1隧道洞外控制测量.docx
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1隧道洞外控制测量
1、隧道洞外控制测量
隧道洞外控制测量
QB/ZTYJGYGF-SD-0401-2011
第五工程有限公司谯生有
1前言
1.1工艺工法概况
随着测量技术的发展和测量器具的更新，隧道洞外控制测量技术得到了日新月异的发展。
隧道平面洞外控制测量最初是通过铟钢线尺测量基线然后用高精度经纬仪测角布设三角锁进行控制测量，70年代以来，随着红外测距仪广泛应用于测量领域，精密导线测量逐渐取代劳动强度大的三角锁测量而成为隧道洞外控制测量的主要方法，90年代以后，GPS静态精密定位技术逐渐应用于隧道洞外平面控制测量，目前，隧道平面控制测量优先选用GPS技术，只有部分中短隧道洞外平面控制测量使用导线测量。
洞外高程控制测量长期以来一直采用几何水准测量的方法，红外测距仪、全站仪广泛使用后，光电测距三角高程广泛用于中长隧道高程控制测量，对于测量精度要求高的特长隧道目前仍然采用几何水准测量。
1.2工艺原理
通过在各开挖洞口布设控制点，并采用相应的测量设备和技术方法测量控制点的坐标及高程，从而建立隧道各开挖面之间的空间几何关系，为洞内控制测量提供测量基准，确保隧道施工过程中测量控制及贯通精度。
2工艺工法特点
基于测量设备的更新换代，摒弃了选点困难劳动强度大的三角测量技术，优先采用GPS技术进行洞外平面控制测量，无需翻山越岭即可实现洞外平面控制测量，大大提高了测量效率，降低了测量成本。
根据隧道贯通精度要求，在满足贯通精度的条件下，洞外高程控制测量采用光电测距三角高程测量，对精度要求高的特长隧道、高速铁路隧道，洞外高程控制测量采用精密几何水准测量，既能满足精度要求，又能最大限度提高测量效率。
3适用范围
适用于铁路、公路、地铁、水利、水电、矿山等隧道工程洞外控制测量。
4主要引用标准
《铁路工程测量规范》TB10101
《高速铁路工程测量规范》TB10601
《城市轨道交通工程测量规范》GB50308
《公路勘测规范》JTGC10
《水利水电工程测量规范（规划设计阶段）》SL197
《工程测量规范》GB50026
5洞外控制测量施测方法
洞外平面控制测量采用导线测量、GPS测量施测，高程控制测量采用光电测距三角高程或几何水准测量施测。
中长隧道洞外控制网可布设为平面、高程三维网，平面控制网与光电测距三角高程网“两网合一”进行观测，导线网闭合环的边数宜为4～6条。
隧道洞外平面控制测量应优先采用GPS测量，GPS测量点与点之间无需通视，在隧道各开挖洞口布设3个以上控制点，由大地四边形或三角形网构成GPS带状网。
对精度要求高的特长隧道、高速铁路隧道，洞外高程控制测量采用精密几何水准测量方法施测。
6工艺流程及操作要点
6.1量测工艺流程
洞外控制测量前应收集隧道设计资料，已有测量成果资料，并根据隧道规模、贯通精度要求等进行方案设计，确定控制测量方案。
测量流程如图1：
洞外
二
36＞
≤1.0
三
13～36
≤3.0
四
5～13
≤5.0
五
＜5
≤7.5
6.2.3现场踏勘
为了具体了解实地情况，必须沿隧道线路方向，对隧道所穿越的地区进行详细踏勘，观察和了解隧道两侧的地形及道路交通分布情况。
踏勘时，应特别注意隧道进出口、竖井、斜井、平洞洞口位置，以及洞口地形与施工设施的布置情况。
6.2.4选点埋石
结合现场踏勘情况及施测方法来选定洞外控制网的布设方案，根据线路走向、隧道的进出口、斜井及平洞等的位置进行选点，必要时可用全站仪现场测设隧道洞口位置。
一般，应在每个洞口附近布设不少于3个平面控制点和2个水准点，长大隧道洞口宜布设4个平面控制点和3个水准点。
控制点埋设深度不小于1m，冻土地段应埋设至冻土线一下0.3m，埋设为混凝土桩，并用φ20的不锈钢柱上刻“+”做测量标志，桩顶规格为400mm×400mm。
