隧道测量方案.docx
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隧道测量方案
青荣城际铁路Ⅴ标段
（DK229+567.32~DK245+154.36）
北山隧道施工测量方案
编制：
复核：
审核：
中交三航局青荣城际铁路工程施工指挥部
第二项目经理部
二O一O年十二月三十日
1工程概况
青荣城际铁路五标二分部工程起讫里程为DK229+567.32～DK245+154.36，正线长度15.59km，该标段位于山东省烟台市牟平区境内。
线路经过地区为山区、河道、农田和防护林等，地形条件复杂。
标段内主要工程包括：
桥梁5座计10.7km，占正线长度的69％；隧道1座计1.88km，占正线长度的12％；路基总长为3.06km，占正线长度的19％。
1.1北山隧道
北山隧道全长1880m，进口里程为DK229+850位于直线上,纵坡14‰上坡。
出口里程为DK231+730位于左偏平曲线上，平曲线半径7000m。
纵坡12‰下坡。
竖曲线半径20000m。
1.2坐标系统、高程系统及控制网概况
北山隧道位于中央子午线经度为121°51′00″，投影面大地高22米；平面坐标系统的参考椭球为WGS-84椭球，椭球参数为：
长半轴a=6378137.0，扁率f=298.257223563。
高程系统采用1985国家高程基准。
现有的平面控制网概况：
CPI控制点4个,隧道进口处附近有CPI088、CPI089,出口处附近有CPI090、CPI091。
现有的高程控制网概况：
有二等水准点4个（CPII369、CPI089、CPI090、CPI091）。
1.3依据的规范及既有成果
3.1《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；
3.2《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）；
3.3《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）；
3.4《青荣城际铁路五标精测网复测技术成果报告》
3.5北山隧道设计施工图纸
2计划投入的测量人员及仪器
计划投入的主要测量人员及分工情况见下表
序号
姓名
职称
担任职务及分工
备注
1
徐登红
工程师
测量负责
2
屈文祥
助理工程师
成员
3
张旭东
助理工程师
成员
4
吕会朋
技术员
成员
计划投入的测量仪器情况见下表
序号
设备名称
仪器型号
仪器精度
数量（台）
备注
1
GPS接收机
天宝R7GNSS
5mm+0.5ppm
1
已检定
2
GPS接收机
天宝R8GNSS
5mm+0.5ppm
2
已检定
3
电子水准仪
徕卡DNA03
±0.3mm/km
1
已检定
4
全站仪
徕卡TC802
2mm+2ppm
1
已检定
以上测量仪器均经国家法定计量检定机构检定合格，并在有效期内，可用于相应等级精度要求的测量工作。
3工作计划
北山隧道洞外平面工作计划11月22日开始，洞外平面控制网GPS测量11月25日完成外业观测，11月26日完成数据处理。
进出口外洞外高程控制点引点计划在进出洞口施工完成后进行，洞内平面及高程控制测量随着施工的进展逐渐引向洞内。
4洞外平面、高程控制网测量
4.1洞外平面控制网测量
4.1.1洞外平面控制网设计
洞外控制网测量前，要根据隧道贯通误差规定和平面控制测量设计要素进行洞外控制网设计。
隧道贯通误差规定和平面控制测量设计要素详见表1、表2
表1隧道贯通误差规定
项目
横向贯通误差
高程贯通误差
相向开挖长度（km）
L＜4
洞外贯通中误差（mm）
30
18
洞内贯通中误差（mm）
