″;DJ2仪器应不超过1、0″
4）水平轴不垂直于竖轴之差得绝对值:
DJ1仪器应不超过10″;DJ2仪器应不超过15″
5）经纬仪两倍视轴差得绝对值:
DJ1仪器应不超过20″,DJ2仪器应不超过30″
6）光学对中器旋转180,先后标定得两点应重合。
3水准仪及标尺
1）水准仪视准轴与水准管轴在竖直面上得夹角（i角）用于二等水准得仪器应不超过15″;用于三、四等水准得仪器应不超过20″
2）水准仪光学测微器得效用应正确,其分划值得平均值与名义值之差应不超过0、001mm。
3）水准标尺得圆水准器气泡,当水准标尺位于垂直位置时应居中。
4）水准标尺分划面弯曲差（矢距）,对于线条式因瓦水准标尺应不超过4mm;对区格式水准标尺应不超过8mm
4光电测距仪及全站仪
1）测尺频率得校正精度应高于1×106
2）发射、接收、照准三轴之间应平行或重合。
3）周期误差得振幅应不大于仪器标称精度中固定误差得0、6倍,检定中误差应不大于0、5mm
4）加常数得检定中误差应不大于标称精度中固定误差得0、5倍,乘常数检定中误差应不大于比例误差系数得0、75倍。
5）光学对中器旋转180时,先后标定得两点应重合。
6）安置反射器得对中杆使用前应检查圆水准得正确性;安置反射器得光学对中器旋转180时,先后标定得两点应重合。
5、1、14控制测量使用得GPS接收机、全站仪、光电测距仪、经纬仪、水准仪,必须定期送法定计量检定机构周检。
隧道测量设计及贯通精度估算
5、2、1允许贯通中误差规定
洞外、洞内控制测量误差对每个贯通面得贯通误差影响值应符合表5、2、1得规定。
表5、2、1允许贯通中误差（mm）
测量部位
横向允许贯通中误差
高程允许贯通中误差
相邻两开挖洞口间长度（km）
＜4
4~8
8~10
10~13
13~17
17~20
20~25
25~30
30~35
洞外
30
45
60
90
120
150
150
150
150
18
洞内
40
60
80
120
160
200
260
320
400
17
洞外洞内总影响
50
75
100
150
200
250
300
350
425
25
5、2、2隧道测量设计前应收集下列资料:
1线路平面图及洞口附近地形图、线路纵断面图;
2辅助导坑布置图及洞口施工场地布置图;
3定测平面与高程控制桩及相关成果资料;
4隧道附近国家大地点、水准点及资料,含坐标系统、高程系统、成果数据及控制点在原网中得位置与精度;
5进行GPS控制测量时须用得隧道所在地区高程异常图。
5、2、3测量设计得基本内容
测量设计应根据隧道长度与允许贯通中误差,结合控制网得选布进行测量精度设计。
其基本内容应包括:
1平面控制网测量前精度设计:
依据洞外允许横向贯通中误差,结合实际布网条件,一般可按贯通近似估算公式作精度设计。
确定精度等级、观测精度、仪器、观测量与作业要求等。
2平面控制网测量后贯通精度检算:
采用平差后得精度,按贯通误差严密估算公式,检算控制测量得横向贯通中误差。
检算得横向贯通中误差必须满足允许贯通中误差规定,控制测量视为合格。
3根据洞口不同控制点组合估算得横向贯通中误差,择优选择引测进洞得洞外联系边。
4洞内导线测量设计:
依据洞内允许得横向贯通中误差,结合隧道长度与施工方法,一般可按贯通近似估算公式作测量精度设计,确定精度等级、导线边长、仪器、观测量、作业要求等。
5高程控制网测量设计:
根据勘选得地表高程路线长度与洞内贯通长度,按高程贯通误差估算公式分别估算洞外、洞内高程贯通中误差。
施测前设计确定高程测量精度,施测后按平差精度检算高程贯通中误差。
检算得高程贯通中误差必须满足允许贯通中误差得规定,控制测量视为合格。
6洞外、洞内控制测量由同一个测量机构施测时,测量设计可整体考虑,允许将洞外测量得贯通影响裕量纳入洞内测量设计,但洞内、外总影响值必须符合规定。
5、2、4隧道平面与高程控制测量设计要素可按表5、2、41与表5、2、42选用。
表5、2、41平面控制测量适用长度及设计要素
