隧道控制测量矿山法.docx
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隧道控制测量矿山法
隧道控制测量(矿山法)
2.14.1工艺概述
隧道控制测量和施工测量是隧道施工过程中的重要工序。
施工测量过程中应执行测量复核制,使测量过程快速、结果精确无误;保证隧道按规定精度贯通,各种建筑物空间位置及尺寸符合设计要求,不得侵入隧道限界。
2.14.2作业内容
1.控制测量:
洞外控制测量、竖井联系测量、洞内控制测量
2.施工测量:
洞口边仰坡开挖放线测量、洞口大管棚导向管的定位放线测量、隧道开挖轮廓线放线及超欠挖检测测量、拱架架立安装放线测量、隧底及仰拱开挖放线测量、仰拱填充及边基放线测量、二衬模板台车定位测量、沟槽施工放线测量、竖井井身开挖测量、隧道横断面净空检查测量、无碴轨道施工测量
3.贯通测量
4.竣工测量
2.14.3质量控制及检验技术要求
1.隧道贯通误差的限差
隧道相向两施工中线在贯通面上的贯通限差应符合表2.14.3-1的规定:
表2.14.3-1贯通误差的限差(mm)
两开挖洞口间长度(km)
<4
4~<8
8~<10
10~<13
13~<17
17~<20
横向贯通限差
100
150
200
300
400
500
高程贯通限差
50
2.隧道横向和高程贯通精度要求(mm)
洞外、洞内控制测量误差对每个贯通面上的贯通误差影响值应符合表2.14.3-2的规定:
表2.14.3-2横向和高程贯通精度要求(mm)
测量部位
横向中误差
高程中误差
相邻两开挖洞口间长度(km)
<4
4~<8
8~<10
10~<13
13~<17
17~<20
洞外
30
45
60
90
120
150
18
洞内
40
60
80
120
160
200
17
洞外、洞内总影响
50
75
100
150
200
250
25
注:
本表不适用于利用竖井贯通的隧道。
3.各级控制测量布网要求
(1)
控制网级别
测量方法
测量等级
点间距
备注
CPI
GPS
C级
≥1000m
≤4km一对点
CPII
GPS
D级
600~800m
导线
四等
400~600m
CPIII
导线
五等
150~200m
依据铁路工程测量指南时速200~250公里有砟轨道平面控制网参见表2.14.3-3。
表2.14.3-3时速200~250有砟轨道各级平面控制网布网要求表
(2)
控制网级别
测量方法
测量等级
点间距
备注
CPⅠ
GPS
B级
≥1000m
≤4km一对点
CPⅡ
GPS
C级
800~1000m
导线
导线
四等
CPⅢ
导线
五等
150~200m
后方交会
50~60m
10~20m一对点
依据高速铁路测量指南,高速铁路无碴轨道平面控制网参见表2.14.3-4。
表2.14.3-4客运专线无碴轨道各级平面控制网布网要求表
4.GPS测量的精度指标
(1)
控制网级别
基线边方向中误差
最弱边方向中误差
CPI
≤1.7"
1/100000
CPII
≤2.0"
1/60000
依据时速200~250公里有砟轨道铁路工程测量指南,GPS测量的精度见表2.14.3-5。
表2.14.3-5时速200~250公里有砟轨道GPS测量的精度指标表
(2)高速铁路无碴轨道铁路工程测量暂行规定GPS测量的精度见表2.14.3-6。
表2.14.3-6客运专线无碴轨道GPS测量的精度指标表
控制网级
别
基线边方向中误差
最弱边方向中
误差
CPI
≤1.3"
1/170000
CPII
≤1.7"
1/100000
5.GPS作业基本技术要求
依据时速200~250公里有砟轨道铁路工程测量指南和客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规,GPS作业基本技术要求见表2.14.3-7。
表2.14.3-7各级GPS测量作业的基本技术要求表
项目级别
B
C
D
E
静态测量
卫星高度角(°)
≥15
≥15
≥15
≥15
有效卫星总数
≥5
≥4
≥4
≥4
时段中任一卫星有效观测时间(min)
≥30
≥20
≥15
≥15
时段长度(min)
≥90
≥60
≥45
≥45
观测时段数
≥2
1~2
1~2
1~2
数据采样间隔(S)
15~60
15~60
15~60
15~60
PDOP或GDOP
≤6
≤8
≤10
≤10
6导线测量技术要求
依据时速200~250公里有砟轨道铁路工程测量指南和客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定,导线测量技术要求见表2.14.3-8。
