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隧道施工测量毕业论文

隧道施工测量圆曲线的测设、隧道的贯通

厚意岩土技术083工程测量学文

（浦东新区南汇区临港新城临港大道11号地铁8标、9标）

一、开题报告　

研究课题：

隧道施工中的圆曲线测设和隧道的贯通

容摘要：

对隧洞工程的开挖，在各种规中的要求很多，精度也要求比较高，特别是对有些管道及特种工程的隧洞。

对施工单位而言，洞控制测量精度的高低就直接影响到贯通的精度，为保证隧洞在允许精度贯通，我们首先要对洞控制测量进行设计，在未贯通前对已施测的测量成果要进行相应的精度估算，为保证相应的控制测量精度还要采取相应的测量方案，下面就这几方面进行相应的探析。

关键词地铁车站深基坑 圆曲线的测设 测量设计 贯通

引言

《礼记》有云：

大学之道，在明德，在亲民。

在提笔撰写我的毕业设计论文的时候，我也在向我的大学生活做最后的告别仪式。

我不清楚过去的一切留给现在的我一些什么，也无从知晓未来将赋予我什么，但只要流泪流汗，拼过闯过，人生才会少些遗憾！

　　非常幸运能够加入施工测量这个古老而又新兴的行业，即将走向工作岗位的时刻，我仿佛感受到测量行业对我赋予新的历史使命，测量是一项以除害兴利、趋利避害的高尚事业。

这种使命，更让我用课堂中的知识用于实际生产中来。

特别是这半年来的毕业设计，我越发感觉到学会学精测量基础知识对于我贡献测量是多么的重要。

所以，我越发不愿放弃不多的大学时光，努力提高自己的实践动手能力，而本学期的毕业设计，为我提供了绝好的机会，我又怎能放弃？

　　　大学的最后一个学期过得特别快，几乎每天扛着仪器，奔走在校园的每个角落，生活亦很有节奏。

今天我提笔写毕业论文，我的毕业设计也接近尾声。

不管成果如何，毕竟心里不再是没底了，挑着半年辛苦换来的数据和成果，并不断的完善他们，心里感觉踏实多了。

　　在本次毕业设计论文的设计中要感测量系为我们的工作提供了测量仪器，还有各指导老师的教导和同学的帮助。

二、洞控制测量设计

　　2．1平面控制测量设计

　　洞平面控制测量在未贯通前都是支导线。

当接到隧洞工程开挖任务时，首先要根据洞室相向或单向开挖长度及设计贯通精度要求，对洞导线进行设计，估算预期的误差、确定导线施测的等级，以保证洞室开挖轴线的正确，即贯通精度，更为合理、经济的选择测量设备及测量方案。

　　根据隧洞设计开挖图，按一定比例尺在CAD或图纸上绘出隧洞开挖平面图及贯通面位置，充分考虑开挖施工时洞的测量环境（如通视条件及出渣等对测量的影响）、以及测量精度的提高，合理的选出导线点位置，并展于图上。

　　支导线的终点是支导线精度的最弱点，横向贯通中误差是由导线测角误差及导线边长误差所引起，而横向贯通中误差主要影响隧洞的贯通精度，下面主要分析横向贯通中误差。

　　根据误差传播定律，导线测角及测边是相互独立的两个量，则可得导线测角中误差所引起的横向贯通中误差myβ为：

　　myβ = ±mβρ∑RC2 2.1.1

　　式中：

mβ—导线测角中误差，S；

　　　　　∑RC—观测角度的导线点到贯通面的垂直距离平方的总和，m2。

　　导线测边误差所引起的横向贯通中误差为mys：

　　mys = ±mss∑Dy2 2.1.2

　　式中：

mss—导线边长相对中误差， mm；

　　　　　∑Dy—各导线边在贯通面上的投影长度平方和的总和，m2。

　　那么，导线测量误差在贯通面上所引起的横向贯通中误差my为：

　　　　　my=±myβ2＋mys 2 2.1.3

　　该式是隧洞工程横向贯通中误差常用的估算公式。

　　以市地铁总公司设计科研处于97年7月11日提供的T208A、T209A、T210A三点坐标为起算依据，上行线布设了线长为1984.6m精密导线，下行线布设了线长为1266.1m的精密导线。

导线分为三部分①.地面点②.贯通点③.隧道点。

观测使用的仪器为索佳SET2B全站仪。

由于隧道轴线的平面图基本上均为“S”形，并有直线段、圆曲线段与缓和圆曲线段之分，则设计坐标的计算也分为三种情况。

1．

测点在直线段上

或：

式中：

s─测点至起始点距离；x0,y0─直线段起始点坐标；x,y─测点实测坐标；

α0─直线方向角；X，Y─测点设计坐标；△─横向偏移

2．测点在圆曲线上

隧道平面设计图中，已知圆曲线的圆半径R，偏角α，切线方向角αT，圆曲线长度L0，切线交点JD的坐标（XJ,YJ）或圆曲线中点QZ的坐标（XQ,YQ）。

则圆曲线圆心0的坐标（X0,Y0）计算如下：

式中：

α0─是切线交点JD至圆心O方向角；相对于切线方向，圆曲线左偏时ω=1;

