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是保证隧道2个或2个以上开挖面相向施工后,施工中线在贯通面处能够按照设计规定的精度正确地衔接,并保证各结构物及隧道(洞)净空在施工过程中及竣工后,以设计精度按照设计位置修建,不会侵入限界。
其任务是:
把图纸上设计好的建筑物的平面位置和高程,按设计精度要求标定在地面上,这项工作也成为施工放样。
2.2施工控制测量的概况
2.2.1施工控制测量基本概念
(1)控制测量是针对碎部测量而言的,研究如何测定控制点的精确位置,并以控制点的位置来确定碎部点的位置。
(2)目的是为地形图测绘和各种工程测量提供控制基础和起算基准;
(3)作用是在全国范围内提供具有统一坐标系统和高程系统的控制点坐标和高程,其成果具有通用性和共享性,使全国各局部地区的测量工作得以分期分批进行,所测地形图可以相互拼接共同使用。
(4)意义是控制测量在国民经济建设中具有重要作用,它为地学科学研究、空间技术及宇宙航行以及测图和各项工程提供了控制基础。
2.2.2施工控制测量分类
控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。
控制测量按精度分为不同等级,各个等级有不同的技术指标。
(1)平面控制测量:
在某地区或全国布设平面控制网,精密测定控制点的平面位置,分为一、二、三、四四个等级。
直接服务于大比例尺测图和工程测量的平面控制测量等级有一、二、三级导线测量,一、二级小三角测量。
(2)高程控制测量:
在某一地区或全国布设高程控制网,精密测定点的高程位置,国家高程控制测量也分成一、二、三、四四个等级。
直接服务于大比例尺测图和工程测量的高程控制测量包括等外水准测量和三角高程测量。
2.2.3控制测量应遵循的原则
测量规范规定,测量控制网应由高级向低级分级布设。
如平面三角控制网是按一等、二等、三等、四等、5〃、10〃和图根网的级别布设,城市导线网是在国家一等、二等、三等或四等控制网下按一级、二级、三级和图根网的级别布设。
一等网的精度最高,图根网的精度最低。
控制网的等级越高,网点之间的距离就越大、点的密度也越稀、控制的范围就越大;
控制网的等级越低,网点之间的距离就越小、点的密度也越密、控制的范围就越小。
控制测量是先布设能控制大范围的高级网,再逐级布设次级网加密,通常称这种测量控制网的布设原则为“从整体到局部”。
因此测量工作的原则可以归纳为“从整体到局部,先控制后碎部”。
控制测量应遵循从整体到局部,由高级到低级,逐级控制,逐级控制的原则。
2.2.4控制测量实施步骤
(1)技术设计
(2)选点
(3)造标埋石
(4)观测
(5)数据处理
(6)成果验收与上交
2.3隧洞施工控制测量
2.3.1洞外控制测量
(一)对于直线隧道,洞外平面控制测量的目的主要是获取两端洞口较为精确的点的平面位置和引测进洞的方向;
建立洞外平面控制的常用的方法有:
中线法、精密导线法、三角网和GPS网等。
随着电测波测距技术的发展,导线测量已成为建立工程控制网的主要方法。
1)中线法
(1)先将洞内线路中线点的平面位置测设于地面,经检核确认该段中线与两端相邻线路中线能够正确衔接后,方可以此作为依据,进行引测进洞和洞内中线测设。
(2)中线法一般只能用于短于1000m的直线隧道和短于500m的曲线隧道的洞外平面控制。
2)精密导线法
(1)用导线方式建立隧道洞外平面控制时,导线点应沿两端洞口的连线布设。
(2)导线点的位置应根据隧道的长度和辅助坑道的数量及分布情况,并结合地形条件和仪器测程选择。
(3)导线最短边长不应小于300m,相邻边长的比不应小于1:
3,并尽量采用长边,以减小测角误差对导线横向误差的影响。
(4)导线的水平角一般采用方向观测法。
当水平角只有两个方向时,可按奇数和偶数测回分别观测导线的左角和右角,这样可以检查出测角仪器的带动误差,数据处理时可以较大程度地消除此项误差的影响。
(5)导线的内业计算一般采用严密平差法,对于四、五等导线也可采用近似平差计算
(6)隧道洞外导线应组成闭合环,一个控制网中导线环的个数应不少于4个;
每个环的边数约为4~6条,应尽可能将两端洞口控制点纳入到导线网中。
3)三角网法
(1)三角测量建立隧道洞外平面控制时,一般是布设成单三角锁的形式。
(2)对于直线隧道,一排三角点应尽量沿线路中线布设。