采用导线控制的隧道，导线网应沿两洞口连线方向布设成多边形闭合导线环。
控制点应布设在洞口附近土质坚实、视野开阔、通视良好，施测方便、便于保存且高程适宜之处。
每个洞口的两个水准点间的高差，宜安置一次水准仪即可联测，视线应超越和旁离障碍物1m以上。
通过水田、沙滩时应适当增加视线高度。
隧道控制点应埋设混凝土不锈钢金属标志，水准点可以在稳固基岩上刻凿。
采用导线测量的隧道隧道过渡点设木桩小钉即可。
对于桥隧紧密相连或隧道紧密相连的情况，要布设统一的控制网，以利于线路中线的正确连接。
向洞内传算方位的定向边长度不宜小于300m。
洞口GPS控制点应方便用常规测量方法检测、加密、恢复和向洞内引测，洞口子网各控制点间应尽量通视。
选择布设哪种控制网为宜，应根据各单位所拥有的仪器情况，隧道横向贯通误差要求的大小，隧道线路通过地区的地形情况以及建网费用等方面进行综合考虑，对于长度大于4km的长大隧道应采用GPS定位技术进行控制测量。
用GPS进行隧道洞外控制测量，只需在洞口处布点，埋石与常规方法的要求相同，但选点位置直接影响GPS测量的观测质量，因此GPS点位应埋设在开阔地带，远离高压线、发射塔、树木、房屋等遮盖物。
点位务必选在高度角15°以上无障碍物遮挡的地方。
6.2.5平面控制测量
1GPS测量
1）GPS网形布设
隧道洞外GPS网应联测足够数量的线路控制点以建立隧道控制网与线路控制网之间的关系。
若设计单位布设的洞外控制网满足隧道贯通精度要求，施工单位应以同网、同精度原则对设计单位布设的控制网进行复测，复测设计单位控制点满足要求时以设计单位成果作为洞内控制测量依据，若设计单位未对隧道进行控制测量，则施工单位应按照精度要求对隧道洞外进行控制测量。
GPS主网应布设成三角形或大地四边形，由洞口子网和联系子网的主网构成，隧道每个开挖洞口的子网一般布设4个稳定可靠的GPS控制点并互相通视组成大地四边形，控制点与洞口投点的高差不宜过大，GPS控制网进洞联系边最大俯仰角不宜大于5°。
当洞口子网采用GPS测量困难时，可以测量一条GPS定向边，子网的其他控制点采用全站仪测量。
2）GPS测量主要技术指标
铁路GPS控制网测量等级共分五等，各等级GPS测量主要技术指标应符合表4规定：
表4各等级GPS控制网测量的主要技术要求
等
级
固定误差a
（mm）
比例误差系数b（mm/km）
基线方位角
中误差（″）
约束点间的
边长相对中误差
约束平差后
最弱边边长相对中误差
一等
5
1
0.9
1/500000
1/250000
二等
5
1
1.3
1/250000
1/180000
三等
5
1
1.7
1/180000
1/100000
四等
5
2
2.0
1/100000
1/70000
五等
10
2
3.0
1/70000
1/40000
注：
当基线长度短于500m时，一、二、三等边长中误差应小于5mm，四等边长中误差应小于7.5mm，五等边长中误差应小于10mm。
3）各等级GPS测量作业的基本技术要求应符合下表5规定：
表5各等级GPS测量作业的基本技术要求
等级
项目
一等
二等
三等
四等
五等
静
态
测
量
卫星截止高度角（°）
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
同时观测有效卫星数
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
有效时段长度（min）
≥120
≥90
≥60
≥45
≥40
观测时段数
≥2
≥2
1～2
1～2
1
数据采样间隔（s）
15～60
15～60
15～60
10～30
10～30
接收机类型
双频
双频
双频
单/双频
单/双频
PDOP或GDOP
≤6
≤6
≤8
