测量学毕业设计水路工程施工中的测量工作Word文档下载推荐.docx
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5.2无尺量测系统22
5.2.1系统简介22
5.2.2全站仪选型及其配套设备22
5.3测量方法原理23
5.3.1自由设站方法的原理23
5.3.2固定测站法原理24
5.4软件开发25
5.4.1机载程序25
5.4.2数据分析程序25
第六章结束语25
谢词26
[参考文献]27
摘要
结合狮子崖隧道实例,详细介绍了隧道工程施工中测量前期的准备工作、洞内外控制测量的建网、技术要求、操作要点及贯通误差估算、变形监测等,指出在隧道测量中要严格遵守操作规范,以保证隧道的顺利贯通。
关键词:
控制测量建网操作要点贯通误差断面测量变形监测
第一章隧道工程施工测量概述
1.1概述
隧道施工测量工作主要包括:
开挖测量、结构放样、贯通误差测量、竣工测量等。
施工的先导是开挖,按开挖时的测量要求来讲,可分两种方法:
一种是先挖导坑后扩大成型,如先拱后墙法、上下导坑法、上导坑法等,因为这些开挖方法在扩大是还有纠正隧道位置的较大的余地,所以测量工作可以先粗后精;
一种是一次开挖成型,紧跟着衬砌成洞,此时按隧道线路中线的精度要求,随时引进正式中线到开挖面,以便根据正式中线进行开挖、放样、立模、衬砌。
采用先挖导坑,后扩大成型的方法时导坑的掘进是依据临时中线放样,临时中线是由后方的正式中线引出来的,而正式中线是由洞内的导线测设的,同时为了控制开挖面位置的高低,还需根据正式水准点测设临时水准点。
当采用一次开挖成形时掘进过程中也需要测设较高精度的临时中线或直接将正式中线引测至开挖面。
掘进工程就是根据中线和水准点测设、检查或放样开挖断面的轮廓线,以便钻爆,使钻爆后的坑道断面轮廓达到设计位置。
随即进行衬砌施工,衬砌施工必须根据正式中线与正式水准点进行放样,开挖前进到一定程度时,必须由洞外控制点引测正是中线进行拱部、边墙、铺底、仰拱、排水沟等各项结构物的放样。
隧道相向开挖时的中线随着掘进距离的增长产生误差,因此,在隧道贯通面处必然会产生平面和高程贯通误差。
如果贯通误差不进行调整,硬将两端洞口引线的线路中线连接起来,则会在贯通面附近地段产生线路硬性扭曲,严重的情况下会造成建筑物侵入限界,因此,为了使贯通后线路中线能按规定的精度符合它的设计位置,还要进行贯通误差的测定和线路中线的调整。
竣工以后,进行竣工测量,其目的:
一方面是检查施工质量;
一方面为交付使用提供各种测量方法的依据,以便进行设备安装、维修和改建时使用。
竣工以后,有必要的时候有计划的进行沉陷、位移观测。
1.2隧道测量的前期准备
(1)认真阅读相关设计图纸,准确领会设计意图。
工程所处在平曲线、竖曲线范围以及所有参数,应认真验算设计给定的平面坐标、设计高程。
对不清楚和有异议的地方及时提出,以免贻误工程施工。
(2)熟悉相关设计规范以及对本工程的具体测量要求。
熟悉《隧道工程施工技术规范》的测量章节要求,保证工程设计图纸中隧道净空要求、结构轮廓几何尺寸、相互之间的位置关系,实测时做到心中有数。
(3)了解隧道施工工艺和步骤,提前为施工做好放样准备。
一般设计文件对隧道施工工艺和步骤都有提出要求和设计,实际施工时也会有一定的变动。
所以现场实际操作时应认真研究工艺和步骤,准确控制好每阶段的轮廓尺寸。
(4)制定较为详细的施工测量计划方案。
根据设计技术交底和现场测量交桩,根据以上3点要求,技术人员应该制定较为详细的施工测量计划方案,包括测量准备、仪器适配、正常实施测量的技术要求等等。
第二章隧道控制网的建立及误差调整
2.1工程概况
狮子崖隧道位于镇安县青铜关镇,双线全长4671.1m,是省际公路柞小高速公路上的第一长隧道。
其中左线起讫桩号LK130+588.65~LK132+945,长2356.35m;
右线起讫桩号RK130+637.85-RK132+952.6,长2314.75m。
该隧道依山傍水,一面是水流
湍急的乾佑河,一面是悬崖峭壁的狮子崖,地形险峻,测量工作难度大。
控制测量技术成为狮子崖隧道施工的一大难题。
2.2隧道进出口闭合测量
