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1、 第十四章 隧道测量本章摘要：14-1 概述摘要内容：隧道类型及组成；隧道施工测量的任务、隧道施工测量的内容、测量工作的作用等。讲课重点：隧道施工测量的内容、测量工作的作用。讲课难点：隧道施工测量的内容、测量工作的作用。 讲授重点内容提要：一、公路隧道位于地表以下，一个方向的尺寸远大于另两个方向的尺寸，两端起联通作用功能的人工建筑物称地道。横截面较小时称坑道，横截面较大时称隧道。1隧道类型隧道按其所处的位置不同分可为山岭隧道、水下隧道（河底和海地）以及城市隧道等；隧道按其横断面形状分为圆形、椭圆形、马蹄形、眼睛形（孪生形）等；隧道按其用途可分为交通隧道（包括公路隧道、铁路隧道、城市隧道、人行隧

2、道等）和运输隧道（包括输水隧道、输气隧道、输液隧道等）。公路隧道一般指的是山岭隧道。公路隧道按其长度的不同又分为四类。公路隧道的分类隧道分类特长隧道长隧道中隧道短隧道隧道长度L(m)L30001000L3000500L1000L500 隧道长度指进出口洞门端墙之间的水平距离，即两端端墙面与路面的交线同路面线中线交点间的距离。2. 隧道组成与结构主体建筑物和附属建筑物。前者包括洞身衬砌和洞门，后者包括通风、照明、防排水、安全设施等。3. 隧道设计阶段一般地，特长隧道和对路线有控制作用的长隧道，以及地形、地质状况比较复杂的隧道，在勘测设计上采用两阶段设计，隧道的测量工作也包括初侧和定测两个阶段。（

3、1）初测的主要任务和要求初测的主要任务是根据隧道选线的初步结果，在选定的隧道线位走廊带进行控制测量、地形测量、纵断面测量，为地质填图和隧道的深入研究和设计提供点位参数、地形图条件及技术说明。初测的基本要求是：布设控制点，进行控制测量。隧道控制测量必须与路线控制测量进行衔接，为路线与隧道形成系统一致的整体提供基准保证。按隧道选定方案进行带状地形图测量。带宽一般为200400m（视具体需要可加宽）。按隧道中线地面走向测量纵断面图。用于测量纵断面图的里程桩（包括地形加桩）应预先测设在隧道中线上。（2）定测的主要任务根据批准的初步设计文件确定隧道洞口位置，测定隧道洞口上面的隧道路线，进行洞外控制测量。

4、二、隧道施工测量1. 隧道施工测量的任务隧道施工测量的任务是保证隧道各施工洞口相向开挖能够正确贯通，并使各项建筑物按照设计位置和尺寸修建，不得侵入限界。其中保证隧道横向贯通精度是隧道施工测量的关键。2. 隧道施工测量的内容隧道施工测量包括施工前洞外控制测量、施工中洞内测量及竣工测量。施工中洞内测量又包括洞内控制测量、施工中线测量、高程测量、断面测量及衬砌施工放样测量等。（1）地面（洞外）控制测量：在地面上建立平面和高程控制网；（2）联系测量：将地面上的坐标、方向和高程传到地下，建立地面地下统一坐标系统；（3）地下控制测量：包括地下平面与高程控制；（4）道施工测量：根据隧道设计进行放样、指导开控

5、及衬砌的中线及高程测量。3. 测量工作的作用（1）在地下标定出地下工程建筑物的设计中心线和高程，为开挖、衬砌和施工指定方向和位置；（2）保证在两个相向开挖面的掘进中，施工中线在平面和高程上按设计的要求正确贯通，保证开挖不超过规定的界线，保证所有建筑物在贯通前能正确地修建；（3）保证设备的正确安装；（4）为设计和管理部门提供竣工测量资料等。贯通误差应符合公路隧道勘测测规（JTJ063）要求。 14-2 隧道洞外控制测量摘要内容：隧道施工测量首先要建立洞外平面和高程控制网，每一开挖洞口附近都应设平面控制点及水准点，这样将各开挖面联系起来，作为开挖放样的依据。洞外平面控制测量的主要任务，是测定相向开