40
17
洞内外综合贯通中误差（mm）
50
25
贯通限差（mm）
100
50
表2平面控制测量设计要素
测量部位
测量方法
测量等级
适用长度（km）
洞口联系边方向中误差（″）
测角中误差（″）
边长相对中误差
洞外
GPS测量
三
＜4
1.7
1/100000
洞内
导线测量
四
1.5~3
2.5
1/50000
北山隧道（设计长度为1880m）洞外平面控制网在选取进、出口附近四个CPI控制点（CPI088、CPI089、CPI090、CPI091）的基础上布设加密点，共加密五个控制点，分别为（CPI088-1、CPI088-2、CPI089-1、CPI089-2、CPI090-1）。
北山隧道洞外平面控制网设计示意图
洞外平面控制测量将严格按照GPS三等网精度进行施测。
网型采用边连的方式，采用4台GPS双频接收机同步静态观测。
4.1.2洞外平面控制设计后贯通误差估算与分析
GPS控制测量误差引起的隧道横向贯通中误差，控制测量前估算测量设计的验前横向贯通中误差计算公式如下：
式中
、
——进、出口GPS控制点的Y坐标误差；
、
——进、出口GPS控制点至贯通点的长度；
、
——进、出口GPS联系边的方位中误差；
、
——进、出口控制点至贯通点连线与贯通点线路切线的夹角。
4.1.3洞外平面控制测量外业观测
4.1.3.1洞外平面控制测量外业观测执行的技术要求
等级
项目
三等
静
态
测
量
卫星截止高度角（°）
≥15
同时观测有效卫星数
≥4
有效时段长度（min）
≥60
观测时段数
1
数据采样间隔（S）
15
接收机类型
双频
PDOP或GDOP
≤8
4.1.3.2洞外平面控制测量外业观测
（1）按规定时间进行同步观测作业。
（2）采用天宝GPS双频接收机同步静态观测模式，观测的独立时段重置仪器。
（3）同步观测时段数为1，每时段观测90分钟。
（4）作业前按要求进行仪器检校。
对中设备采用精密对点器，对中精度小于2mm，在作业前及作业过程中对基座水准器、光学对点器进行检校，确保其状态正常。
（5）天线安置严格对中、整平，正确量取至仪器指定的天线参考点高度，以便于在随后的数据处理中精确计算天线高。
（6）天线高每时段前（必须在开机之前）和测后（必须在关机后）各读取一次，每次应在相同的位置，从天线三个不同方向（间隔120°）量取，或用接收机天线专用量高器量取，两次量取误差小于2mm时，取平均值作为最终结果，并记入观测手簿，若大于2mm，该点重测。
（7）在有效观测时段内，如中途断电，则该时段必须重测。
因观测环境及卫星信号等原因造成数据记录中断累计时间超过25分钟，则该时段重测。
（8）作业中使用对讲机，离GPS接收机10m以外。
同一点在不同时段观测应改变仪器高度，并改变天线方向，以获得重复基线，前后时段仪器，严格对中整平，尽量避免因多次安置仪器对重复基线较差带来的影响。
4.1.4洞外平面控制网测量内业处理
（1）平差软件
GPS网基线解算采用Leica后处理软件LGO进行解算，网平差采用商业软件武汉大学COSAGPS后处理软件进行平差计算。
（2）基线解算
控制网基线解算采用广播星历，外业观测结束后首先对观测基线进行处理和质量分析，检查基线质量是否符合规范要求。
每天要对GPS观测数据进行闭合环、重复基线进行计算检核。
及时进行观测数据的处理和质量分析，检查其是否符合规范要求。
单基线解算不合格时，要分析原因，安排补测。
控制网基线向量解算应符合以下规定：
①同一时段观测值的数据剔除率小于10％；
②重复基线较差应满足下式要求：
ds2
③独立环或附和路线各坐标分量及全长闭合差应符合下式：
Wx3n
Wy3n
Wz3n
W33n
以上各式中，n为闭合环边数，σ为基线边长中误差，计算公式及取值见下面。
