大型隧道贯通测量及其精度分析.docx

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大型隧道贯通测量及其精度分析

本科生毕业设计（论文）

作者声明

本人以信誉郑重声明：

所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。

文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。

本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。

特此声明。

毕业设计（论文）作者（签字）：

签字日期：

年月日

本人声明：

该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。

学位论文指导教师签名：

年月日

大型隧道贯通测量及其精度分析

Largetunneltransfixionmeasurementandaccuracyanalysis

Fang,qiao

2013年6月9日

摘要

随着高速公路的发展,在隧道施工中会遇见新的问题,特别是隧道贯通前后测量的过程控制。

要保证隧道的顺利贯通,在贯通测量中的误差控制、精度估算分析及测量方案选择就显得非常重要。

隧道工程的开挖，在规范中要求测量精度比较高，洞内控制测量精度的高低直接影响到贯通的精度，为了保证隧洞在误差精度允许内贯通，从隧道工程常用的施工方法和测量工作的特点、不同类型的隧道贯通测量的控制网合理布设、不同类型隧道的贯通测量的误差分配三个方面研讨了合理的隧道贯通测量设计方案,经过分析比较确定合理的误差分配比例,以制定合理的贯通测量方案。

隧道贯通误差的测定采用导线法测量时,在贯通面附近定一临时`点,由进出的两方向分别测量该点的坐标,所得的闭合差分别投影至贯通面及其垂直的方向上,得出实际的横向和纵向贯通误差,再置镜于该临时点测求方位角贯通误差。

水准路线由两端向洞内进测,分别测至贯通面附近的同一高程控制点或中线点上,所测得的高程差值即为实际的高程贯通误差。

本文详细描述了隧道贯通测量的具体方法并且对贯通测量的精度进行简单的分析。

关键词：

隧道贯通；测量方案；误差控制；精度分析

ABSTRACT

Alongwiththedevelopmentofthehighway,willmeetthenewproblemsinthetunnelconstruction,especiallybeforeandafterthetunneltransfixionmeasurementprocesscontrol.Toguaranteethesmoothtunneltransfixion,themeasurementerrorcontrol,estimationaccuracyofanalysisandmeasurementplanselectionisveryimportant.Excavationoftunnelengineeringinthespecrequiredmeasuringaccuracyishigher,thediscretionoftheholetocontrolmeasurementaccuracydirectlyaffecttheaccuracyof,toensurethatthetunnelwithintheallowederrorprecision,thetunnelprojectconstructionmethodsandmeasurement,thecharacteristicsofdifferenttypesoftunneltransfixionmeasurementcontrolreasonablelayout,ofdifferenttypesoftunneltransfixionmeasurementerrordistributionthreeaspectsofdiscussionthereasonabletunneltransfixionmeasurementdesignscheme,afteranalysisandcomparisontodeterminethereasonableerrorratio,todevelopreasonablebreakthroughmeasurementscheme.Tunnelbreakthrougherrorofmeasuringwiremethodisusedtomeasure,tosetthetemporary`pointnearthethroughplane,byinandoutofthetwodirectionofmeasuredpointcoordinates,theclosureoftheprojectiontopenetrationplaneandtheverticaldirectionsrespectively,obtainedtheactualverticalandhorizontalrun-througherror,andmirrorinthetemporarypointmeasurementofazimuthrun-througherror.Levelinglinefromtheendstotheholeintothemeasurement,respectivelytorun-throughmeasurementnearthesurfaceofthesameheightcontrolpointsormidlinepoint,measuredbytheelevationdifferenceistheactualelevationbreakthrougherror.Tunneltransfixionmeasurementisdescribedindetailinthispaper.Theconcretemethodandthetransfixionmeasurementaccuracyofsimpleanalysis.