表2.14.3-8导线测量主要技术要求表
控制网级别
附合长度
(km)
边长(m)
测距中误差
(mm)
测角中误差
(")
相邻点位坐标中误差(mm)
导线全长相对闭合差限差
方位角闭合差限差
(")
对应导线等级
时速
200~250
客运专线
CPⅡ
≤4
400~600
800~1
000
5
2.5
10
1/40000
±5n
四等
CPⅢ
≤1
150~200
3
4
5
1/20000
±8n
五等
7线路控制网(CPII)测量
依据客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定,线路控制网(CPII)测量技术要求见表
2.14.3-9。
距离和竖直角观测限差见表2.14.3-10。
表2.14.3-9导线测量水平角观测技术要求表
控制网等级
仪器等级
测回数
半测回归零差
2C较差
同一方向各测回间较差
CPⅡ
DJ1
4
6″
9″
6″
DJ2
6
8″
13″
9″
CPⅢ
DJ1
2
6″
9″
6″
DJ2
4
8″
13″
9″
表2.14.3-10距离和竖直角观测限差
仪器精度等级
测距中误差
(mm)
同一测回各次读数互差(mm)
测回间读数较差
(mm)
往返测平距较差
Ⅰ
<5
5
7
2mD
Ⅱ
5~10
10
15
8高程控制测量
依据客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定,水准测量精度要求见表2.14.3-11。
山岳、丘陵地区光电测距三角高程见表2.14.3-12。
表2.14.3-11各等级水准测量精度(mm)
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
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
二等水准
≤1.0
≤2.0
6
L
4
L
4
L
——
精密水准
≤2.0
≤4.0
12
L
8
L
8
L
4
L
三等水准
≤3.0
≤6.0
20
L
12
L
12
L
8
L
四等水准
≤5.0
≤10.0
30
L
20
L
20
L
14
L
注:
表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度,单位为km。
表2.14.3-12水准点光电测距三角高程测量技术要求表
距离测回数
竖直角
往返测高差较差
(mm)
边长范围
(m)
测回数
(中丝法)
最大角值
(°)
测回间较差(")
指标差互差
(")
往返各2测回
往返各3测回
15
5
5
40D
200~700
注:
D为测距边长,以km计。
9.隧道开挖、立拱架
隧道的允许超挖值应符合表2.14.3-13的规定。
拱架安装值应符合表2.14.3-14的规定。
表2.14.3-13隧道允许超挖值(cm)
围岩级别
开挖部位
I
II~IV
V、VI
拱部
线性超挖
10
15
10
最大超挖
15
25
15
边墙线性超挖
10
10
10
仰拱、隧底
最大超挖
10
最大超挖
25
表2.14.3-14拱架安装
序号
检查项目
规定值或允许偏差(mm)
检验方法
备注
1
拱架安装
竖向
不低于设计高程
仪器检查:
每榀检查
2
横向
±50
尺量:
每榀检查
3
纵向
±50
尺量:
每榀检查
4
垂直度
±2°
仪器检查:
每榀检查
10.无碴轨道验收标准
(1)依据客运专线无碴轨道铁路工程施工质量验收暂行标准,无碴轨道验收标准见表
2.14.3-15。
表2.14.3-15轨排组装铺设的允许偏差
序号
检查项目
允许偏差
1
轨距
±1mm,变化率不得大于1‰
2
水平
1mm
3
轨向
2mm/10m弦
4
高低
2mm/10m弦
检验数量:
每个轨排支撑架处检查一次。
(2)依据客运专线无碴轨道铁路工程施工质量验收暂行标准,无碴轨道验收标准见表
2.14.3-16。
表2.14.3-16轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差及检验办法
序号
项目
允许偏差(mm)
检验方法
1
轨面高程
一般情况
±2
专用测量仪器
紧靠站台
+2
0
2
轨道中线
2
3
线间距
+5
0
检验数量:
每个轨排支撑架处检查一次。
2.14.4工艺流程图(略)
2.14.5工序步骤及质量控制说明一、施工准备
1.技术准备
(1)已知成果。
(2)点位检查。
(3)测量方案。
(4)埋设桩点。
(5)外界条件。
(6)内业资料。
(7)资料复核。
(8)编制程序。
编制曲线计算程序等。
2.
