桥控(第7章隧道控制测量).ppt

1,第七章隧道控制测量,第1节概述第2节洞外控制网布设方案第3节隧道洞外控制测量对横贯通误差影响值的估算第4节隧道洞外控制测量第5节线路进洞关系计算第6节竖井联系测量第7节洞内控制导线的设计及控制导线第8节洞内控制测量第9节洞内中线测设第10节贯通误差的测定与调整,2,要点,1、隧道测量的目的、测量工作内容2、隧道贯通测量概念3、隧道贯通误差、横向贯通误差4、洞外控制各方法比较5、洞内导线控制的特点（P282）6、隧道贯通精度预计实质（横向贯通中误差的估算）,3,7-1概述,（1）保证隧道相向开挖时，能按规定的精度正确贯通；（2）使各建筑物的位置和尺寸符合设计规定，不使侵入建筑限界，以确保运营安全。,一、目的：,二、测量内容简介：,（1）洞外控制测量,各洞口外两点纳入控制网，洞口投点包含其中。曲线隧道时，必须包含切线上的转点，以便精确确定转向角及曲线其他元素。首级不便，插点形式也可（如上图）。,测规：直线隧道1000m，曲线隧道500m，即须平面控制设计，高程路线5000m即须高程控制设计。,4,（2）洞内外联系测量,将洞外的坐标系统通过洞口、横洞、竖井或斜井传递到地下。,(a)竖井(b)平洞(c)斜井,通过地下坑道，（用导线测量的方法）建立洞内(地下)控制系统。,（3）洞内控制测量,5,6,（4）洞内施工测量（中线测设、细部放样等）,（5）竣工测量,隧道长度表、净空表、隧道回填断面图、水准点表、中桩表、断链表、坡度表等。,隧道测量的首要问题：贯通精度由于多工作面（横洞、竖井、斜井、平行导坑等）而导致贯通面存在贯通误差。其中以横向贯通误差对工程影响最大。贯通误差调整,从洞外及洞内的各项测量工作，紧密围绕一个中心如何保证贯通误差特别是横向贯通误差在规范规定的范围内,7,7-2洞外控制网的布设方案,一、洞外平面控制网的布网方案,测规要点：每个洞口应测设不少于23个平面控制点（包括洞口投点及其相联系的三角点或导线点）2个高程控制点。直线隧道上，两端洞口应各确定一个中线控制桩作为隧道的中线；在曲线隧道上，应在两端洞口的切线上各确定两个间距不小于200m的控制桩，以精确曲线元素。洞口传算方位角的边长不宜小于300m;避免使用高标；同时进行高程控制测量,联测各洞口水准点的高程，以便引测进洞，保证隧道在高程方向准确贯通。主网与插网（点）作整体平差。因多采用直伸型，故减少方向测量误差，是提高横向贯通精度的关键,8,三角测量、导线测量等级和测角精度,水准测量等级和测量精度（mm）,测规P2,注：表中R为测段长度，L为附合路线长度，F为环线长度，均以km计,光电测距仪测距限差（mm）,9,1、三角网、边角网方案,（1）以前多采用三角锁。上世纪80年代前，80以上采用三角锁控制。成昆铁路隧道共427座中，123座实施了控制网，其中90使用三角锁形式。特点：图形结构坚强，精度高；多余观测数多（益处：发现粗差和系统误差；缺点，外业强度大）；（2）现多采用边角网（全部角和部分或全部边）可以放宽对传距角大小限制，对曲线隧道尤为合适。,2、导线网方案（三维导线）,（1）尽量沿中线布设成直伸型；（2）布设为闭合环，尽可能增多环数，减少各环中导线点数；（3）导线边边长尽量均匀、倾角不宜过大；（4）可布设成单导线、单闭合导线和狭长多环导线锁；（5）用全站仪时主、副导线环意义不大；,10,导线网特点：,布网自由、灵活，适应性好；工作量小，1/3的三角测量；内业相对简单。,大瑶山隧道（14.295km）大秦线军都山隧道（8.46km）朔石线雁门关隧道（10.764km）候月线云台山隧道（8.147km）横南线分水关隧道（7.228km）南昆线米花岭隧道（8.654km）湘黔复线新雪峰山隧道（3.693km）深圳梧桐山公路隧道北京地铁复兴门折返线工程等等。,工程应用实例：上世纪80年代以来，因全站仪的普及，导线网已成为隧道控制的主要方案。如：,（1）定测中线是采用光电测距仪测设的，且施工不设辅助导坑时，可采用单导线；（2）一般地，2KM以下的短隧道均可采用单闭合导线；（3）当两端洞口控制点与国家三脚电方便联测时，可采用单附合导线；（4）除复杂的长大曲线隧道要采用GPS网、边角网或混合网外（不多见），几乎所有的中长隧道均可采用狭长的多环导线,11,（1）布置简况：导线网包含四个闭合环：TC14-TC1-TC2-TC13-TC14；TC2-TC3-TC4-TC11-TC12-TC13-TC2；TC4-TC5-TC6-TC9-TC10-TC11-TC4；TC6-TC7-TC8-TC9-TC6两洞口点进1（TC2）和出1（TC8）纳入主网，进2和出2为插点，进出洞口处各有三个控制点。主网平均边长617.9m，最短边长315m，最长边1173m。洞口点至后视点（定向点）的最短边长（进2-TC1的边长）为301.6m，导线边最大倾角24，平均倾角815。由TCl610全站仪施测，测距标称精度为2mm+2ppm，测角精度1.5。主网水平角观测12个测回，附网观测9个测回（亦应观测12个测回为好），竖直角观测3个测回，边长观测3个测回。