Keywords:

tunneltransfixion;measurementscheme;errorcontrol;precisionanalysis

目录

绪论1

1隧道贯通测量的简介2

2纵横贯通误差的测定4

2.1测量误差引起贯通相遇点K在竖直重要方向上的误差预计公式4

2.2贯通相遇点K在水平方向的误差预计5

2.3纵横贯通误差的测定6

2.4贯通误差测量评定标准及相关要求7

2.5洞内控制导线测量要求8

2.6实际贯通成果8

2.7提高洞内控制测量精度的几点建议9

3隧道高程贯通测量误差估计10

3.1隧道洞内平面控制测量精度的估算10

3.2隧道工程中测量工作具有的特点10

3.3目前国内外修建地铁车站的施工方法有明挖法、盖挖法、暗挖法、盾构法等。

10

3.4长隧道控制网布设及测量11

3.5隧道洞内控制测量11

3.5中线贯通误差14

3.6高程贯通误差14

4高程贯通测量误差18

4.1高程误差预计18

结论19

致谢20

参考文献21

附录22

绪论

隧道贯通测量是铁路、交通、输电、通讯等工程建设中重要的工作。

以往多采用的是传统控制测量、工程测量的方法进行控制网的建立，该类测量控制网大多以狭长形式布设，并且很多工程要穿越山林，周围的已知控制点很少，使得传统测量方法在控制网网形式布设、误差控制等多方面带来很大问题。

传统方法的作业时间比较长，直接影响了工程建设的正常进展。

贯通测量的基本任务是保证各项掘进工作面均沿着设计的位置和方向掘进，使贯通后结合处不超过规定的限度。

贯通测量工作直接影响到地下工程的质量。

1隧道贯通测量的简介

1.1贯通测量的定义

为了使两个或多个工作面按其设计要求在预定地点分段掘进彼此相通而进行的工作叫做贯通测量。

贯通测量是坑道施工中和贯通后的测量。

坑道施工中的贯通测量是为了确保掘进的坑道（或竖井）能按设计的方案准确贯通而进行的测量。

一般包括：

地下导线测量、地面联测和坑道掘进测量、放样掘进坡度和方向，并常检查其正确性。

贯通后的测量是在隧道贯通后，测定实际的纵向、竖向和横向贯通误差。

贯通测量包括平面贯通测量和高程贯通测量。

前者是测定实际的横向和纵向贯通误差，测量方法随洞内控制的形式而异：

对于采用中线法施工的隧道贯通之后，应从相向测量的两个方向各自向贯通面延伸中线，并各钉一临时桩，量取两桩之间的距离，即得隧道的实际横向贯通误差，两临时桩的里程之差即为隧道的实际纵向贯通误差；采用单导线作为洞内控制时，贯通之后在贯通面上钉一临时桩，从相向测量的两个方向各自向临时桩进行支导线测量，分别测取临时桩点的平面坐标，将两组坐标的差值分别投影到贯通面上和隧道中线上，则贯通面上的投影即为横向贯通误差，在中线上的投影即为纵向贯通误差。

其他类型的控制图形可据实际情况设计适合的方法。

高程贯通测量是测定实际的竖向贯通误差，通常采用水准测量方法，从隧道两端洞口附近的水准点开始，各自向洞内进行，分别测出贯通面上同一点的高程，即获此点的两个高程之差。