仪器、工具准备
(1)常用仪器设备、工具:
常规控制测量和施工测量工作,根据隧道设计或测量方案的精度要求和现场地形、地貌、交通条件、洞内通视、照明条件,合理选择相应精度、数量和具备所需功能的GPS、全站仪、陀螺仪、自动或手动断面仪、经纬仪、水准仪、投点仪及其它配套和专用的附件和工具。
(2)仪器设备的检定、检查:
仪器与工具在使用前应保证其在经国家授权检定部门检定合格有效期内;给仪器、手簿、对讲机、洞内照明灯具等用电设备充电;检查仪器的常规设置并确认无误。
二、洞外控制测量
1.施工复测
施工前,施工单位应对勘测设计单位交接的控制桩进行复测。
CPⅠ控制点的施工复测应按现行全球定位系统(GPS)铁路测量规程执行;CPⅡ控制点、水准点施工复测的精度和要求应符合有关规定。
当复测结果与设计单位提供的勘测成果不符时,必须重新测量。
当确认设计单位勘测资料有误或精度不符合规定要求时,则应与设计单位协商,对勘测成果进行改正。
复测结果与设计单位勘测成果的不符值在下列规定范围内时,应采用设计单位勘测成果:
⑴CPⅠ控制点的复测应满足X、Y坐标差值不大于±2cm的要求;
⑵CPⅡ控制点的复测应满足表2.14.5-1的规定。
表2.14.5-1线路控制网(CPⅡ)复测限差要求
水平角
导线方位角闭合差
距离(mm)
导线长度闭合差
≤5″
≤5n″
≤2mD
≤1/40000
注:
mD为仪器标称精度。
⑶水准点复测限差应满足表2.14.5-2的规定。
表2.14.5-2水准点复测限差
二等
精密水准
三等
四等
6
12
L
20
L
30
L
注:
L为测段长度,单位以千米计。
2.洞外平面控制测量
⑴隧道测量应建立独立的平面、高程控制网。
在原CPI、CPII基础上加密,并采用便于施工测量的独立坐标系统。
当加密网的精度不能满足施工测量的精度要求时,应建立更高精度等级的独立控制网。
⑵隧道长度大于1500m时,应根据隧道横向贯通精度要求进行隧道平面控制测量设计;隧道相邻两开挖洞口间高程路线长度大于12000m,应根据隧道高程贯通精度要求进行隧道高程控制测量设计。
⑶隧道平面控制测量设计要素应按表2.14.5-3选用。
表2.14.5-3平面控制测量适用长度
测量方法
测量等级
测角精度(″)
适用长度(km)
边长相对精度
洞外
导线测量
二
1.0
6~20
1/200000
三
1.8
4~6
1/150000
四
2.5
<4
1/100000
GPS测量
B
1.5
≥6
C
2.0
<6
-176-
⑷洞外控制测量应在隧道开始衬砌前完成。
⑸隧道洞外控制测量应结合隧道长度、平面形状、线路通过地区的地形和环境、交通条件及外界环境等因素,参考设计单位的控制测量交桩资料,可采用GPS测量或导线进行平面测量。
⑹GPS控制测量:
GPS点的点位选择应符合以下要求:
①应满足工程测量的需要和技术设计要求。
②应便于安置接收设备和操作;特别是加密GPS施工控制点的时候,应当注意周围视野开阔,便于布设通视方向,并能利于向洞内引测,对天空通视情况良好,高度角15°以上不得有遮挡。
③远离大功率无线电发射台(如高压线、电视发射塔、微波站等),并且附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体,其距离不宜小于200m。
④点位基础坚实牢固,易于保存,并应利于常规测量方法扩展与联测。
⑤对于特长隧道,洞口GPS控制点应尽量布置在与洞口高程基本等高的地方,竖直角小于
±5°。
在进行GPS测量前,应对GPS接收机及其手薄进行检视,主要包括:
GPS接收各部件及附件应匹配、齐全、完好;有关按键及信号灯工作应正常;
检验接收机接收信号有无失锁情况;
天线或基座圆水准器和光学对点器是否正确;
检查数据传输是否正常,检查GPS的各项设置:
静态或动态、高度截止角、数据采样率、天线类型、天线量测方式等。
GPS测量观测时应准确的记录或输入点位名称、天线高、天线及接收机编号、观测日期、起止时间等。
在GPS观测过程应当注意时常检查接收机工作及数据传输是否正常,每时段观测前后应各量取天线高一次,两次量高之差不应大于3mm,取平均值作为最后天线高。