测量部位
测量方法
测量等级
适用长度
洞口联系边方位精度（秒）
测角精度（秒）
边长相对
中误差
洞外
GPS
测量
一
30~35km
1、0
—
—
二
20~30km
1、3
—
三
<20km
1、7
—
导线
测量
一
20~35
—
0、7
1/200000
二
8~20
—
1、0
1/200000
6~8
—
1/100000
三
4~6
—
1、8
1/80000
四
2~4
—
2、5
1/50000
五
＜2
—
4、0
1/20000
三角
测量
一
20~35
—
0、7
1/300000
二
8~20
—
1、0
1/200000
6~8
—
1/150000
三
4~6
1、8
1/100000
四
2~4
2、5
1/50000
洞内
导线
测量
二
6~35
1、0
1/100000
三
4~6
1、8
1/50000
四
2~4
2、5
1/50000
五
＜2
4、0
1/20000
表5、2、42高程控制测量适用得水准路线长度及设计要素
测量
部位
测量等级
两开挖洞口间高程路线长度（km）
每千米高程
测量偶然中误差
水准仪等级
全站仪等级
水准标尺类型
洞外
二
＞36
≤1、0
DS0、5、DS1
线条式因瓦水准尺
三
13~36
≤3、0
DS1/I
线条式因瓦水准尺
DS3/I
区格式水准尺
四
5~13
≤5、0
DS3/I
区格式水准尺
五
＜5
≤7、5
DS3/I、II
区格式水准尺
洞内
二
＞32
≤1、0
DS1
线条式因瓦水准尺
三
11~32
≤3、0
DS3/I
区格式水准尺
四
5~11
≤5、0
DS3/I
区格式水准尺
五
＜5
≤7、5
DS3/I、II
区格式水准尺
5、2、5竖井联系测量得平面控制宜采用光学投点、陀螺仪定向。
高程测量宜采用光电测距仪或全站仪导高。
贯通精度应根据技术条件,另行设计。
光学垂准仪得精度应按井深选择,可在1/50000~1/200000之间选定。
陀螺仪得定向精度应不低于10″级。
5、2、6GPS控制测量横向贯通精度估算
1近似估算应按下式计算:
式中:
mJ、mC—分别为隧道进出口GPS控制点Y坐标误差;
LJ、LC—分别为洞口GPS控制点至贯通点得长度;
mα、mβ—分别为进出口GPS联系边得方位中误差;
θ、φ—分别为进出口控制点至贯通点连线与贯通点线路切线得夹角。
2严密估算应按下式计算:
式中σΔx、σΔy、σΔxΔy—分别为贯通点x、y坐标得方差与协方差;
αF—为贯通面得方位角
5、2、7常规控制测量（导线网\三角网\边角网及其组合）横向贯通精度估算
1近似估算应按下式计算:
式中myβ—测角误差影响在贯通面上得横向中误差（mm）,
myl—测边误差影响在贯通面上得横向中误差（mm）,
1）myβ应按下式计算
式中mβ—控制网设计得测角中误差（″）
Rx—控制网邻近两洞口连线得一列测边上得各点至贯通面得垂直距离（m）。
2）myl应按下式计算
式中ml/l—控制网设计得边长相对中误差;
dy—控制网邻近隧道两洞口连线得一列测边在贯通面上投影长度（m）。
2严密估算应按下式计算:
式中σΔx、σΔy、σΔxΔy—分别为贯通点x、y坐标得方差与协方差;
αF—为贯通面得方位角
5、2、8当三角锁采用条件平差时,严密估算横向贯通精度应按下式计算
式中Mr—由于方向测量误差影响产生在贯通面上得横向中误差（mm）
Mb—由于起始边测量误差影响产生在贯通面上得横向中误差（mm）
1、Mr应按下式计算
式中mr—方向观测中误差（″）,可在平差计算成果中摘取。
ρ″—206265″
1/Pφ—平差后求得得方向测量误差对横向贯通误差影响得权倒数。
2、Mb应分别按下列公式计算
1）一条起始边时
式中yc、yJ—三角锁出口、进口控制点C与J得横坐标（m）;
mb/b—起始边边长相对中误差。
2）两条起始边并加入基线条件平差时
式中mb1、mb2—起始边边长中误差（mm）
Fb1、Fb2—起始边边长误差对贯通精度得影响系数,可从条件平差表格中直接摘取。