≤10
≤10
快
速
静
态
测
量
卫星截止高度角（°）
－－
－－
－－
≥15
≥15
有效卫星总数
－－
－－
－－
≥5
≥5
观测时间（min）
－－
－－
－－
5～20
5～20
平均重复设站数
－－
－－
－－
≥1.5
≥1.5
数据采样间隔（s）
－－
－－
－－
5～20
5～20
PDOP（GDOP）
－－
－－
－－
≤7（8）
≤7（8）
注：
平均重复设站数≥1.5是指至少有50%的点设站2次。
4）GPS外业观测技术要求
Ⅰ观测过程中应严格执行作业调度计划，按规定时间进行同步观测，不得中途随意更改作业计划，特殊情况需要变更作业计划的必须经带队组长同意；
Ⅱ同步观测时段数及时段长度、采样间隔应符合规范要求；
Ⅲ作业过程中，天线安置严格整平、对中，每时段观测前后分别量取天线高，两次测量互差小于2mm，取两次平均值作为最终结果；
Ⅳ同一时段观测过程中不得关闭并重新启动仪器，不得改变仪器的参数设置，不得转动天线位置；
Ⅴ作业过程中中使用对讲机时，应远离GPS接收机10m以外；
Ⅵ一个时段观测结束后，应改变仪器高度重新对中整平仪器，进行第二时段的观测；
Ⅶ观测过程中应按规定填写观测手簿，详细记录观测点名、仪器高、仪器型号、出厂编号、观测时间及观测者姓名，并描绘点之记；
Ⅷ观测过程中若遇到雷雨、风暴天气应立刻停止当前观测，确保人员设备的安全。
5）GPS测量数据处理与平差
GPS测量数据处理与平差流程如图2：
图2GPS测量数据处理与平差流程
2导线测量
1）导线测量的技术要求应符合下表6规定：
表6洞外导线测量的技术要求
等级
测角中误差（″）
测距相对中误差
方位角闭合差（″）
测回数
0.5″级仪器
1″级仪器
2″级仪器
二等
1
1/200000
±2.0
6
9
-
1
1/100000
±2.0
6
9
三等
1.8
1/80000
±3.6
4
6
10
四等
2.5
1/50000
±5
3
4
6
注：
表中n为测站数，D为测距边长，以千米计。
在直线隧道中，为了减少导线量距误差对隧道横向贯通的影响，应尽可能将导线沿着隧道的中线敷设。
导线点数不宜过多（即在踏勘过程中将所选导线点边长尽量拉长），以减少测角误差对横向贯通的影响。
对于曲线隧道而言，导线亦应沿两端洞口连线布设成直伸型导线为宜。
在设有横洞、斜井和竖井的情况下，导线应经过这些洞口。
为了增加校核条件、提高导线测量的精度，都使其组成闭合环。
为了便于检查，保证导线的测角精度，应增加闭合环个数以减少闭合环中的导线点数，以便将闭合差检查限制在较小范围内，每个导线环由4～6条边构成。
按闭合导线要求施测全部边和角，这样可以提高导线网的可靠性，并且可以形成高程闭合环。
为了减小仪器误差对导线角的影响，导线点间的高差不宜过大，视线应超越和旁离障碍物lm以上，以减小地面折光和旁折光的影响。
对于高差大的测站，采用每次观测都重新整平仪器的方法进行多组观测，取多组观测值的均值作为该站的最后成果。
2）水平角观测
导线环的水平角观测，应以总测回数的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，以左角起始方向为准配置度盘位置。
测站的圆周角闭合差=[左角]均+[右角]均-360°，应不大于限差，对于二、三、四等导线限差分别取±2.0”，±3.5”，和±5.0”。
导线环角度闭合差应小于限差
W限=±2
式中，m为设计所需的测角中误差，n为导线环内角的个数。
导线环的测角中误差，可按下式估算：
式中fβ——导线环（段）的角度闭合差（″）；
N——导线环（段）的个数；
n——导线环（段）的角度个数。
由洞外向洞内的测角工作，宜在夜晚或阴天进行。
3）精
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