根据设计技术交底和现场测量交桩,正式实测前,应对所交桩位的坐标和高程进行闭合联测,符合精度要求后才能正式实地放样。
如果出现精度达不到要求,应尽早通知有关单位进行联测。
短隧道可以进行全站议导线闭合测量,长隧道或者地形复杂的可采用GPS全球定位测量。
2.3进出洞口测量
包括地形地貌、标高埋深等项目。
隧道进出口位置地形的复测相当重要,它直接关系到以后隧道洞口能否安全进洞。
洞口地形复测,主要是复核与设计图纸是否相符,包括工程量复核、进洞口桩号、覆盖层厚度、是否偏压,偏压时地形对洞身结构影响程度,是否应采取变更洞口位置,变更洞口临时支护形式参数以及洞口地貌特征对洞口的影响和洞门形式是否合适等等。
2.4隧道洞外控制测量
2.4.1洞外平面控制测量
1)建网
根据进出口地形特点,由进口的GPS028,GPS029,GPS030及左、右洞口的投点分别组成四边形闭合导线,形成狮子崖隧道进口的平面控制网,见图2-1。
由出口的GPS031,GPS032,GPS033及左、右洞口的投点分别组成四边形闭合导线,形成狮子崖隧道出口的平面控制网,见图2-2。
进出口均采用精密导线法进行洞外控制测量。
2)测量等级与技术要求
根据JTJ061-99公路勘测规范(以下简称《测规》)的规定,该隧道洞外控制测量等级采用“四等导线”,其技术要求见表2-1。
等级
附和导线长度/km
平均边长/km
每边测距中误差/mm
测角中误差/()
导线全长相对闭合差
方位角闭合差/()
测回数
DJ1
DJ2
四等
20
1.0
13
2.5
1/35000
4
6
表2-1 导线测量的技术要求
因受地形限制,GPS028~GPS029点间距为288.920m,GPS029~GPS030点间距为487.350m,根据《测规》的规定,采用绝对闭合差进行评价。
2.4.2洞外高程控制测量
1)建立闭合水准路线
建立与平面控制网相似的闭合水准路线,必要时需与26、28标水准导线点进行联测,以保证引测进洞高程的高精度。
2)高程控制测量等级设计
高程控制等级由公式
=±
mL来计算,其中,
为两端水准点的高程中误差;
m为每公里水准测量中误差(一般应取全中误差);
L为两开挖洞口间的水准路线长,km。
3)高程控制测量操作要点
a.在两相邻测站上,应按奇、偶数测站的观测程序进行观测,即分别按“后前前后”和“前后后前”的观测程序在相邻测站上交替进行。
在一测段的水准路线上,测站数目应安排成偶数。
一个测段的水准路线的往、返测应在不同的气象条件下进行(如上午、下午)。
b.注意减弱旁折光和地面折光的影响。
在洞外高程控制测量中,根据山区作业坡陡路窄的特点,视线尽量避开山弯;
由于坡度大,读数时尽量提高视线高度。
c.观测工作间歇时,最好结束在固定的水准点上,否则应选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置水准标尺的固定点,并加以标记。
2.5 隧道洞内控制测量
2.5.1洞内平面控制测量
1)建网(见图2-3)
洞内平面控制测量采用等边闭合导线环网,导线环的边数为4条~6条。
直线地段中线桩间距为200m,曲线地段(R=1100/1080)按照最大通视长度的要求,导线长取120m,共设6个导线环。
2)测量等级设计
洞内导线为等边闭合导线环网,则洞内横向贯通中误差由式
计算。
其中,m为洞内横向贯通中误差;
为测角中误差,(″);
ρ为206265″;
为两开挖洞口间长度;
n为导线边数。
3) 洞内平面控制测量操作要点
a.由洞外向洞内的引测工作,应在夜晚或阴天进行;
在测定定向角和洞内、外连接角或当洞内、外高差和边长悬殊过大时,水平角的观测测回数要比规定的增加50%-100%。
b.测回间仪器应多次重新置中,一般3-5测回重新置中一次,并采用双照准法(两次照准、两次读数),以减少对中误差的影响,保证测角精度。
水平角观测采用方向观测法观测,每个测回的零方向读数,应均匀分配在度盘的不同位置上。
c.使用全站仪测距时,距离及竖直角应往返观测各4个测回,量距每测回读数6次。
d.洞内平面控制时,正式中线点由邻近的导线点以极坐标法测设在地面之后,应在中线点上安置仪器,以任意两个已知坐标点为目标测其角度。