式中σ——基线长度中误差（mm）；
d——基线或环的平均边长（km）；
a——固定误差（mm）；
b——比例误差系数（mm/km）。
鉴于所使用仪器a、b均按以下取值固定误差a=5和比例误差b=1
（3）控制网网平差计算规定
以全网有效观测时间最长网点的WGS-84三维坐标作为起算数据，进行GPS网的三维无约束平差。
三维无约束平差基线向量各分量的改正数绝对值均满足：
整网约束平差中基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值满足：
（5）控制网平差
控制网采用三维无约束平差。
三维无约束平差拟采用CPI点（CPI088）作为约束点，对控制网进行整网约束平差计算。
（6）控制网平差
控制网采用二维约束平差。
控制网附合到CPⅠ、CPII点上，以复测后确认精度可靠的（CPI088、
CPI089、CPI090、CPI091）为起算数据对整网进行二维约束平差，计算获取加密控制点。
4.1.5洞外平面控制网测量精度评定
根据洞外平面控制网的闭合环闭合差、重复基线较差及控制网平差后的基线边方向中误差是否≤1.7″，最弱边相对中误差是否≤1/100000，判定洞外平面控制网测量精度能否满足GPS三等网要求。
控制测量后，应按验后横向贯通中误差计算公式估算控制测量的验后横向贯通中误差。
估算的影响值应≤30mm。
4.2洞外高程控制网测量
4.2.1洞外高程控制网设计
北山隧道洞外高程控制测量：
进口处洞口高程控制点由CPII369-CPI089采用二等水准进行闭合往返测量引至CPI088-1、CPI088-2两点，对隧道内高程进行控制；出口处洞口高程控制点由CPI090-CPI091采用二等水准进行闭合往返测量引至CPI089-2、CPI090-1两点，对隧道内高程进行控制。
4.2.2洞外高程控制网设计后贯通误差估算与分析
洞外高程控制测量误差产生的高程贯通中误差按下式计算：
M△h=M△√L
M△——二等水准测量每千米测量偶然中误差为1mm。
L—洞外高程测量路线长度按1km计算。
那么北山隧道洞外高程控制测量误差产生的高程贯通中误差经计算只有1mm，小于规范中的高程贯通误差限差±18mm要求。
4.2.3洞外高程控制网测量外业观测
4.2.3.1洞外高程控制网测量外业观测执行的技术要求
二等水准高程控制网测量主要技术及限差要求
（1）水准测量主要精度要求
水准测量
等级
每千米水准测量偶然中误差M△
每千米水准测量全中误差MW
限差（mm）
往返测高差不符值
附合路线或环线闭合差
二等
≤1.0
≤2.0
4
0.8
4
（2）水准观测的主要技术要求
等级
水准仪
最低型号
水准尺
类型
视距
前后
视距差
测段的前后
视距累积差
视线
高度
重复测量次数
二等
DS1
因瓦
≥3且
≤50
≤1.5
≤6.0
≥0.55且≤2.8
≥2次
（3）水准观测的测站限差
项目
等级
两次
读数之差
两次
所测高差之差
检测间歇点
高差之差
上下丝读数平均值
与中丝读数之差
二等
0.5mm
0.7mm
1mm
─
注：
对于数字水准仪，同一标尺两次读数差不设限差，两次读数所测高差的差按表中“基、辅分划所测高差之差”的限差执行。
4.2.3.2洞外高程控制网测量外业观测
按二等水准测量的技术要求进行测量，采用徕卡DNA03电子水准仪，标称精度为每公里往返测中误差±0.3mm。
采取的主要技术措施有：
（1）测量时，保证前后视距相等，减少仪器i角对高差观测的影响。
（2）作业前及使用过程中检查与校正i角，保证i角绝对值在作业过程中均不超过15″。
（3）水准测量全部采用往返观测，往返观测使用同一类型的仪器和转点尺承沿同一线路进行。