6、挖洞口各控制点的相对位置，并和路线中线联系，以便根据洞口控制点进行开挖，使隧道按设计的方向和坡度以规定的精度贯通。洞外平面控制测量一般采用中线法、导线法、三角（边）锁等方法。由于GPS定位系统的广泛应用，GPS也已用于隧道施工的洞外控制测量。讲课重点：平面控制三角测量法、用GPS定位系统建立控制网。讲课难点：水准路线方案设计。讲授重点内容提要：一、洞外平面控制测量1. 中线法（1）原理及方法中线法是在隧道洞顶地面上用直线定线方法，把隧道中线，每隔一定距离用控制桩精确地标定在地面上，作为隧道施工引测进洞的依据。A、B为定测时路线的中线点（也是洞口控制桩），C、D、E为洞顶地面的中线点。施工时，分

7、别在A、B安仪器，从AC，BE方向延伸到洞内，作为隧道的掘进方向。（2）适用范围该法宜用于隧道较短、洞顶地形较平坦，且无较高精度的测距设备的情况下。但必须反复测量，防止错误，并要注意延伸直线的检核。中线法的优点是中线长度误差对贯通的横向误差几乎没有影响。2. 导线法（1）原理及方法隧道洞外导线测量与路线导线测量方法相同，但它的精度要求较高，导线布设必须按照隧道建筑的要求来确定。洞外地形复杂，量距又特别困难时，光电测距导线作为洞外控制，已是主要的方法。A，B分别为进口点和出口点，1，2，3，4点为导线点。施测导线时尽量使导线为直伸形，减少转折角，使测角误差对贯通的横向误差减小。（2）适用范围长隧

8、道、洞外地形复杂量距又特别困难等。3. 三角测量法（1）原理及方法 隧道三角网一般布置成与路线同一方向延伸的三角锁。隧道全长及各进洞点均包括在控制范围内，三角点应分布均匀，并考虑施工引测方便和使误差最小。隧道三角锁的图形，取决于隧道中线的形状、施工方法及地形条件。直线隧道以单锁为主，三角点尽量靠近中线，条件许可时，可利用隧道中线为三角锁的一边，以减少测量误差对横向贯通的影响。曲线隧道的三角锁以沿两端洞口的连线方向布设为有利，较短的曲线隧道可布设成中点多边形锁；长的曲线隧道，包括一部分是直线，一部分是曲线的隧道，可布设成任意三角形锁。三角锁作为隧道洞外的控制网，必须要测量高精度的基线，测角精度要

9、求也较高，一般长隧道测角精度为2左右。起始边精度要达到1/300 000。用三角锁作为控制网，最好将三角锁布设成直伸形，并且用单三角构成，使图形尽量简单。这时边长误差对贯通的横向误差影响大为削弱。（2）适用范围当隧道较长地形起伏多变，不便用导线法作洞外平面控制时，常采用三角测量法。4用GPS定位系统建立控制网（1）原理及方法A，B点分别为隧道的进口点和出口点，AC和BF为进口和出口的定向方向，必须通视。ACDFEB组成4个三角形。三台套GPS接收机可观测4个时段，四台套GPS接收机可观测两个时段。如果需要与国家高级控制点连测，可将两个高级点与该网组成整体网，或连测一个高级点和给出一个方位角。G

10、PS网首先获得的是WGS-84坐标系的成果，应将其转换为以A点子午线为中央子午线，以A，B平均高程为投影面的自由网的坐标数据，然后进行平差计算，从而获得控制网的成果。在GPS控制网数据处理时，注意用水准测量连测一部分GPS点高程，以便进行高程拟合，从而是GPS点具有较高精度高程，以满足隧道贯通的高程要求。（2）适用范围利用GPS定位系统建立洞外的隧道施工控制网，由于无需通视，故不受地形限制，减少了工作量，提高了速度，降低了费用，并能保证施工控制网的精度。二、地面高程控制测量1. 隧道高程控制测量隧道高程控制测量的任务，是按照规定的精度，施测隧道洞口附近水准点的高程。根据两洞口点间的高差和距离，