条件许可时,可将线路中线做为三角锁的一条基本边,布设为直伸三角锁。
以减小边长误差对横向贯通的影响。
(3)对于曲线隧道,应尽量沿着两洞口的连线方向布设,以减弱边长误差对横向贯通的影响。
4)主要测量的技术要求见下表2.1:
表2.1洞外控制网等级选择
隧洞相向开挖长度(含支洞在内)
Km
平面、高程控制网等级
<
5
三等、四等
5~10
二等、三等
(1)测角网、测边网、边角组合网、GPS网的等级确定后,控制测量的技术要求要按照平面控制测量的有关规定执行。
控制网边长应投影到隧洞进、出口的平均高程面上。
如我在的隧洞工程是投影在1600m高程上。
(2)应在每个洞口(进洞口、出洞口、支洞口)附设埋设至少2个洞外高程控制点。
高程控制测量技术要求按高程控制测量的有关规定执行。
(3)宜选择洞口附近的控制点作为进洞的洞口控制点(或进洞控制点),或者宜用图形强度较好的图形加密控制点。
布设洞口控制点是时应考虑有利于施工放样和便于向洞内传递等因素。
(4)进洞控制点应埋设混凝土观测墩,洞外其他控制点可因地址宜埋设简易标石
(5)洞外光电测距基本导线技术要求见表2.2:
表2.2洞外光电测距基本导线技术
相向开挖长度km
贯通横向中误差mm
导线全长km
最短平均长边m
测角中误差(〞)
测距中误差mm
全长相对闭合差
方位角闭合差(〞)
±
30
3.0
35
1.8
1:
35000
3.6
50
2.5
31500
5.0
5.4
200
51500
120
53500
10.0
770
95000
680
2
91000
45
11.2
375
67500
340
65500
14.0
825
86000
780
85000
230
1.0
2.0
190
80500
16.4
365
100000
320
95500
21.0
130000
725
125000
注1:
导线按直伸符合导线的形式,并以其中中点(最弱点)的点位中误差作为“要求的横向中误差”。
注2:
本表数据数据在综合取舍时考虑的事目前生产单位中的普遍情况,不符合本表情况可自行计算。
(二)洞外高程控制测量
(1)洞外高程控制测量的任务,是按照测量设计中规定的精度要求,以洞口附近一个线路定测点的高程为起算高程,测量并传算到隧道另一端洞口与另一个定测高程点闭合。
(2)闭合的高程差应设断高,或推算到路基段调整。
这样,既使整座隧道具有统一的高程系统,又使之与相邻线路正确衔接,从而保证隧道按规定精度在高程方面正确贯通,保证各项建筑物在高程方面按规定限界修建。
(3)隧道高程控制测量一般采用水淮测量,对于四、五等高程控制测量也可采用光电测距三角高程测量。
(4)洞外高程测量的等级划分见下表2.3
表2.3洞外高程测量的等级
测量
部位
等级
每千米水准测量
偶然中误差
M
(mm)
两开挖洞口间
高程路线长度
(km)
水准仪等级/
测距仪等级
水准尺类型
洞
外
二
≤±
>36
DS0.5、DS1
因瓦水准尺
三
13~36
DS1
DS3
区格式水准尺
四
5~13
DS3/I、II
五
7.5
<5
2.3.2洞内控制测量
(一)洞内平面控制测量
(1)洞内平面控制通常有两种形式,即中线形式和导线形式。
(2)中线形式就是以定测精度或稍高于定测精度,在洞内按中线测量的方法测设隧道中线。
这种方法只适用于短隧道。
(3)洞内导线主要有以下几种形式:
①单导线
图2.1单导线示意图
②导线环
图2.2导线环示意图
③主副导线环
图2.3主副导线环示意图
④交叉导线
图2.4交叉导线示意图
⑤旁点导线
图2.5旁点导线示意图
(二)洞内高程控制测量
(1)洞内高程控制测量的目的,是由洞口高程控制点向洞内传递高程,即测定洞内各高程控制点的高程,做为洞内施工高程放样的依据。
(2)洞内应每隔200~500m设立一对高程控制点。
高程控制点可选在导线点上,也可根据情况埋设在隧道的顶板、底板或边墙上。
(3)三等及以上的高程控制测量应采用水准测量,四、五等可采用水准测量或光电测距三角高程测量;
(4)当采用水准测量时,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;
(5)高程导线宜构成闭合环。
(三)注意事项
(1)洞内平面控制测量宜布设光电测距导线,导线分为基本导线和施工导线。
(2)由洞口控制点向洞内测设导线时起始方向连接角测角中误差不应超过±