圆曲线右偏时ω=-1；x0,y0─圆心O的坐标；s─测点至圆心O的距离；

x,y─测点实测坐标；αT─测点至圆心O的方向角；X，Y─测点设计标；

△─横向偏移

3．测点在缓和圆曲线上

隧道平面设计图中，已知缓和圆曲线的半径R，缓和圆曲线长度L0，两端缓和圆曲线要分别计算x′、y′，左段（ZH－HY）以ZH为起点，切线方向角αT1（右偏）；右段（HY－ZH）以HZ为起点，切线方向角αT2（左偏）。

起始点坐标为XH、yH。

式中：

相对于切线方向，缓和圆曲线左偏时ω=1;缓和圆曲线右偏时ω=-1；

x,y─测点实测坐标；αT─测点至圆心O的方向角；X，Y─测点设计坐标；

△─横向偏移;cx,cy1,cy2,cy3─已知缓和圆曲线方程参数

上行线经实地勘查后采用方向线法向隧道传递方向，因贯通测量对方向值的要求很高，故我们对贯通测量采取了如下措施：

①.边长大于15m②.垂直角小于200③.采用固定墩台强制对中消除对中误差，从而保证了上下方向传递误差不大于5"。

导线点的各个顶角用徕卡leica0.5全站仪测9测回，导线点各点之间的距离用徕卡leica0.5全站仪往返测定。

上行线97年11月3日～98年1月20日共复测9次。

隧道轴线点每隔20或30环各测一点，水平角一测回，距离单向两次测定最终计算出轴线点坐标，及其与设计坐标之差。

见表一

表一：

实测轴线点坐标与设计坐标差值表（上行线）

环号

X

Y

△

H

环号

X

Y

M

H

30

-18

2

18

-9

5507

510

-51

2

51

81

5485

60

-7

-3

7

17

5511

540

-75

3

75

70

5496

90

-14

4

15

6

5500

570

-81

4

81

67

5505

120

-21

6

22

20

5487

600

-95

5

95

81

5503

150

-33

9

35

8

5505

630

-79

4

79

63

5494

200

-11

4

12

35

5492

660

-86

4

86

71

5504

220

-8

3

9

35

5502

690

-83

-7

83

57

5489

240

5

8

9

44

5492

720

-73

4

73

41

5488

260

12

2

12

36

5495

750

-33

-6

34

63

5500

280

-4

2

4

42

5506

770

-42

7

43

75

5498

330

-23

3

23

37

5503

790

8

1

8

22

5504

360

-29

1

29

54

5502

809

-30

7

31

14

5491

390

-17

1

17

73

5506

830

-13

4

14

38

5513

420

-18

1

18

90

5504

850

-30

10

32

38

5506

450

-42

2

42

59

5497

869

-81

30

86

37

5497

483

-53

2

53

61

5490

表一中：

X，Y─实测坐标-设计坐标；H─实测高程-设计标高；

△─横向偏差；─隧道径；单位均为mm；

上行线轴线复测重复检查12点，最大误差分别为：

X=20mm（540环）；Y=20mm（690环），各点均方误差M=12.9mm；H=16mm（660环），高程均方误差M=6.1mm；=13mm（510环），直径均方误差M=6.9mm。

各环重复检查误差见表三。

下行线98年5月～98年9月共复测11次。

下行线方向传递采用方向线法和悬吊钢丝法交叉进行，采用悬挂钢丝的具体方法是将重锤浸入机油桶中，使钢丝稳定。

通过观测计算出井下控制点的坐标，与井下控制点连线的方位角。

为了提高精度，要设法观测多组成果，可一次悬挂三、四根钢丝，使每次成果中有几个联系三角形，用联系三角形传递方位角时必须采取措施保证两根钢丝自由悬挂。

用钢丝投点时必须注意其摆动周期，我们应测定钢丝摆动的对称中心，为此至少要注视钢丝摆动一周期的时间，望远镜瞄准钢丝振幅达极大时的左右两个位置，取水平度盘的读数，平均后才是视准轴指向铅垂线时的水平度盘读数。