（4）水准测量采用5kg的尺垫作转点尺承，并辅以竹竿做尺撑，以保证标尺稳定、铅直。
（5）观测前，将仪器置于露天阴影下30min，并在使用前进行预热（不少于20次的单次测量）。
（6）每一测站的观测顺序如下：
奇数站为“后－前－前－后”，偶数站为“前－后－后－前”。
（7）每一测段的往测与返测，其测站数均为偶数。
由往测转向返测时，两支标尺互换位置，并重新整置仪器。
4.2.4洞外高程控制网测量数据处理及精度评定
（1）水准测量数据处理采用武汉大学《科傻地面控制测量数据处理系统》平差软件。
（2）高程网严密平差起算点的选取与稳定性判断原则
拟选取北山隧道进出口四个水准点（CPII369、CPI089、CPI090、CPI091）作为水准网的约束点。
（3）从点位环境观察控制点所处位置的是否土质坚实，是否稳定，判断外界可能的扰动破坏因素。
（4）根据精测网复测技术成果报告中可知，这二个水准点间测段复测高差值与设计高差值之差的绝对值≤6
，认为拟选取的二等水准点稳定，成果可靠，可以作为高程控制网平差的起算点。
（5）洞外高程控制网测量以水准路线测段往返测高差不符值计算每千米高差中数的偶然中误差，要满足规范要求。
否则应重测该段水准路线。
水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶然中误差MΔ，MΔ按下列公式计算：
式中：
△——测段往返高差不符值（mm）；
L——测段长（km）；
n——测段数。
5洞内平面、高程控制网测量
5.1洞内平面控制网测量
5.1.1洞内平面控制网设计
对隧道洞内导线进行设计,主要为保证隧道最终贯通误差能否满足规范要求，同时也为洞内测设中线提供依据。
按高速铁路工程测量规范中隧道贯通误差规定，对西山隧道进洞导线进行设计,洞内导线按隧道四等导线测量精度施测。
在洞内埋设两排控制桩点，一排点沿中线四周设立或直接用中线控制点，另一排点沿隧道边墙设立（考虑架设仪器和防止破坏）如下图
洞内导线设计示意图
5.1.2洞内平面控制网设计后贯通误差估算与分析
北山隧道洞内贯通误差估算，暂按不等边直伸导线估算，
北山隧道出口处进洞口设计控制点至贯通点距离2402m，进洞后导线点按下图布设。
估算由测角引起的导线终点的点位横向差,其估算公式为:
mq=mβ/ρ√∑Rx2,mq=
=
=8.1mm。
本隧道投入使用的全站仪徕卡TC802,仪器测距标称精度为2mm+2ppm，则隧道单向掘进，测距误差两端总计：
m进=1.1mm，m出=0.6mm
mL=√（m进2+m出2）=√（1.12+0.62）=1.2mm
隧道洞内导线测角、测距对贯通精度的总影响值为：
m=±√（14.12+1.22）=14.1mm，小于规范要求≤±40mm限差，说明洞内平面控制网测量设计可行。
5.1.3洞内平面控制网测量外业观测
5.1.3.1洞内平面控制网测量外业观测执行的技术要求
导线测量的主要技术要求
等级
测角中误差（″）
测距相对中误差
方位角闭合差（″）
导线全长相对闭合差
测回数
0.5″级仪器
1″级仪器
四等
2.5
1/50000
5√n
1/40000
3
4
水平角方向观测法的技术要求
等级
仪器等级
半测回归零差（″）
一测回内互差（″）
同一方向值各测回互差（″）
四等及以上
0.5″级仪器
4
6
4
1″级仪器
6
9
6
边长测量技术要求
等级
测距仪器精度等级
每边测回数
一测回读数较差限值（㎜）
测回间较差限值（㎜）
往返观测平距较差限值
往测
反测
四等
Ⅰ
2
2
2
3
2mD
5.1.3.2洞内平面控制测量外业观测
洞内导线测角和测边
1洞口站测量工作要在阴天或夜晚进行。
2洞内导线测量前应充分通风，没有尘雾后才能进行洞内导线测量。