1.8″。
(3)施工导线点的布设应满足施工放样的需要,宜50m左右埋设一点并每隔数点与基导线附合。
(4)光电测距基本导线和施工导线宜沿洞壁两侧布设,主要拐角点可埋设观测墩或插入洞壁的金属观测架,并及时算出各导线点的里程、高程以及偏离轴线的数值。
(5)导线边长应进行投影改正。
洞内基本导线宜进行两组独立观测,导线点的两组坐标值较差不得大于中误差的2
合格后取两组的平均值为最后成果若只进行一组观测则应同时观测导线的左右角或组成闭合线路。
(6)洞内光电测距基本导线的测量技术要求见下表2.5:
表2.5洞内光电测距基本导线技术要求
支导线端点横向中误差mm
导线全长km
最短平均边长m
测边中误差mm
测角中误差(″)
40
1.6
180
335
185
2.52
360
315
3
60
220
250
70
注1:
本表数据是按支导线端点的点位中误差计算的。
注2:
实际情况与本表不符的可具体计算。
2.4洞外、内的三角高程测量
(1)三角高程测量的简述
观测两个地面点间的竖直角,量取仪器高和觇标高,并利用以其他方式获得的两点间平距,应用三角学公式计算两点间的高差,通过已知点的高程,推算未知点高程的方法称为三角高程路线。
三角高程测量作业简单,布设灵活,不受地形条件的限制。
其缺点是:
由于大气垂直折光的影响,垂直角观测值含有较大的误差,使得测定的高差或高程精度较低。
因此,三角高程虽然在高程控制中得到大量应用,但必须有足够数量的直接高程点(即几何水准测量法测定其高程的点)作为其高程起算点,以满足测绘国家基本比例尺地形图对高程控制的精度要求。
近年来,随着电磁波测距仪的完善与普及,电磁波测距三角高程测量和电磁波测距高程导线已经引起测量界的重视,并得到了初步的应用。
电磁波测距三角高程导线的精度可以达到四等水准的精度。
(2)三角高程测量原理
A、B两点高差
HAB=Dtanα+i-v(2.1)
B点高程
HB=HA+HAB(2.2)
图2.6三角高程测量原理
(3)当两点距离较大(大于300m)时:
图2.7三角高差计算
采用三角高程测量的方法确定地面上A、B两点间的高差hAB,首先要在A点安置经纬仪,在B点竖立觇标,量得仪器高i和觇标高v,用经纬仪望远镜的中丝照准觇标顶部,观测垂直角,若已知A、B两点间的水平距离为D,则从图中可以看出有如下关系:
HB+v=HA+i+Dtanα(2.3)
移项
HB-HA=Dtanα+i-v(2.4)
由高差的定义知,得
HB-HA=hAB,得
hAB=Dtanα+i-v(2.5)
若已知A点高程为HA,则待定点B的高程为
HB=HA+Dtanα+i-v(2.6)
式中,α是仰角时取正号,相应的Dtanα为正;
α为俯角时取负号,相应的Dtanα为负。
在计算中要注意正负号。
在已知高程点A上设站,观测该点至待定点B间的高差称直觇;
反之,仪器安置在未知高程的B点上,确定B点至A点间的高程差称为反觇。
2.5水准测量的技术要求及注意事项
(一)水准测量的技术要求如下表所示:
表2.6各等级水准测量的技术要求
等
级
MΔ
mm/
km
全中误差MW
mm/km
仪标
称精度mm/km
水准标尺类型
观测方法
往返观测
次数
次
观测顺序
往返测较差和线路闭合差
往测
返测
平丘地
山地
一
1
0.5
因瓦尺
光学测微法
奇数站
后前前后偶数站
前后后前
前后后前偶数站
后前前后
4
0.6
6
因瓦尺或黑红面尺
光学测微法或
中丝读数法
12
10
红面尺
后后前前
20
注:
为水准路线单程测站数,每千米多于16站时按山地计算闭合差限差;
L为闭合或符合线路长度,km;
仪器标称精度为每千米水准测量高差中数的偶然中误差。
表2.7各等级水准测量测站的主要技术要求
仪器标称精度
Mm
视线长度m
前后
视距
较差
m
累积
视线离
地最低
高度m
基辅分划或黑红面读数较差
mm
基辅分划或黑红面所测高差较差mm
上下丝读数
之平均值与中丝读之较差mm
≤50
≤1
≤3
下丝读数≥0.3
≤0.4
≤0.6
1cm刻划尺≤3.0
5mm刻划尺≤1.5
≤100
≤2
≤5
三丝能读数
光学测微法≤1.0
中丝读数法≤2.0
光学测微法≤1.5
中丝读数法≤3.0
≤75
≤10
使用双摆位自动安平水准仪时不计算基辅分划读数差。
表2.8水准测量所使用的仪器及水准尺的技术要求