1.2贯通测量的目的和主要任务

贯通后测量的目的是为获取实际的贯通误差值，作为下一步调整施工中线的依据，以获得一条调整后的隧道中线，作为扩大断面、衬砌以及在铁路隧道中铺设铁轨的依据。

贯通测量工作的主要任务包括

①根据贯通巷道的种类和允许偏差，选择合理的测量方案和测量方法。

重要贯通工程，要进行贯通测量误差预计。

②根据选定的测量方案和测量方法进行各项测量工作的施测和计算，以求得贯通导线最终点的坐标和高程。

各种测量和计算都必须有可靠的检核

③对贯通导线施测成果及定向精度进行必要的分析，并与误差估算时所采用的有关参数进行比较。

若实测精度低于设计的要求，则应重测。

④根据求得的有关数据，计算贯通巷道的标定几何要素，并实地标定贯通巷道的中线和腰线

⑤根据掘进工作的需要，及时延长巷道的中线和腰线。

定期进行检查测量和填图，并根据测量结果及时调整中线和腰线。

⑥巷道贯通后，应立即测量贯通实际偏差值，并将两边的导线连接起来，计算各项闭差。

还应对最后一段巷道的中腰线进行调整。

重要贯通工程完成后，应对测量工作进行精度分析，作出技术总结。

1.3贯通工程应遵循的原则

①.贯通测量的总体测量方案和每一个环节的测量方法应保证隧道贯通所必需的测量精度。

②.对所完成的测量及其计算工作都应做客观的检查，确保其正确。

2纵横贯通误差的测定

2.1测量误差引起贯通相遇点K在竖直重要方向上的误差预计公式

地面水准测量误差影响

水准路线R=9.98km其往返闭合差：

（2-1）

水准测量误差：

（2-2）

导入高程误差影响

（2-3）

水准误差：

（2-4）

两次导入高程平均值：

（2-5）

三角高程误差影响

量边误差:

（2-6）

测倾角误差

=

5mm（2-7）

量仪器高的误差:

（2-8）

三角高程总误差：

井下水准测量误差影响

高差中误差:

（2-9）

（2-10）

通相遇点K在竖直方向的总误差

2.2贯通相遇点K在水平方向的误差预计

近井点的误差影响

地面采用GPS控制网因此只有边长误差影响

（6-1）

其中，

—近井点之间边长误差。

＝

（6-2）

其中，

—固定误差；b—比例误差；

—S边与贯通重要方向之间夹角。

定向误差影响

（6-3）

井下基本控制导线误差影响

测角误差:

（6-4）

量边误差：

（6-5）

井下导线总误差：

贯通相遇点K在水平重要方向的总误差

（6-6）

以上计算说明该贯通巷道杂水平和竖直方向上的误差预计

，

，均小于允许偏差的要求，则本设计所采用的方案在精度上可行能满足贯通工程规定的要求。

2.3纵横贯通误差的测定

采用徕卡Ts02全站仪，采用由子尹隧道进口两个控制点J1、Y1，测量贯通面的临时桩L1坐标为X（63821.814）,Y（93191.214），H（821.172）。