C级及以下各级GPS网基线解算可采用随接收机配备的商用软件。
⑺常规导线控制测量:
首先根据设计单位提供的测量成果及所要求的导向精度等级,结合隧道的长度,选择合适的导线测量等级。
洞外导线测量宜布设为多边形闭合导线环,每个闭合环的边数为4~6条,相邻边长的比不宜小于1:
3,尽量采用长边。
采用标称精度不低于2″、2mm+2ppm的全站仪施测。
导线测量采用方向观测法进行观测,边长测量读数至毫米,距离往返各观测两测回。
测量水平角观测应符合导线测量水平角观测技术要求。
导线环的角度闭合差,应不大于按下式计算的限差:
fβ=2m
m为设计所需的测角中误差,n为导线环内角的个数。
导线的平差计算宜采用平差软件进行严密平差。
导线边长应加以下改正:
气压、温度、投影、加、乘常数改正,必要时还要考虑高斯投影面改正等。
注意仪器和棱镜(其它棱镜)、小棱镜、反射片、物体表面之间棱镜加常数的配套。
3.洞外高程控制测量
⑴隧道洞外高程控制测量,可采用精密水准或光电测距三角高程进行高程控制测量;对于无法进行常规精密水准测量的跨河、跨海隧道,可利用水准仪或全站仪进行跨河水准测量,也可利用GPS水准测量法进行跨河水准测量。
⑵对CPⅠ、CPⅡ点复测时,参照二等水准测量要求进行。
采用的水准仪等级为DS1或DS05,铟瓦水准尺,往返观测。
视距≤50m,前后视距差≥1m,测段的前后视距累积差≤3m,视线高度
≥0.3m。
进行水准测量前应对水准仪及铟钢尺进行检查,水准仪视准轴与水准管轴的夹角DS1
级不应超过15″,检查铟钢尺的圆水准器的垂直轴是否平行于水准尺的主轴线等。
二等水准测量应进行往返观测。
观测顺序为:
往测:
奇数站为后—前—前—后偶数站为前—后—后—前
返测:
奇数站为前—后—后—前偶数站为后—前—前—后
⑶光电三角高程测量可以替代四等水准测量。
光电测距三角高程测量,一般与平面导线测量合并进行。
两点之间的高差应采用往返观测平均值,前后棱镜的及仪器高应在测距前和测角后分别量测1次,取用平均值。
高程测量视线与地面或障碍物的距离不宜小于1.5m。
⑷光电高程必须尽快往返观测,并考虑球气差改正。
⑸在隧道海拔高程较高、隧道走向为近似南北时,注意考虑大地水准面不平行改正。
三、竖井联系测量
主要任务:
将地表的平面和高程系统,通过井筒传至井下,使洞内外形成统一的空间坐标系统,从而确定线路中线的位置。
主要工作:
投点、定向、传递高程。
即将地表坐标、方位和高程方位传递到井底。
主要方法:
联系三角形定向、投点仪+陀螺仪联合定向、钢尺(钢丝)法导入高程、光电测距仪导入高程。
方法选择:
开挖面距竖井中心在50m以内时,可采用投点串线法;超过50m以上,以投点仪
+陀螺定向为首选办法;井筒深度在100m以内,井筒直径又较大的,也可采用联系三角形测量方法;两竖井井下已贯通,可进行两井定向;井深在40m以内,可采用(钢尺)钢丝导入高程,井深超过40m,宜采用光电测距传递高程。
1联系三角形
联系三角形定向的具体施作方法如图2.14.5-1所示。
把两根钢丝悬挂重锤侵入液体中,将反射片粘贴至钢丝上,同时在井上、井下根据选点要求选择合适点位,待钢丝稳定后,井上、井下同时测量。
井上观测角e和连接角d,并测量三角形的边长a、b、c;井下观测角e′和连接角d′,并测量三角形边长a′、b′、c′。
角度测量采用方向观测法观测六测回。
进行完第一组观测后,将钢丝稍加错动一下,再进行第二、三组观测。
井上、井下联系三角形应满足下列要求:
⑴联系三角形的两个锐角应接近于零,角e、e′都不能大于2°。
⑵b与a的比值应小于1.5倍。
⑶两垂线的间距a应尽可能大。
⑷联系三角形内业计算传递坐标方位角时,应选择经过小角f、f′的路线。
每次联系三角形定向应独立进行三次,取三次的平均值作为一次定向成果。
2.投点仪投点:
各种光学(激光)投点仪,在深竖井进行投点定位,从技术上应做首选考虑。
投点时,可将投点仪假设在井口盖上向井下投点,也可架设在井底向井口投点。
O1O2
T
dbYaec
T'
c'
f'
a'Y'
d'
e'A'
b'
图2.14.5-1联系三角形定向示意