3洞内测量前应先将仪器开箱放置20min左右，让仪器与洞内温度基本一致。
4目标棱镜应有足够亮度，受光均匀柔和、目标清晰,避免光线从旁侧照射目标。
5仪器和反射镜面应无水雾。
6洞内导线水平角观测用全站仪测回法测左、右角，为提高测角精度测角时左、右角各测5个测回，角度较差在限差之内取平均值。
7完成规定测回数一半后，仪器和反射镜均应转动180重新对中整平，观测剩余测回数。
8在导线测量时采取暂停施工，以保证导线测量的顺利进行。
导线自洞口向洞内是分期、逐次测量建立并最后贯通的。
洞内导线引伸测量前的检测：
利用已测导线点引伸测量前，必须先检测判定先前的已知点是否位移。
检测方法一般按原有导线最前端的相邻三点点位，通过同精度测角检测和测边检测，假如角和边的差值均在精度允许范围内，则可认为原导线点的精度和点位均可信。
如超限，应沿着原导线依次倒退检测边角，直至精度合格为止，检测后的检测角与原测角（观测值）的差值，检测边与原测边（观测值）的差值，应不超过按下式计算的限差：
md=±2√m2原+m2检式中
m原-原测角或测边的中误差。
m检-检测角或检测边的中误差。
检测时所采用的精度，原则上应不低于原测精度。
一般角度检测时的仪器精度及测回数不得低于原测；边长检测时，测距仪精度，测边次数以及附加改正内容应不降低原测要求。
如图三角形表示为洞外平面控制点即洞口投点；2、4、6…为中线控制点；1、3、5、7…为副导线控制点。
且每隔3条边组成一个闭合环。
如控制点、1、3、2形成一个闭合环。
若查3点是否位移，可测闭合导线环所有的内角和边长，通过严密平差计算实测坐标。
假如角和边的差值均在精度允许范围内，则可认为原导线点的精度和点位可信，可以向洞内沿伸测量下个导线环2、3、5、4；假如超限则应认为存疑，应沿着原有导线依次倒退检测边角，直至精度合格为止，这时以合格处的导线点作起算点向前建立新导线。
同样方法，测定新的导线坐标，依次循环。
当隧道掘进一定长度，应定期从洞外控制点，检测测闭合导线至最前端点，以保证掘进方向的正确性。
导线点每测站的夹角最好大于30°或小于150°。
5.1.4洞内平面控制测量内业处理
洞内导线平差计算：
1采用南方平差易2005平差软件进行平差。
2初次洞内导线测量时的起算坐标和方位角应采用测量设计时确定的进洞联系边测量成果。
3洞内导线引伸测量的起算坐标和方位角应采用经检测合格的前一期洞内导线测量成果。
4洞内导线平差一律采用严密平差。
5.1.5洞内平面控制测量精度评定
根据洞内导线网的测距相对中误差、方位角闭合差、导线全长相对闭合差，是否满足规范要求来判定洞内导线网的测量精度能否满足隧道二等导线测量要求。
5.2洞内高程控制测量
5.2.1洞内高程控制设计
洞内高程控制点由洞口高程控制点引入洞内，每隔100~150米埋设一个水准点，也可利用现有洞内平面控制点，采用三等水准测量方法进行测段间往返测量。
洞内高程控制点随着隧道施工进度逐渐引入洞内，建立新一期高程控制点前应检测起算高程点。
检测已测测段高差之差应满足规范的要求。
5.2.2洞内高程控制设计后贯通误差估算与分析
洞内高程控制测量误差产生的高程贯通中误差按下式计算：
M△h=M△√L
M△——三等水准测量每千米测量偶然中误差为3mm。
L—洞内高程测量路线长度按1.5km计算。
那么北山隧道洞内高程控制测量误差产生的高程贯通中误差为3.7mm，小于规范中的高程贯通误差限差±17mm要求。
5.2.3洞内高程控制测量外业观测
5.2.3.1洞内高程控制网测量外业观测执行的技术要求
三等水准高程控制网测量主要技术要求
（1）水准测量主要精度要求
水准测量
等级
每千米水准测量偶然中误差M△
每千米水准测量全中误差MW