隧道出口两个控制点ZD4、ZD5，测量贯通面的临时桩L1坐标为X（63821.820）,Y（93191.217），H（821.169）。

得到△X=0.006，△Y=0.003，△H=0.03。

将两组坐标的差值分别投影到贯通面上和隧道中线上，则横向贯通误差为（0.003m），纵向贯通误差为（0.006m），高程贯通误差为（0.003）。

精度评定：

仪器常数测定误差：

（2-11）

井下定向边两次定向平均值中误差：

三角高程测量

2.4贯通误差测量评定标准及相关要求

平面和高程的贯通误差必须满足：

平面横向的一般贯通误差≤100mm，纵向L/5000（L为两开挖洞口之间的距离）；高程的贯通误差≤50mm。

总贯通中误差允许值应取极限误差的一半。

限差表如下：

2.5洞内控制导线测量要求

a.布设双导线闭合环,每个环的边数最多不超过6条,导线边长不短于300m,埋设的主副导线点要有明显的区分。

b.测角用全站仪,以方向观测法观测6测回,每站两次镜位对中,导线环角度闭合差一般不大于士1.5而,n为内角数。

c.导线边以全站仪对向观测4次,竖直角测2测回,其边长要加以气象因素和仪器常数改正。

d.洞内导线环的角度闭合差和坐标闭合差，均可按简易平差法平差。

e.每次向洞内引申测量时，必须以同精度3个以上原导线控制点的角度关系，检测值与原测值的角度限差不超过2.5“，当确定点位无位移时，方可使用原测结果。

2.6实际贯通成果

a.平差计算在外业观测精度合格的情况下以简易平差方式进行。

根据结点平差原理在小环内平差,逐环进行,避免正负误差抵消。

b.施工过程中由处、局、公司测量队三级复核测量,采用不同仪器不同的方式进行独立测量,相互检核,精度满足后以局精测队成果为准,依次循环。

c.每次复核测量使用2秒级全站仪由专职人员进行测量。

洞内控制网的布设严格按要求规范执行,以主辅导线插小闭合环向前延伸,形成主副导线大闭合环及多个小闭合环。

d.经过实地测量,隧道的实际横向贯通误差为44mm小于50mm满足贯通要求。

2.7提高洞内控制测量精度的几点建议

（一）严格按方案的控制测量等级相关技术要求进行施测，施测中尽量采用三联脚架法，但要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动气泡有无偏离对中偏离是否较大等等，如有上述情况则要对仪器进行检修校正，找出问题所在

（二）隧洞每开挖到一定长度时要及时增设基本导线点，指导开挖的临时点要控制在23个以内，且要进行经常性的检测其正确性，确保洞室开挖的正确

（三）导线要尽可能布设成近似等边直伸型导线，在测量环境允许范围内尽可能的选长边

（四）要严格进行边长的投影计算，正确计算各点平面坐标

（五）三角高程测量时，要严格按操作程序进行，如垂直角的观测要同测距在同一次照准时完成，对于三角高程等级在三等或高于三等时则要采取一些提高精度的措施进行施测，如隔点设站法提高对中精度等。

3隧道高程贯通测量误差估计

3.1隧道洞内平面控制测量精度的估算

考虑到洞内导线按设计等级施测后，因洞内通视条件的限制及施工等多方面的影响，而造成未能按方案设计路线进行施测，针对这种情况，则要根据已施测的成果对该导线进行精度估算

对直伸型隧洞，则采用直伸支导线终点的点位误差作为洞内横向贯通中误差：

MBz=mS2n（mL）2n+1.53式中n为导线边数，M为测角中

误差，L为导线全长

非直伸型隧洞用非直伸支导线终点的点位误差作为横向贯通中误差：

MBf=mS2n（mL）2Dy2Dy2为导线重心到各导线点距离的平方和（导线重心为导线各点坐标XY值的平均值），其余各参数与上式相同对还未施测的导线点位仍以设计拟定的点位计算出各相应数值，只要MBz,MBf值不大于洞内设计横向贯通中误差即可

高程控制测量精度估算

根据2.2.1式计算高程传递终点的精度，该式中m△为：

　　m△=±14n[△△R]

　　式中：

　△—测段往返测高差不符值；

　　　　　　R—测段的长度；

　　　　　　n—测段数；

　　该种高程控制测量精度的估算方法适用于水准测量及三角高程测量。

3.2隧道工程中测量工作具有的特点

1）施工面环境较差,经常需要进行点下对中（常把点位设置在坑道顶部）,并且有时边长较短,测量精度难以提高。

2）隧道工程往往采用独头掘进,而洞室之间又互不通视,因此不便组织校核,并且随着坑道的推进,点位误差的累积越来越大。

3）隧道工程施工面狭窄,坑道往往只能前后通视,造成控制测量形式比较单一,仅适合布设导线。

一般先以低等级导线坑道掘进,而后布设高级导线进行检核。

4）为保证地下和地面采用统一的坐标系统,需要进行联系测量。

3.3目前国内外修建地铁车站的施工方法有明挖法、盖挖法、暗挖法、盾构法等

1）明挖法:

明挖法是指挖开地面,由上向下开挖土石方至设计标高后,自基底由下向上顺作施工,完成隧道主体结构,最后回填基坑或恢复地面的施工方法。

明挖法是各国地下铁道施工的首选方法。

2）盖挖法:

盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后,将顶部封闭,其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。