3.陀螺经纬仪定向
对于深竖井,陀螺仪定向对施工的影响最小,从技术上应做首选考虑。
陀螺仪定向主要内容:
在地面已知方位边上测定仪器常数,在定向边上测定该边的陀螺方位
角,计算测点的子午线收敛角,计算定向边的坐标方位角,进行定向精度的评定。
4.钢尺(钢丝)导高:
将长钢尺(钢丝)一端悬挂在井口,另一端悬挂重量等于钢尺比长时拉力的重锤,井上井下各安置一台水准仪,分别读取钢尺和立在水准点上的水准尺,从而计算出井上井下水准点高差。
如使用钢丝,则需在钢丝上做出记号,然后在地面上比长。
5.光电测距仪传递高程:
利用测距仪代替钢尺测量井深。
在井口加工一托架,将测距仪平卧放置于其上,井底放置棱镜;也可将全站仪架设在井底,令望远镜竖直向上,瞄准设置于井口的棱镜进行测量。
具备激光指示功能的全站仪在这方面更具优势。
四、洞内控制测量
1洞内控制测量特点:
⑴洞内导线是分期、逐次测量进行,并最后贯通的;
⑵洞内通风排烟、防水排水、洞内照明对测量结果的影响十分重要;
⑶导线边长受场地和观测条件限制,可能出现不可避免的短边,对方位影响较大;
⑷在利用已测控制点引伸前,必须先检测判明已知点是否位移。
2洞内控制测量要求:
⑴隧道洞内导线控制测量应在洞外控制测量的基础上,结合洞内施工特点布设导线。
洞内平面控制网应布设成多边形闭合导线环;对于一些较短的隧道,可以布设单导线,但应加强复核。
平行导坑可采用单导线,延伸一段距离后,应利用横通道与正洞导线联测经过平差处理后,再向前延伸。
在横通道与正洞导线联测时,应注意短边对角度的影响因素。
⑵洞内导线的边长,应根据测量设计的要求并考虑到实际通视条件,宜选择长边。
导线点应布设在施工干扰小、稳固可靠的地方,点间视线应离开洞内设施0.2m以上。
洞内高程控制点应每隔200~500m设置一对。
⑶由洞外引向洞内的测角工作,由于受光线及外围环境影响较大,宜选择在夜晚或阴天进行;对于角度测量精度要求较高的特长隧道,还应在不同季节、不同天气多次进行,并和历次成果进行比较,综合考虑取其加权平均值为宜。
⑷洞内导线应分别观测左、右角。
⑸在测量方法选择上,尽量避免短边;对于不可避免的短边,应采取措施提高角度观测精度,可以根据现场条件合理选择以下方法:
安装强制对中支架,三联脚架法、直接观测点位标志或吊垂球观测,还可以采用以下办法:
对点器在照准部的仪器和棱镜,转动照准部180º进行第二次对中;对点器在基座上的,旋转基座进行第二次对中。
⑹洞内三等及以上的高程测量应采用水准测量;四、五等可采用水准测量或光电三角高程测量的方法。
洞内高程采用水准测量时,应进行往返观测。
采用光电测距三角高程测量时,应进行对向观测,高程导线宜构成闭合环。
⑺在隧道贯通之后,应对CPⅡ控制网进行重新布设,CPⅡ控制网测量采用导线测量,导线附合于隧道两端的CPⅠ控制点上。
⑻洞内平面控制网(包括洞口3个平面控制点)、高程控制网(包括洞口2个高程控制点)应定期检查复测。
3.洞内控制点检测
⑴洞内导线和高程向前延伸时,应对已知点进行检测,以判明已知点是否发生位移并验证已知点的点位精度是否可靠。
⑵一般按原有导线最前端的相邻三点、水准点的最前面两点,同精度进行测角测边测高。
⑶差值在精度允许范围内,可认为已知点精度和点位均可信。
如超限则应依次倒退检测边角和高程,直至精度合格为止,
检测要求:
md
=±2
4.无碴轨道CPIII测量
⑴CPⅢ测量应按导线测量或后方交会法施测,CPⅢ控制点宜设于线路外侧,距线路中线的距离一般为3~4m,控制点的间距以150~200m为宜,曲线地段的加密控制点间距以50~60m为
宜。
CPⅢ平面控制测量采用后方交会方法施测,其测量布网形式如图2.14.5-2所示:
图2.14.5-2
⑵CPⅢ测量要求全站仪尽量使用高精度仪器,角度测量精确度:
±1″,距离测量精确度:
±2mm+2ppm。
全站仪还应该配有目标自动搜索及照准(ATR)功能,每台仪器宜配置12个棱镜头。
⑶自由设站的测量,从每个自由测站,将以2×3对
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