用实测角与坐标反算的角值比较,以检查中线点测设的准确性。
2.5.2洞内高程测量
洞内高程应由洞外高程控制点向洞内测量传递,结合洞内的行车横洞、人行横洞及紧急停车带的位置设立高程点,以便校核。
为便于施工,每100m在边墙部位设立墙角水准点。
2.5.3洞内正常测量
洞内施工测量主要控制好隧道净空,开挖、支护、二衬不要侵入净空,当然也要控制好超挖过大的问题。
按照设计或实际围岩地质情况,测量精度也相应分为3个级别,即开挖轮廓测量、初期支护定位测量以及二次衬砌施工测量。
1)开挖轮廓测量放样
设计文件一般都提供了衬砌设计图,一般情况均可按设计图纸给定的轮廓参数进行测量放样。
但应值得注意的是,设计图纸给定的预留沉降量是分围岩级别统一给出的,而现场施工由于位置不同往往会出现不一致的地方,需要施工单位自己调整掌握。
根据经验,洞口5m-10m内(视围岩情况)应该高于设计要求进行放样,以减少由于洞口开挖后,山体的应力释放,产生过大的洞口破坏。
而10m以后根据量测结果,可以按设计提供的参数进行(围岩稳定时甚至可以降低要求)。
洞内围岩强度稳定性如果较设计差,地质构造破坏严重的局部地带,也应高于设计要求进行放样,以减少不良地质岩体段的应力释放,岩体失稳造成净空受限的情况发生。
如果按设计文件放样后(其他支护措施又到位),均不能满足净空要求,则应提请设计院改变支护参数和增加预留沉降量要求。
要求测量技术人员每循环的开挖轮廓必须到现场画出,以控制好钻孔轮廓位置,尽量减少超挖和欠挖。
2)初期支护定位测量
要求每次进行支护时,测量人员均应进入现场,进行支护框架体仪器定位,防止立架锚喷支护实体侵入净空,否则日后返工,凿除难度很大,严重影响工期和质量。
这个阶段控制好轮廓标高、净宽、保证轮廓园顺,一般就不会出现大问题。
当然如果支护结束后净空过大,则日后二衬工程质量将增大,施工单位经济效益也将损害。
3)二次衬砌测量
隧道二次衬砌施工测量是正常施工测量的最后一道关卡,它的准确与否直接影响隧道通车净空要求和能否按设计要求竣工交验,因此极为重要,一定要慎重处理。
这个阶段主要根据设计文件,在平面和高程上严格按图放样,定位整体衬砌台车(一般按范要求,可以将原设计轮廓线放大5cm,以消除二衬砼施工中的台车变形而侵入净空现象),放大后的5cm轮廓位置在水沟盖板内侧墙进行调整处理。
4)监控量测
隧道施工监控量测工作,贯穿于从开工到竣工交验全过程,是一项必测项目。
它的作用和目的体现在:
①为安全生产提供信息(超前预警、事后警报)。
掌握施工中围岩和支护的动态信息、地质超前预报、及时反馈信息,以指导施工作业,该加强要及时加强,要减弱也可以减弱支护。
②为新奥法设计和施工提供科学依据。
通过对围岩和支护的变位、应力变化,提供设计部门修改支护系统参数设计。
一般设计文件都会有对本工程的具体量测点位布置、量测频率、量测项目等提出要求,技术人员在具体实测时应认真布点、认真测量、真实记录并汇总分析,为安全生产和新奥法科学设计提供依据。
a.地质和支护状况量测。
这项工作主要是开挖和初期支护后(每循环),对揭露的岩性、结构产状以及支护变形观察、描述和编录,与设计文件岩性、地质构造对照;
使用钢卷尺、地质罗盘工具以及数码影像。
b.周边位移量测。
采用各种类型的收敛仪,按照量测计划和频率,逐断面而进行收敛数值实测,提供有效数据,判断围岩应力变形、支护体破坏程度。
c.拱顶下沉测量。
拱顶下沉是监控量测中最明显和直观的测量,运用水准仪和全站仪均可进行。
d.锚杆拔力实验。
锚杆拉拔力试验主要可以检测锚杆支护系统与围岩之间共同作用支护围岩的效果,采用锚杆拉拔仪进行;
这是新奥法隧道施工的必测项目。
第三章贯通误差的来源、分配及其限差
3.1隧道贯通误差来源
隧道贯通测量的精度是确保整个工程是否顺利竣工的重要因素之一。
贯通误差主要来源于洞内外控制测量和竖井(斜井)联系测量的误差,由于施工中线和贯通误差是由洞内导线测量确定,所以施工误差和放样误差对贯通的影响可忽略不计。
我国铁路隧道施工中的地面控制测量与洞内测量,往往由不同单位担任,故应将上述的容许贯通误差加以适当分配。
一般来说,对于平面控制测量而言,地面上的条件较洞内为好。
