隧道施工测量.doc
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第七章隧道测量
7.1概述
随着基础设施建设如高速公路和高速铁路工程项目逐年增多,地处我国的西南部山区,受地形、地质条件的影响,隧道工程特别多,相应对我们从事测绘专业的同志,也提出更紧迫、更高要求,如何尽快的适应和满足当前建设发展的需要。
摆在我们面前的任务就是,在隧道施工测量中,以确保无论采用两个、多个相向和同向掘进的工作面,最终都得按设计要求,顺利的相互贯通。
并在施工掘进的过程中,准确无误或尽可能的减少出现超挖和欠挖现象,其关键在于我们的隧道施工放样测量。
7.2隧道控制
隧道测量:
主要分为:
控制测量和放样测量两部分。
1)隧道控制测量又分两个小部分:
①地面控制测量;这是隧道工程测量中最主要的部分。
①地下控制测量;地下(隧道内)控制测量的精度是决定贯通的关键。
2)隧道(内)施工放样测量;其精度好坏,决定隧道掘进是否超挖和欠挖的核心。
7.2.1地面控制测量(加密)
当前隧道工程的地面控制测量,从设计阶段开始,普通采用GPS全球定位系统,解决平面,而高程部分(还有待进一步的研究),仍用直接水准测量配合。
局部地区(线路不太长)用全站仪敷设电磁波平面、高程导线(采用闭合、附合导线进行严密平差计算)。
对于施工单位,还必须在进、出洞口,进行加密控制,以满足每一进、出洞口,各有三个加密控制点。
同时,还应对设计和业主所提供的首级控制资料进行:
复测、检核精度以及成果有无差错;也可因地制宜,建立区域性独立施工控制网,以满足本区域内的精度,达到贯通精度要求。
当设计(和业主)单位提供的首级控制资料精度不太高时,更宜采用区域性(只针对单一一条隧道)的独立网。
其优点:
1)可避开首级控制的精度。
仍可保持与首级控制精度一致(国家四等控制精度要求),而不影响施工的等级精度。
具体作业方案:
只利用首级控制两个点:
同时起和闭一个点,(利用另一点作检核独立网的方位闭塞之用)。
采用闭合导线。
2)对发展隧道地下控制测量的等级,提供可发展空间。
按一般首级控制等级都是国家的四等,施工单位要加密时,就只能为一级导级精度,如要再发展进洞的地下控制,就只能是二级导线,当洞长为两公里时,仅测距相对闭合差≤1/10000一项,就直接影响到贯通误差达到±0.10m(己超过国家规定的要求±0.05m)。
因此,更宜采用区域性的独立网。
7.2.2地下控制测量
按国家一级导线要求实施:
如下图
1)每一洞口旁建观测墩一个和两个地面点:
必须在地面加密控制测量之前建立,并纳入地面控制进行统一平差计算(以提高控制精度)。
2)当隧道走向是左旋,观测墩应建在洞口的右边;反之,隧道走向右旋,观测墩应建在洞口的左边;以达到增长观测视线、减少测站,确保地下控制测量精度。
3)观测方法:
采用单程双测回归导线法如上图(地下控制测量导线略图),单号进洞,双号出,(人为的将一条导线分左右两部分,进行独立操作观测和计算)组成一个回归圈。
①C、A、B和C′、A′、B′共六点,设于进、出洞口各三个,均为地面控制点(四等导线精度),其中C和C′两点为观测墩。
②以进洞口为例在C点(观测墩)上设站,按一般导线观测顺序进行。
7.2.2.1单程双测回归导线法
第1站:
Ⅰ.左路线:
以A点后视起零,观测水平角(左角1),再测2站斜距边长(1-2)S,同时测2站竖直角(1-2)а,并量取本站仪器高
(1)t、2站标高
(2)r。
Ⅱ.右路线:
紧接着进行单程双测观测:
以2站起零,至B点,测水平角(右角2),完成第1站。