3）盾构法:

修建地铁隧道盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。

该方法的主要优点是:

除竖井施工外,施工作业均在地下进行,既不影响地面交通,又可减少对附近居民的噪声和振动影响。

4）暗挖法是在特定条件下,不挖开地面,全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工方法。

3.4长隧道控制网布设及测量

对于隧道较长、地形复杂的山岭地区,地面平面控制网也可以布置成三角网形式,测定三角网的全部角度和若干条边长,或全部边长,使之成为边角网。

三角网的点位精度比导线高,有利于控制隧道贯通的横向误差。

3.5隧道洞内控制测量

（一）平面控制测量

洞内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，对洞内导线进行方案设计，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准确，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内的测量环境。

以及保证提高测量精度的因素，合理选出导线点位置，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：

在绘制好的略图上量取各个导线点到贯通面的距离Rx和各导线边在贯通面上的投影长度Dx，再根据本工程项目所投入的仪器设备精度确定测角中误差m和测量边长的精度

ms/s，估算隧洞横向贯通中误差my，当my小于隧洞横向贯通中误差允许值时则可进行，否则应选择符合精度要求的

仪器设备或调整线路及测量方案等重新计算，直至满足贯通精度要求

根据选定的m和ms/s值来确定导线测量的等级和方案，并严格按确定的技术等级和方案要求进行施测，用来

指导隧道工程的开挖面施工

（二）高程控制测量

隧洞洞内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

按四等水准测量规格在矿区进行水准测量。

精度估算如下：

水准路线R=9.98km其往返闭合差

（4-28）

高差中误差：

洞轴线的长度确定水准路线方案之后，根据计算出的m的数值，选取相应的高程控制测量等级然后选择方便施测经济合理，又能保证高程传递精度的测量方法和方案，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

表12km的隧道误差分配方案及其对测量精度的要求

中误差分配比例

表2

6km的隧道洞内外横向贯通中误差分配表中误差分配比例

从表1中可以看出:

对于2km左右的隧道,如果采用等影响原则进行误差分配,mB上=2.6d,mB下=1.36d,地面可按三等导线精度测量,而洞内需按二等导线精度测量。

如果采用不等影响原则分配误差,当mq上Bmq下Bmq2=2B4B1时,洞外控制测量测角精度mB上=1.95d,洞内导线测角精度mB下=2.05d,洞外和洞内都可以按三等导线精度测量,在经济、技术上比等影响原则分配误差合理。

2）4km~8km的隧道贯通测量误差分配:

对于4km~8km的隧道贯通测量误差分配,我们也对等影响和不等影响情况下的误差分配问题进行计算和分析。

取隧道长度为6km。

按平均边长s=250m,边数n=24,对6km的隧道洞内外横向贯通中误差进行分配,见表2。

可以得出:

对于4km~8km的隧道而言,mq上Bmq下Bmq2=2.3B4B0.5时,洞外控制测量测角精度mB上=1.04d,可以采用二等导线测量;洞内导线测量测角精度mB下=1.81d,可以采用三等导线测量,在技术、经济上具有合理性,说明误差分配方案比较合理。

3）8km~10km,10km~13km,13km~17km,17km~20km的隧道贯通测量误差的分配（限于篇幅贯通中误差分配数据不再一一列出）。

笔者同样对等影响和不等影响情况下的误差分配问题进行计算和分析。

一般可以采用二等导线测量。

研究贯通测量各阶段的误差大小及合理分配,对于制定在技术、经济上合理的贯通测量方案,以尽可能小的成本保证隧道按设计要求贯通具有重要意义。

对于各种不同长度的隧道,如果采用等影响原则分配误差,由此制定的贯通测量方案在技术、经济上都不合理,因而采用不等影响原则分配误差,根据隧道的长度确定合理的误差分配比例。

3.5中线贯通误差

（1）、测量方法

首先把徕卡TCR型全站仪架设在出口洞内