也可采用视准轴对准钢丝摆动的对称中心的方法。

仪器距钢丝近时一定选用细钢丝。

观测中严禁钢丝蠕变伸长使重锤搁底。

隧道轴线点测量每隔10环或20环测一点,水平角一测回，垂直角半测回，距离单向两次测定，最终计算出轴线点坐标,及其与设计坐标之差。

见表二

表二：

实测轴线点坐标与设计坐标差值表（下行线）

环号

X

Y

△

H

环号

X

Y

△

H

0

32

-4

34.9

21

5495

640

-13

1

13.0

6

5495

20

9

-4

9.8

63

5495

660

-7

0

7.0

53

5501

40

5

-3

5.8

69

5498

680

-39

3

39.0

44

5492

60

29

-11

31.0

52

5497

690

-31

6

32.0

45

5487

80

30

-11

31.9

51

5494

700

-30

4

30.0

50

5498

100

17

-6

18.0

78

5504

710

-41

7

42.0

51

5498

110

24

-7

25.0

89

5501

720

-38

7

39.0

66

5498

120

18

-5

19.0

104

5509

740

-37

9

38.0

56

5488

140

17

-4

17.0

99

5504

761

-5

2

5.0

20

5491

160

20

-4

20.0

91

5501

780

-29

10

32.0

18

5502

180

2

0

2.0

112

5510

800

-27

11

29.0

15

5492

200

30

-4

30.0

106

5510

810

-41

17

44.0

12

5495

220

18

-7

19.0

95

5501

815

-40

18

44.0

15

5497

240

-25

-1

25.0

83

5503

819

-45

20

49.0

13

5490

260

-26

-7

27.0

69

5495

830

-20

10

22.0

-11

5505

280

-20

0

20.0

77

5506

840

-34

18

38.0

-22

5495

300

-39

2

39.0

86

5490

850

-29

16

33.0

4

5488

320

-43

2

43.0

104

5506

860

-42

25

49.0

23

5488

340

-30

1

30.0

73

5507

870

-51

32

60.0

25

5493

360

-34

2

34.0

55

5501

875

-48

30

57.0

24

5496

380

-21

1

21.0

56

5497

880

-54

36

59.0

31

5498

400

-26

1

26.0

49

5498

890

-40

28

49.0

39

5505

420

-10

0

10.0

34

5498

900

-8

0

8.0

42

5495

440

-21

1

21.0

43

5487

910

-12

8

12.0

49

5499

460

-16

1

16.0

60

5498

920

2

-1

2

32

5500

480

-22

1

22.0

41

5488

930

-4

3

5

27

5498

500

-25

1

25.0

27

5496

940

-10

8

13

28

5504

520

-25

1

25.0

27

5502

950

-14

12

18

31

5491

540

-24

1

24.0

33

5488

960

-17

14

22

29

5503

560

-27

1

27.0

47

5491

970

-22

17

28

27

5505

580

-29

1

29.0

36

5502

980

-29

24

37

31

5497

600

-25

1

25.0

47

5496

990

-25

21

33

28

5492

610

-38

1

38.0

43

5500

1000

-18

15

23

30

5502

620

-44

2

44.0

28

5498

1010

-16

14

21

27

5495

表二中：

X，Y─实测坐标-设计坐标；H─实测高程-设计标高；

△─横向偏差；─隧道径；单位均为mm；

下行线轴线复测重复检查23点,最大误差分别为：

X=32mm（80环），Y=21mm（910环），各环坐标均方误差M=14.9mm；H=14mm（890环），直径均方误差M=4.4mm；=-8mm（80环），高程均方误差M=3.7mm。