③第2站:
Ⅰ.左路线:
以C点后视起零,测至3站水平角(左角3),再测3站斜距边长(2-3)S,同时测竖直角(2-3)а,并量取本站仪器高
(2)t、3站标高(3)r。
Ⅱ.右路线:
以3站起零,至C点1站,测水平角(右角4),再测C点斜距边长(2-1)S,同时测C点竖直角(2-1)а,量取C点标高
(1)r。
完成第2站。
④第3站:
Ⅰ.左路线:
以2站起零测4站水平角(左角5),再测4站斜距边长(3-4)S,同时测竖直角(3-4)а,并量取本站仪器高(3)t、4站标高(4)r。
Ⅱ.右路线:
以4站起零,至2站,测水平角(右角6),再测2站斜距边长(3-2)S,同时测竖直角(3-2)а,量取2站标高
(2)r。
完成第3站。
⑤第4站:
Ⅰ.左路线:
以3站起零测5站水平角(左角7),再测5站斜距边长(4-5)S,同时测竖直角(4-5)а,并量取本站仪器高(4)t、5站标高(5)r。
Ⅱ.右路线:
以5站起零,至3站测水平角(右角8),再测3站斜距边长(4-3)S,同时测竖直角(4-3)а,量取3站标高(3)r。
完成第4站。
⑥第5站:
Ⅰ.左路线:
以4站起零测6站水平角(左角9),再测6站斜距边长(5-6)S,同时测竖直角(5-6)а,并量取本站仪器高(5)t、6站标高(6)r。
Ⅱ.右路线:
以6站起零,至4站测水平角(右角10),再测4站斜距边长(5-4)S,同时测竖直角(5-4)а,量取4站标高(4)r。
完成第5站。
⑦第6站:
架设于第6站(水平角为零),只须观测:
6站至5站边长(6-5)S,同时测竖直角(6-5)а,量取5站标高(5)r。
(替告段落)……。
7.2.2.2导线数据的检查
由于采用单程双测回归导线法其观测数据,可相互进行检查核对。
如水平角(左角1)+(左角2)=360度——其差值甚小(不超过±20秒)、竖直角(1-2)а+(2-1)а=180度——差值甚小(不超过±15秒)、边长[(1-2)S]-[(1-2)S]相差甚小(不超过±5㎜)。
7.2.2.3导线严密平差计算数据排序表(配合《长江勘测》软件的实例)
起点
闭点
平、高
点数
平、高
代码
高程起
点号
高程闭
点号
平面起
点号
平面闭
点号
平面起点
方向
平面闭点
方向
点号
标型
气压
温度
斜距
天顶距
仪器高
觇标高
水平角
C--C
11.11
GP
C
C
C
C
A
B
INC
观测墩
***
**
(1-2)S
(1-2)а
(1)t
(2)r
(2-1)а
(2)t
(1)r
左角1
J2(站)
刻石
***
**
(2-3)S
(2-3)а
(2)t
(3)r
(3-2)а
(3)t
(2)r
左角3
J3(站)
刻石
***
**
(3-4)S
(3-4)а
(3)t
(4)r
(4-3)а
(4)t
(3)r
左角5
J4(站)
刻石
***
**
(4-5)S
(4-5)а
(4)t
(5)r
(5-4)а
(5)t
(4)r
左角7
J5(站)
刻石
***
**
(5-6)S
(5-6)а
(5)t
(6)r
(6-5)а
(6)t
(5)r
左角9
J6(站)
刻石
***
**
(6-5)S
(6-5)а
(6)t
(5)r
(5-6)а
(5)t
(6)r
0.0000
J-5(站)
刻石
***
**
(5-4)S
(5-4)а
(5)t
(4)r
(4-5)а
(4)t
(5)r
右角10
J-4(站)
刻石
***
**
(4-3)S
(4-3)а
(4)t
(3)r
(3-4)а
(3)t
(4)r
右角8
J-3(站)