11、可以确定隧道底面的设计坡度，并按设计坡度控制隧道底面开挖的高程。2. 精度要求一次相向贯通的隧道，在贯通面上对高程要求的精度为25mm。对地面高程控制测量分配的影响值为18mm，分配到洞内高程控制的测量影响值是17mm。根据上述精度要求，按照路线的长度确定必要的水准测量的等级。地面水准测量等级选定及技术要求，符合规范要求。3. 水准路线方案设计水准路线应选择在连接两端洞口最平坦和最短的地段，以期达到设站少，观测快，精度高的要求。水准路线应尽量直接经过辅助坑道附近，以减少联测工作。每一洞口埋设的水准点应不少于两个。两个水准点间的高差，以能安置一次水准仪即可联测为宜，两端洞口之间的距离大于lkm时

12、，应在中间增设临时水准点，水准点间距以不大于1km为宜。洞外高程控制通常常采用三，四等水准测量方法，往返观测或组成闭合水准路线进行施测。水准点应埋设在坚实、稳定和避开施工干扰之处。 14-3 路线引测进洞数据的计算摘要内容：洞外平面和高程控制测量完成后，就要进一步把相向开挖洞口附近的路线中线点(各洞口最少两个中线点)，用平面和高程控制网精确求得它们的坐标和高程，同时计算洞内待定点的设计坐标按坐标反算的方法，可求出这些洞内待定点和调外控制点之间的距离和夹角关系，根据这些数据，就可以用极坐标法或其它方法指导进洞的开挖方向并测设洞内待定点的点位。从而使隧道中线按设计位置在洞内延伸。讲课重点：直线隧道

13、计算原理原理。讲课难点：直线隧道计算原理原理。讲授重点内容提要：一、直线隧道1.原理两洞口控制桩位于三角网的两端，各三角点的坐标为(xi，yi)。其引进数据的计算是要算出隧道中线与某一已知边的夹角1、2和AB的水平距离DAB。其中：，同理计算。2.测设方法在实地置仪器于A点后视1点，拨角1即为AB进洞方向；同样置仪器于B点后视3点，拨角2 即为BA进洞方向。二、曲线隧道三角网控制的曲线隧道，设各三角点坐标为(xi，yi) ，路线转折点JD、曲线起点B(ZH)、曲线终点C(HZ)的坐标根据设计图也可求得。有了这些洞外洞内坐标，同样按坐标反算的方法可求得夹角1、2和AB、CD的水平距离DAB、DC

14、D。从而可在实地标定出AB及CD之进洞开挖方向和控制其开挖长度。三、隧道内横洞设有辅助坑道的隧道。直线隧道上设一横洞，A、B为正洞洞口控制点，C、D为横洞洞口控制点，其坐标均为巳知。引进数据的计算，主要是算出CD与正洞中线的交角2；C(或D)点到正洞与横洞交点E的距离和A点到E点的距离等。在得出掘进方向以后，要埋设若干个固定桩把进洞点和掘进方向标定于地面上。如图14-8所示，用l、2，3、4桩标定掘进方向，再在大致垂直于掘进方向上埋设5、6、7、8桩，掘进方向桩要用混凝土桩或石桩，埋设在施工过程中不受损坏，不被扰动的地方，并量出进洞点A到2、3、6、7等桩的距离。有了方向桩和距离数据，在施工过

15、程中可随时检查或恢复进洞点的位置。14-4 竖井联系测量摘要内容：在隧道施工中，常用竖井在隧道中间增加掘进工作面，从多面同时掘进，可以缩短贯通段的长度，提高施工进度。这时，为了保证相向开挖面能正确贯通，就必须将地面控制网中的坐标、方向及高程，经由竖井传递到地下去。这些传递工作称为竖井联系测量。其中坐标和方向的传递，称为竖井定向测量。通过定向测量，使地下平面控制网与地面上有统一的坐标系统。而通过高程传递则使地下高程系统获得与地面统一的起算数据。高程联系测量是将地面高程引入地下，又称导入高程。讲课重点：一井连接测量原理与方法；光电测距仪导入高程法。讲课难点：一井连接测量原理与方法；光电测距仪导入高程法。讲授重点内容提要：一、竖井联系测量的任务按照地下控制网与地面上联系的形式不同，定向的方法可分为下列四种：（1）经过一个竖井定向（简称一井定向）；（2）经过两个竖井定向（简称两井定向）；（3）经过横洞（平坑）与斜井的定向；（4）应用陀螺经纬仪定向。竖井的联系测量可通过一个井筒，也可同时通过两个井筒进行。由于陀螺仪技术的飞速发展，在导航和测量工作中已被广泛应用。陀螺仪重量轻、体积小，