仪器标称精度mm/km
视准轴与水准管轴夹角ì
(〃)
自动安平水准仪安平精度(绝对值)
每米间隔平均长
与名义长之较差mm
0.5,±
≤15
≤0.2
≤0.1
≤20
≤0.5
黑红面尺
水准测量路线跨越江河、湖泊、洼地、山谷,当测站视线长度超过表2.8要求时,按表2.9的要求执行。
当超过此表的要求时按GB12897和GB12898的规定执行
表2.9跨河水准测量测站的技术要求
等级
视线长度
仪器高变换次数次
两次高差较差
二等
≤1.5
三等
1,±
≤200
≤6
四等
≤300
≤7
(二)水准测量应注意下列事项:
(1)水准观测应在标尺成像清晰、稳定时进行,并用测伞遮阳,避免仪器被曝晒。
因瓦水准尺应使用尺撑固定,不宜用手扶代替尺撑。
(2)应将尺垫安置稳妥,防止碰动,测站通知迁站时,后尺尺垫才能移动。
严禁将尺垫安置在沟边或壕坑中。
(3)一测站观测时,不得再次调焦,旋转仪器的倾斜螺旋和测微螺旋时,其最后均为旋进方向。
(4)测段的往测与返测,测站数均应为偶数,否则应加入标尺零点差改正。
由往测转向返测时,两标尺必须互换位置,并重新安置仪器。
(5)因测站观测限差超限,在迁站前发现可立即重测。
若迁站后发现,则应从水准点或间歇点(须经检测符合限差)起始,重新观测。
(6)往返测高差较差超限时应重测二等水准重测后,应选用两次异向合格的结果。
等水准重测后,也可选用两次异向合格的结果。
重测结果与原往返测量结果分别比较,其较差均不超限时,应取三次结果的平均数。
(7)使用自动安平水准仪时,读数前应按一下自动摆的按钮。
(三)水准测量外业观测应注意的事项
(1)仪器和水准标尺应符合测量等级的要求,使用前、使用中和使用后按有关规定进行各项检验,每天开始工作时应进行例行检查。
(2)水准测量采用光学测微法,进行往返观测,不应在规范规定的不利情况下观测。
(3)观测的视线长度、前后视距差、视线高度以及测站观测限差,均按规范规定执行。
(4)根据水面宽度选择跨河水准测量方法和仪器设备。
(5)联测有联系的地铁(轻轨)工程、其他工程的相关水准点,为与相关工程在高程上的协调一致提供基础资料。
2.6进洞关系计算和进洞测量的主要任务
(1)确定隧道中线与平面控制网之间的关系;
(2)在洞内控制建立之前,指导中线进洞和洞内开挖。
(3)隧道进洞测设的主要方法——极坐标法
将隧道的中线控制桩纳入洞外平面控制网,控制测量完成后,即可求得它们的精确坐标。
根据这些点的坐标和洞口(或洞内)中线点的坐标,反算出极坐标法的放样数据,进而现场测设。
图2.6直线隧道进洞关系示意图
图2.7曲线隧道进洞关系示意图
第三章所在工程引水隧洞控制测量的大体设计
3.1控制点布设
以东端锦屏二级水电站引水洞B级GPS网(2009年11月实测)成果。
监理和我们各施工单位联合用全站仪以三角网形复测GPS点(JP129、JP129、JP129)。
并以JP146、JP129做起算点,向2#施工支洞引测点EDB01、EDB05。
4#引水洞控制点在落底段布设双导线点,分主副导线,主导线点以砼墩为主(边为400m),副导线点以地标为主。
副导线点是用来和主导线点形成闭合环,或者形成分段闭合环。
闭合环检查测角闭合角大小,进行平差分配。
上导掌子面施工导线:
布设以边长为250m左右的支导线,导线点用墩砼的强制对中。
以二等导线精度观测且进行200%测量,指导掌子面开挖和验收。
主导线网进行不定期的覆盖掌子面的导线点,等条件成熟时将纳入导线网中进行统一平差。
3.2选点
4#引水洞洞内导线点应选在不易破坏,利于保存和加密使用的位置,导线边长一般控制在350m以上,相邻边长应保持基本一致,长度比不得小于1:
3,避免长短边过渡。
选定时应结合现场情况进行选定,选定的导线点之间无折光,且尽量避免存放空压机、涌水和有水蒸气的地段。
所有点位高度应高出地面1.2m,控制点的编号以“ED4×
×
墩”或者以“ED4×
地”顺序编号,利用原有标墩编号不变。
水准高程引在导线墩上,和三角高程形成互检。
3.3控制点标石
洞内导线点均应埋设砼标石,埋设高出实际路面1.2m的观测墩标,洞内观测墩底盘尺寸为:
120cm×
120cm,高度应视开挖基础而定,底盘与基岩设4根插筋锚固,标顶面
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