刻石
***
**
(3-2)S
(3-2)а
(3)t
(2)r
(2-3)а
(2)t
(3)r
右角6
J-2站)
刻石
***
**
(2-1)S
(2-1)а
(2)t
(1)r
(1-2)а
(1)t
(2)r
右角4
OUTC
观测墩
右角2
7.3隧道施工放样
7.3.1极坐标法(支站)
当地面控制点(加密)之后,即可在洞口观测墩上,进行隧道内的施工放样测量,一般均采用全站仪支站的方法。
根据隧道横断面大小和地质情况的好坏,大部分作业面采用分台阶施工:
先上(左和右)、下(左和右)、后底部掘进。
因此,放样的控制点很难一次作好不变动,也得满足施工的程序,在每一个工作横断面上,支站点要分两次,甚至三次才能完成。
鉴于隧道内的除渣,来往通行车辆碾压、石渣粉尘的掩盖,洞内的地面控制点很难在较短时间保存(即便不损坏,一次除渣后就无法找到),只有将控制点制作于洞内两边的边墙上(墙上标志),在每一处支站应分别测三个点,用油漆涂记号(中心点一定要小:
直径不大于2㎜);支站时最好采用小棱镜(觇标高为零),减少每次对点误差。
7.3.2后方交会法
每次进洞放样引测控制点,可直接从最近的三个墙上标志,按后方交会法;求出测站位置的坐标和高程即可进行放样。
解算方法可利用全站仪自身的软件程序,也可用计算器进行(现介绍FX—5800计算器程序)。
7.3.2.1采集数据要求
1)输入:
第一己知点(X、Y)坐标、S(平距)、H(高程)、а(竖直角);
第二己知点(X、Y)坐标、S(平距)、H(高程)、а(竖直角);
2)按反时针方向输入以上数据;
3)观测时可不量仪器高和觇标高(仪器的视线高就是高程);
4)用小棱镜;
7.3.2.2源程序:
《BJTJ》fx—5800计算器
“XA=”?
A:
“YB=”?
B:
“P=”?
P:
“U=”?
U:
“T=”?
T:
“XC=”?
C:
“YD=”?
D:
“S=”?
S:
“Q=”?
Q:
“R=”?
R:
Ldl1:
PoI(A-C,B-D:
J<0=>J+360→J:
Ldl2:
(II+PP-SS)÷(2I)→Z:
(√(PP-ZZ)+√(SS-(I-Z)(I-Z))÷2→H:
Sin-1(H÷S)→F:
Sin-1(H÷P)→E:
Ldl3:
J+360+F→G:
IfG>360:
ThenG-360→G:
Ifend:
“XW=”:
C+S×Cos(G)→W◢“YV=”:
D+S×Sin(G)→V◢
Ldl4:
PoI(C-A,D-B:
J<0=>J+360→J:
J+360-E→K:
IfK>360:
ThenK-360→K:
Ifend:
“XC=”:
A+P×Cos(K)→M◢“YD=”:
B+P×Sin(K)→N◢
LbI5:
“Fxy=”:
√((W-M)2+(V-N)2)◢
“X=”:
(W+M)/2◢“Y=”:
(V+N)/2◢
“H=”:
(U+tg(90-T)×P+Q+tg(90-R)×S)÷2◢“OK”
7.4隧道测量软件——程序《DS》
隧道内的施工放样测量,普遍采用全站仪配合可编程计算器,对隧道掘进的走向偏离;掌握洞内净空面开挖的超挖和欠挖(至目前尚无完整程序供大家使用,都是各自为阵);也有利用全站仪配合笔记本电脑进行放样,但有缺陷:
由于洞内比较潮湿(浸水)易损坏电脑,而且电源也不方便。
少数单位采用高档全站仪,利用仪器内部自身提供的软件进行洞内的放样测量,也存在一些问题,价格高、现有设备利用率低。
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