5、2、9高程贯通精度估算
洞外、洞内高程控制测量误差影响产生在贯通面上得高程贯通中误差应按下式计算:
式中MΔ—每千米高程测量偶然中误差（mm）,水准测量按本规范式计算,三角高程双导线按计算。
L—洞外或洞内高程路线长度（km）。
GPS控制测量
5、3、1隧道GPS平面网除应满足5、1、7与5、1、8得布网要求外,还应满足以下要求
1隧道GPS控制网由洞口子网与子网间得联系网组成。
当洞口子网布网特别困难时可布设一条定向边,并与常规仪器联合测量增设控制点形成洞口控制网。
2布网时应将选定得独立施工坐标系得坐标原点与X轴方向点纳入GPS控制网。
3对于特长隧道,应分段布设控制网,以边连或网连方式联测。
15、3、2洞口GPS点位要求（略,见3、1）
应满足工程测量得需要与技术设计要求。
点位基础坚实稳定、安全,易于保存,便于安置接收机设备与操作,观测与使用不受干扰。
周围视野开阔,便于布设通视方向,利于用常规测量方法扩展与联测。
附近不应有强烈干扰卫星信号接收得物体,远离大功率无线电发射台（如电视台、微波站等）,其距离不宜小于200m;远离千伏高压输电线,其距离不宜小于50~100m;特殊情况下可缩短,但应使用抗干扰性能强得接收机观测。
对天空通视情况良好,高度角15˚以上不得有成片障碍物阻挡卫星信号;应尽量减少多路径影响,避免在截止高度角上方有成片反射物。
交通方便,易于寻找与到达。
测量模式
1隧道GPS控制测量应采用静态相对定位模式,并使用双频接收机;用于同步观测得接收机数量不少于3台套。
2洞口子网与子网间得联系网可分别采用不同时段长度进行观测,但均不得少于60分钟。
3GPS洞口联系边应为直接观测边。
联系网宜在不同卫星组下进行观测。
4洞口子网与联系网得重复设站率≥2。
5、3、3观测记录与基线解算过程记录得内容及相关要求
1接收机自动记录与测量外业手簿记录得信息应包括:
相位观测值及其对应得时间、卫星星历参数、测站与接收机初始信息（测站名、测站号、时段号、近似坐标及高程、天线及接收机编号、天线高）等。
2卫星测量可不观测气象元素,但应记录天气状况。
对于基线长度大于20km或有特殊需要、精度要求特别高得控制网应同时观测气象元素。
3外业测量记录应现场填写,不得事后补记或追记。
完成测量后,外业测量记录应按控制网装订成册,交内业验收。
4当天得仪器观测记录数据应及时录入计算机硬盘,并拷贝成一式两份;数据文件备份时,不得进行任何剔除或删改,不得调用任何对数据实施重新加工组合得操作指令。
5解算基线时应建立具有可追溯性得基线解算过程记录,以记录解算模式、开窗、删星等具体操作。
6用于数据处理得软件必须通过正式鉴定或检测。
5、3、4GPS网起算数据
1各级网基线处理时,卫星广播星历坐标可作基线解得起算数据。
基线需要高精度处理时,也可采用精密星历作为基线解得起算数据。
2基线解算中起算点应有WGS84坐标,起算点坐标精度不宜低于20m。
所需要得起算点坐标,应按以下优先顺序采用:
1）国家A、B级网控制点或其她高等级GPS控制点得WGS84坐标;
2）国家或城市等级控制点转换到WGS84后得坐标值。
3）不少于观测90min得单点定位结果得平均值提供得WGS84坐标。
4）随机商用处理软件从定位结果中自动选择。
5、3、5基线解算
1根据数据处理软件得功能,基线解算一般可采用多基线解或单基线解得解算模式。
基线解算时,长度小于15km得基线应采用双差固定解;15km以上得基线可在双差固定解与双差浮点解中选择最优结果。
30km以上得基线,也可采用三差解作为基线解算得最终结果。
2GPS控制点间距离超过20km时,基线解算应加入对流层与电离层改正。
3用于后续平差处理得基线向量结果应包括:
基线名（起点—终点）、时段号、基线WGS84三维坐标向量增量及其方差—协方差阵等。
5、3、6基线向量得质量应符合下列要求:
1基线解质量因子应符合处理软件得规定。
一般应检查以下指标:
基线误差rms或相对精度ppm、整周残差、ratio（比率）值、RDOP值等就是否满足要求。
2利用批处理软件处理得基线,当基线质量因子满足软件规定时,可不进行同步环检验。
3采用单基线处理模式时,对于采用同一数学模型得基线解,其同步时段所组成得环应进行同步环闭合差检验,限差应符合表5、3、61基线质量检验限差表得相关规定。
4对采用不同数学模型得基线解,其同步时段中所组成得环按独立环闭合差得要求检核。
5由若干条独立基线边组成得独立环或者附合路线应进行闭合差检验,其闭合差应符合表5、3、61基线质量检验限差表得相关规定。
6重复观测基线较差得限差应符合表5、3、61基线质量检验限差表得相关规定。
7以上指标超限时,应全面分析原因,提出解决方案,组织补测与重测。
表5、3、61基线质量检验限差表
检验项目
限差要求
X坐标分量闭合差
Y坐标分量闭合差
Z坐标分量闭合差
环线全长闭合差
同步环
独立环（附合路线）
重复观测基线较差
≤
注:
1、σ—相应等级规定得弦长精度。
当使用得接收机标称精度高于等级规定得a、b值时,应采用接收机得标称精度计算σ;
2、n—为闭合环边数。
3当环由长短悬殊得边组成时,宜按边长与等级规定得精度计算每条边得σ,并按误差传播定律计算环闭合差得精度,以代替表中得,计算环闭合差得限差。
5、3、7无约束平差
1基线质量检验符合要求后,应根据控制网技术设计方案,以所有独立基线构成控制网,以三维基线向量及其对应得方差—协方差阵作为观测信息,用独立施工网坐标系原点得WGS84坐标（可由坐标增量从GPS网坐标起算点传算得到）为起算值,进行无约束平差。
2GPS控制网应采用WGS84无约束平差成果计算施工独立坐标并评定精度。
坐标转换时,采用隧道测区平均经度作为中央子午线经度,设计得隧道平均高程作为投影面高程,可采用工程椭球直接投影法（见附录A）。
5、3、8约束平差
1若隧道测区有更高精度控制网或高精度得测量元素需要进行联测,在GPS无约束平差得基础上,可以采用GPS网与地面网得三维平差法、二维联合平差法,或采用以联测点为约束条件得约束平差法与以基线向量为约束条件得基线向量约束平差法进行平差。
2作为约束条件得已知坐标、已知距离、已知方位角可以作为强制约束得固定值,也可以作为加权约束得可变值。
3约束平差基线向量改正数与无约束平差得同名基线改正数得较差（dvx、dvy、dvz）应符合下式得规定,否则认为参与约束得某些条件不成立,应删除误差较大得约束条件,直至满足下式:
dvx≤2σ,dvy≤2σ,dvz≤2σ。
5、3、9平差计算应进行以下检验:
1观测值得误差分布就是否合理,检验误差就是否存在粗差。
若有粗差,则剔除该观测值,重新进行平差与检查,直至参加平差得观测值无粗差为止。
2控制网方位角中误差、距离相对中误差应满足（表1、3、11）相应等级规定得精度指标。
5、3、10GPS控制网外部检核
隧道GPS控制网施测完成后,应使用常规仪器检测洞口子网控制点间距离与角度,超限时应分析原因并做出相应处理。
1检测距离应投影到相同高程面后再进行比较。
可按GPS接收机与全站仪得仪器标称精度计算距离较差中误差,限差按2倍中误差计。
2角度检测应顾及垂线偏差影响。
角度较差得限差可按该等级GPS网方位中误差得倍计。
5、3、11隧道GPS测量贯通误差估算
隧道GPS控制网施测完成并达到技术设计要求后,应估算GPS网测量对隧道横向贯通误差得影响值,估算时,联系边得方位角精度小于1、0”,按1、0”计。
GPS测量对贯通误差得影响值应满足表5、2、1得规定,否则应重新进行技术设计与测量。
合格后应作出洞内测量设计及作业建议。
洞外导线测量与三角测量
5、4、1导线网布设要求
洞外导线测量平面控制网除应满足5、1、7与5、1、8得要求外,还应满足以下要求:
1导线应组成多边形闭合导线环。
每个环得边数宜为4~6条。
导线网图形应简单。
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