故对地面控制测量的精度要求可高一些,而将洞内导线测量的精度要求则适当降低。
按照《铁路测量技术规则》的规定,系将地面控制测量的误差作为影响隧道贯通误差的一个独立因素,而将地下两相向开挖的坑道中导线测量的误差另作为一个独立因素。
这样一来,设隧道总的横向贯通中误差的允许值为,按照等影响原则,则得地面控制测量的误差所引起的横向贯通误差的允许值(以下简称“影响值”)为:
(3-1)
对于高程控制测量而言,洞内的水准路线短,高差变化小,这些条件比地面好;
但另一方面,洞内有烟尘、水气、光亮度差以及施工干扰等不利因素,所以将地面与地下水准测量的误差,对于高程贯通误差的影响,按相等的原则分配。
设隧道总的高程贯通中误差的允许值为,则地面水准测量的误差所引起的高程贯通中误差的允许值为:
(3-2)
按照上述原理所算得的隧道洞内、洞外控制测量误差,对于贯通面上的横向和高程贯通中误差所产生的影响值如表3-1所示。
各项贯通误差的限差(用Δ表示)一般取中误差的两倍。
对于纵向误差,通常都是按定测中线的要求,即:
(3-3)
式中,为隧道两开挖洞口间的长度。
对于横向贯通误差和高程贯通误差的限差,按《铁路测量技术规则》根据两开挖洞口间的长度确定,如表3-2所示。
横向中误差
测量
部位
两开挖洞口间长度/km
高程中
误差
<
4-8
8-10
10-13
13-17
17-20
洞外
30
45
60
90
120
150
18
洞内
40
80
160
200
17
洞内外
综合
50
75
100
250
25
备注
本表不适于设有竖井的隧道
表3-1洞、内外控制测量误差对贯通精度的影响值
两开挖洞口间长度/mm
横向贯通误差/mm
300
400
500
高程贯通误差/mm
表3-2贯通误差的限差
3.2贯通误差限差及贯通精度要求
《测规》规定,隧道长度小于3000m时,横向贯通限差为150mm,高程贯通限差70mm。
贯通精度要求见表3-3。
高程中误差
3000
3000-6000
>
6000
贯通中误差/mm
全部隧道
表3-3洞外、洞内控制测量的贯通精度要求
3.3平面控制测量贯通误差预计
3.3.1洞外控制测量对水平方向贯通误差的影响值
(3-4)
其中,m外为控制网误差对水平方向的贯通误差影响值的中误差;
为由进口计算的影响值;
为由出口计算的影响值;
为由控制点放出中线时理论角度中误差。
其中导线环的测角中误差按下式计算:
(3-5)
其中,
为导线环的角度闭合差;
n为一个导线环内角个数;
N为导线环的数目。
以左线隧道为例,洞口为四边形导线网,
按表1取10″,则
=5″,
=
=1178m,ρ=206265″,得
=0.0016
(3-6)
3.3.2洞内水平控制测量对水平方向贯通误差的影响值
。
(3-7)
3.3.3 预计隧道水平贯通误差
,故
(3-8)
结论:
=42mm<
75mm,故可认为设计的施测精度能够满足隧道横向贯通精度的要求。
3.4高程控制测量贯通误差
洞外高程控制测量的任务,是按照设计精度施测两相向开挖洞口附近水准点之间的高差,以便将整个隧道的统一高程系统引入洞内,保证按规定精度在高程方面正确贯通,并使隧道工程在高程方面按要求的精度正确修建。
高程控制的二、三等采用水准测量。
四、五等可采用水准测量,当山势陡峻采用水准测量困难时,亦可采用光电测距仪三角高程的方法测定各洞口高程。
每一个洞口应埋设不少于2个水准点,两水准点之间的高差,以安置一次水准仪即可测出为宜。
水准测量的精度,一般参照表3-3即可。
3.4.1测定贯通后实际误差的方法
1)采用中线法测量的隧洞,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A、B。
(图3-1)丈量出两临时桩A、B之间的距离,即得隧洞的实际横向误差,A、B两临时桩的里程之差,即为隧洞的实际纵向贯通误差。
图3-1 各种转移角的内移量
每公里高差中数两开挖洞口间的
测量部位测量等级的偶然误差水准路线长度水准仪等级水准尺类型
(mm)(km)
二
36
线条式因瓦水准尺
三
3.0
13-36
区格式水准尺
四
5.0
5-13
32
11-32
5-11