保证了贯通精度，为盾构机的正确推进提供了基础保证。

各环重复检查误差见表四。

表三：

上行线二次测量误差表（mm）

环号

X实

Y实

X设

Y设

H实

H设

实

设

X

Y

H

360

6042

7143

6041

7147

-12033

-12033

5502

5504

1

-4

0

2

390

4704

7155

4708

7148

-11894

-11893

5506

5508

-4

7

-1

2

420

3353

7149

3342

7151

-11757

-11762

5504

5496

11

2

5

8

450

1989

7158

1978

7154

-11668

-11674

5497

5500

11

4

6

3

483

468

3957

468

3162

-11534

-11541

5490

5490

0

-5

7

0

510

9262

6984

9250

6984

-11406

-11410

5485

5498

12

0

4

13

540

7888

6980

7908

6977

-11297

-11296

5496

5504

20

3

-1

8

660

2478

6997

2481

6955

-10810

-10826

5504

5504

3

12

16

0

690

1099

7029

1094

7009

-10675

-10679

6489

5488

5

20

4

1

720

9357

7134

9360

7131

-10416

-10418

5488

5500

-3

3

2

12

750

6580

7372

6580

7380

-10126

-10129

5500

5504

0

-8

3

4

809

6236

9621

6227

5611

-9650

-9649

5491

5498

9

10

1

7

表四：

下行线二次测量误差表（mm）

环号

X实

Y实

X设

Y设

H实

H设

实

设

X

Y

H

80

9519

9005

9487

9014

-8937

-8939

5494

5502

32

-9

2

-8

100

6154

7716

6147

7724

-9050

-9052

5504

5503

7

-8

2

1

240

1532

4353

1506

4359

-10020

-10026

5503

5496

26

-6

6

7

260

2142

4318

2527

4328

-10173

-10175

5495

5493

15

-10

2

2

280

3567

4306

3548

4304

-10305

-10304

5506

5508

19

2

-1

-2

360

7123

4317

7135

4327

-10887

-10887

5501

5500

-12

-10

0

1

380

8035

4312

8036

4326

-11026

-11026

5497

5491

-1

-14

0

6

400

8930

4311

8922

4315

-11174

-11175

5498

5491

8

-4

1

7

460

1640

4313

1645

4319

-11428

-11429

5498

5496

-5

-6

1

2

480

2535

4331

2540

4325

-11527

-11526

5488

5486

-5

6

-1

2

500

3442

4545

3444

4541

-11621

-11624

5496

5501

-2

4

3

-5

580

7033

4525

7038

4529

-11939

-11932

5502

5500

5

4

-7

2

600

7947

4528

7942

4525

-12007

-12001

5496

5492

-5

-3

-6

4

610

8383

4535

7378

4532

-12051

-12045

5500

5496

-5

-3

-6

4

680

2200

4376

2206

4380

-12330

-12332

5492

5496

-6

-4

2

-4

700

4339

4164

4325

4159

-12406

-12407

5487

5491

14

5

1

-4

800

9122

127

9119

125

-12842

-12836

5492

5487

3

2

-6

5

819

6883

8441

6890

8433

-12920

-12917

5490

5489

-7

8

-3

1

890

1037

8970

1056

8958

-13178

-13192

5495

5498

-19

12

14

-3

900

6787

7087

6796

7091

-13212

-13222

5500

5501

-9

-4

10

-1

910

2673

5109

2665

5088

-13244

-13254

5498

5500

8

21

10

-2

　　2．2高程控制测量设计

　　隧洞洞高程的控制测量精度直接影响的是竖向贯通中误差，通常是根据水准测量或三角高程测量误差引起的竖向贯通中误差来确定高程控制测量的等级。

　　mh=±m△L 2.2.1

　　式中：

 mh--竖向贯通中误差；

　　　　　　L—洞高程测量路线的全长，m；

　　　　　　m△--按测段往返测的高差不符值计算的每公里高差中数的偶然中误差，mm；

　　由2.1.1式得：

　　　　　　m△=mh L 2.2.2

　　式中L可根据图上拟定的路线量取或取3～5倍洞轴线的长度。

　　确定水准路线方案后，在表1中查取大于或等于根据2.2.2式计算出m△的数值，选取相应的高程控制测量等级。

　　确定高程测量的等级后，选取方便施测、经济合理，又能保证高程传递精度的测量方法，如水准测量、三角高程测量，严格按相应的技术要求进行施测。

　以市地铁总公司设计科研处提供的97年7月11日成果，即Ⅱ－16，Ⅱ－17水准点高程值为起始数据来测量轴线标高。

Ⅱ－16、Ⅱ－17两水准点之间高差经98年1月7日两次检测发现变化较大，检测所用仪器为威尔特N3水准仪，往返闭合差为0.27mm检测高差与已知高差相差＋18.33mm，至此我们采用了Ⅱ－16水准点为起算点，用悬挂钢尺法将高程传入隧道底部两固定点上，钢尺事先进行温度改正、尺长改正、尺子自重改正（重锤与拉力改正时的拉力匹配）。

隧道每隔60m布设一水准点，上行线布设15点，下行线布设18点，水准观测使用仪器为威尔特N3水准仪，上行线从97年11月至98年2月水准线路共复测8次最大高差为3.49mm（包括隧道变形在）。

下行线从98年4月至98年8月水准线路共复测10次，最大高程差为2.13mm（包括隧道变形在）。

隧道两端水准点经联测高程闭合差分别为：

上行线＋0.98mm、下行线为+1.25mm，两端头井底高程均由井口从地面将高程引入井底。

轴线点标高测量，是以最近的水准点为起算点，用N3水准仪配合2m铟钢标尺和5m金属塔尺，每隔10环、20环或30环测一点，并计算出该环的实测标高和实测标高与设计标高之差H。

（上行线见表一）、（下行线见表二）。

轴线标高自我检查复测上行线12点最大相差＝16mm，高程均方误差M=6.1mm；下行线18点最大相差＝14mm，高程均方误差M=3.7mm。

（注：

以上误差计算均包括隧道变形差在）。

上行线最终结果即盾构机进洞后在洞口的