限差（mm）
检测已测段高差之差
往返测
不符值
附合路线或
环线闭合差
左右路线
高差不符值
三等
≤3.0
－
20
12
12
8
（2）水准观测的主要技术要求
等级
水准仪
最低型号
水准尺
类型
视距
前后
视距差
测段的前后
视距累积差
视线
高度
数字水准仪重复测量次数
光学
数字
光学
数字
光学
数字
光学
数字
三等
DS1
因瓦
≤100
≤100
≤2.0
≤3.0
≤5.0
≤6.0
三丝能读数
≥0.35
≥1次
DS2
双面木尺单面条码
≤75
≤75
（3）水准观测的测站限差
项目
等级
两次读数之差
两次所测高差之差
检测间歇点
高差之差
上下丝读数平均值
与中丝读数之差
三等
光学测微法
1mm
1.5mm
3mm
─
中丝读数法
2mm
3mm
注：
对于数字水准仪，同一标尺两次读数差不设限差，两次读数所测高差的差按表中“基、辅分划所测高差之差”的限差执行。
5.2.3.2洞内高程控制网测量外业观测
按三等水准测量的技术要求进行测量，采用徕卡DNA03电子水准仪或DSZ2光学水准仪。
采取的主要技术措施有：
（1）测量时，保证前后视距相等，减少仪器i角对高差观测的影响。
（2）作业前及使用过程中检查与校正i角，保证i角绝对值在作业过程中均不超过15″。
（3）水准测量全部采用单路线往返观测，往返观测使用同一类型的仪器和转点尺承沿同一线路进行。
（4）水准测量采用5kg的尺垫作转点尺承，并辅以竹竿做尺撑，以保证标尺稳定、铅直。
（5）洞内测量前应先将仪器开箱放置20min左右，让仪器与洞内温度基本一致。
（6）每一测段的往测与返测，其测站数均为偶数。
由往测转向返测时，两支标尺互换位置，并重新整置仪器。
（7）在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，使其中的两脚与水准路线的方向基本平行，而第三脚则依次轮换置于水准路线前进方向的左侧与右侧。
5.2.4洞内高程控制测量数据处理及精度评定
（1）水准测量数据处理采用武汉大学《科傻地面控制测量数据处理系统》平差软件。
（2）高程网严密平差起算点的选取与稳定性判断原则。
选取进出口处洞外高程控制点作为洞内水准的起算点。
（3）从点位环境观察控制点所处位置的是否稳定，判断外界可能的扰动破坏因素。
（4）三等水准的测量以各水准路线测段往返测高差不符值计算每千米高差中数的偶然中误差，合格后方可进行高差比对。
否则应重测该段水准路线。
每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶然中误差MΔ，MΔ按下列公式计算：
式中：
△——测段往返高差不符值（mm）；
L——测段长（km）；
n——测段数。
6隧道施工测量
6.1隧道洞口施工测量
6.1.1隧道进出洞口处的原地面测量,刷坡检查测量。
6.1.2隧道门端墙和翼墙、挡土墙的基坑开挖测量。
6.1.2隧道衬砌测量,立模前,应利用洞口控制点在立模范围内放设不少于三个中线点及其横断面十字线方向。
同时以中线点和水准点为依据，放样隧道洞门断面的部位分别有边墙角、边墙基础、边墙身线、起拱线等位置。
拱顶内沿、拱脚、边墙脚等设计高程均应用水准仪放出，并加以标注。
拱部衬砌的放样是将拱架安装在正确的空间位置上，拱架定位并固定好后，即可铺设模板。
模板安装完成后，检查基础边缘位置，边墙拱脚、端翼墙顶面高程检查充许偏差小于±10mm。
符合要求的要上报监理验收，验收合格的才能进行砼浇筑。
在灌注砼衬砌施工过程中，应经常检查拱架和模板的位置和稳定性。
若位移变形值超限，应及时
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