表3-3 等级水准测量的路线长度和仪哭精度
由隧洞两端洞口附近的水准点各自进行水准测量,分别测出贯通面附近的同一水准点的高程,其高程差即为实际的高程贯通误差。
2)采用地下导线作洞内控制的隧洞,可由进测的任一方向,在贯通面附近钉设一临时桩号,然后由相向的两个方向对该点进行测角和量距,各自计算临时桩号的坐标。
这样可以测得两组不同的坐标值,其Y坐标的差数即为实际的横向误差,其X坐标之差为实际的纵向贯通误差(或者将两组坐标投影至贯通面及其垂直的方向上,得出横向误差和纵向贯通误差)。
在临时桩号上安置仪器测出角度α,见下图3-2所示,以便求得导线的角度闭合差。
图3-2 各种转移角的内移量
3.4.2贯通后实际误差的调整
隧洞中线贯通后,应将相向两方向测设的中线各自向前延伸一段适当的距离。
调整贯通误差的工作,原则上应在隧洞未衬砌地段上进行,不再牵动已衬砌地段的中线,在中线调整之后,所有衬砌地段的工程,均应调整后的中线指导工作。
直线隧洞中线的调整,可在未衬砌地段上采用折线法调整。
如果由于调整贯通误差而产生的转折角在5′以内时,可作为直线线路考虑。
当转折角在5′~25′时,可不加设曲线,但应以顶占a,c的内移量考虑衬砌和线路的位置,如图3所示。
各种转折角的内移量如表3-4所示。
当转折角大于25′时,则应以半径为4000m的圆曲线加设反向曲线。
转折角(
)
内移量(mm)
5
1
10
15
28
表3-4各种转折角的内移量表
图3-3 各种转移角的内移量
对于地下导线精密测得实际贯通误差的情况,当在规定的限差范围之内时,可将实测的导线角度闭合差平均分配到该段贯通导线各导线角,按简易平差后的导线角计算该段导线各导线点的坐标,求出坐标闭合差。
根据该段贯通导线边的边长按比例分配坐标闭合差,得到各点调整后的坐标值,并作为洞内未衬砌地段隧洞中线点放样的依据。
贯通点附近的水准点的高程,采用由贯通面两端分别引测的高程的平均值,作为调整后的高程。
洞内未衬砌的各水准点高程,根据水准路线的长度对高程贯通误差按比例分配,求得调整后的高程,并作为施工放样的依据。
第四章隧道施工断面测量方法
4.1极坐标断面测量法
4.1.1极坐标系的建立
如图4-1(单位:
m)是一个隧道断面,垂直方向(高程)为纵轴,用H表示;
水平方向(距线路中线的距离)为横轴,用B表示。
圆心纵坐标等于路线设计高程减设计高程线至隧道中心的距离乘横坡比,再加圆心至路面的高度,见下式:
(4-1)
图4-1极坐标法示意图
圆心横坐标等于1m(假定线路中心横坐标为1m),加线路中心至隧道中心的距离,即:
(4-2)
4.1.2数据采集
1)待测断面站点放样
可放出路中线、隧中线或距路中线任意宽度的点位,记录其地面高程、线路中线至待测断面站点的距离等。
2)断面测量
将仪器安置于待测断面测站点,(竖直度盘定天顶方向为0度,顺时针注记)望远镜瞄准另一导线点或中线点定向后,转仪器正镜瞄准线路边线法线方向,也就是保证测量的竖直角读数,线路中线一侧为270~360度,线路边线一侧为0~90度。
记录仪器高、观测的竖直角、斜距。
根据个人习惯,亦可记录水平距离和高差。
如隧道内干扰大,可在仪器定向前,竖直度盘调至90度或270度,置水准尺于水准点上,读取塔尺读数来校核视线高,测量数据记录于表4-1。
隧道名称
隧道
序号
竖直角J
斜距D
偏差pc
°
′″
m
cm
检查项目
初期支护
直墙
4.961
1.1
直墙部分记录平距
减设计宽
里程桩号
SK309+060
2
61-27-07
5.379
6.9
设计高程S
986.01
3
45-29-52
5.679
6.5
测站高程G
985.416
27-09-41
6.073
6.8
仪器高Y
1.488
12-12-05
6.373
4.4
5.9米半径加0.05米考虑预留变形量
半径R
5.95
357-49-51
6.634
1.3
图示
横断位置L
6.11
7
343-59-17
6.87
0.7
容许偏差及要求
不小于设计
8
327-18-32
7.133
5.9
测站在中线以下不
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