估算的横向贯通误差为11.7mm（见算例7-2），实际为5.9mm，限差为55mm，,隧道贯通面,隧道为双洞直线型，全长3.02km和3.01km，三维导线网作平面控制。,12,3、隧道洞外导线网加测陀螺方位角方案,（1）陀螺方位角误差独立（2）增加约束条件（3）工作量减轻（4）陀螺经纬仪具有相应精度,4、GPS控制网,GPS定位技术用于隧道洞外控制测量具有非常多的优越性，目前已有不少成功的先例，其广阔的发展前景可能使GPS控制测量成为隧道洞外控制测量的主要方法,5、隧道洞外控制网坐标系和投影面的选定,（1）洞外网坐标系可选定任意平面直角坐标系说明：因洞内坐标系通常为一轴（X轴）平行于隧道方向，故须将洞外坐标转换至该坐标系中。隧道方向：直线为进出洞口点连线；曲线取进、出洞口点的切线方向。该方向平移后作坐标轴时顾及不使坐标出现负值。,13,3、8为洞口点，2、8为曲线两侧切线上的点4为交点JD2，,洞口投点,地面坐标系,洞内坐标系,在新坐标系中的方位角,坐标平移旋转公式：,这里，,（2）洞外网投影面选择选取隧道地面设计高程的平均高程面通常取进、出洞口点的设计高程的平均高程面。洞外网平差时，应把所有的已知边和观测边长化算到这一平面上，（因洞外网的角观测值化算到该平面上时改正数较小，可认为洞外的角观测值即为该投影面上的角观测值）。,14,同洞外平面须作单独控制,依据高程贯通的允许值定等级。以原洞外水准点作起始点，在每个洞口至少埋设两个水准点水准路线应形成闭合环，或者敷设两条互相独立的水准线路可利用全站仪，平面、高程控制测量同时进行，实践表明光电测距三角高程可以代替三、四等水准。,坐标平移旋转公式推导：,同理,故,（从坐标正算的角度理解该公式！）,二、洞外高程控制网的布网方案,15,7-3洞外控制测量对横向贯通误差影响值的估算,贯通面,理论贯通点,一、隧道贯通误差及其限差,进口贯通点,出口贯通点,16,fx,fh,fy,（影响里程、坡度）,（影响质量）,（影响坡度）,全微分,纵向误差对坡度影响,高程误差对坡度影响,仅考虑纵向贯通误差时：,仅考虑高程贯通误差时：,17,横向贯通误差不超过规定的限值，是隧道测量的关键。过大时隧道会侵入建筑界限，迫使炸毁大段衬砌！,贯通误差的限差：,贯通误差的限值，一般取中误差的2倍。与两相向开挖洞口的长度及行业和规范有关。,纵向限差：,贯通限差(铁路测量技术规则表4.1.3),贯通限差(公路勘测规范),与在哪里贯通无关,视仪器及现场而定,18,二、贯通误差分配,对横向、高程贯通精度要求(铁路测量技术规则表4.1.4),本表不适于设有竖井,指在测量设计时横向贯通中误差（允许值）给予洞外、洞内控制的中误差分配值。作为测量设计时的允许值使用，即计划测量精度时不得超过它。见下表：,19,称为：对横向贯通误差的“影响值”,容易知道：当设有i个竖井时：,可见，开挖面愈多，则对洞外控制的精度要求就愈高。,对于平行导坑施工方式（贯通面很多），则需如下分析：仍是“三分天下”，整个隧道进、出口对于横向贯通误差分别的,影响值为：,它们总的影响值为：,若整个隧道通过平行导坑的横向坑道共具有n个贯通面，则每个贯通面上横向贯通中误差容许值为：,例：4km隧道，,，有30个平行导坑，则每个贯通面上,横向中误差的容许值：,公式,20,2、高程贯通误差分配,洞内、外水准特点：洞外山路崎岖，高差大，视野开阔；洞内路线短，高差小，也有烟尘、水气、亮度差等不利因素分配原则：将洞外与洞内按等影响原则分配（“二分天下”）。,中误差不超过18mm的线路最大长度为：,则洞外（内）高程贯通允许,易得，三等时的最大长度为：,公路隧道还要长,21,结论：一般地，隧道高程控制采用三、四等水准测量即可满足要求；这时也可光电测距三角高程法，与平面一起进行（边长控制在300m之内）。,例7-1：设铁路隧道长度为9km，施工方案分别有0、1、2个竖井。试问：（1）洞外平面控制对横向贯通的影响值最大为多少?（2）为满足洞外高程贯通的精度要求应采用何等水准测量?解：（1）查表知横向贯通误差的限差为200mm，则横向贯通中误差允许值为Mq=100mm。,依公式：,（2）对于高程,故：,依据规范，采用四等水准即可。,22,三、洞外平面控制测量对横向贯通误差影响值的估算,思路：视洞内及洞内外联系测量的所有观测值都看作为无误差的观测值，只考虑洞外控制测量的误差，然后从两边相向推算出贯通点的坐标，其坐标差即为x和y轴方向的贯通误差。,目的：找出洞外控制测量的误差与贯通误差的关系，即“影响值”。,理解：其应用在于（1）判断依据选定的控制等级（允许的测角中误差和允许的测距相对中误差）求出的影响值是否超限（2）根据实际的测量精度计算洞外控制测量带给贯通的“实际误差”。,23,0,n,(A),(B),s1,1,s2,2,si,i,sn,n,1,2,i-1,i,n-1,进口,出口,隧道中线,1,2,i-1,i,n-1,A,A,B,贯通面方向,E,24,14-3隧道施工测量,（三）洞内中线和腰线的测设,二、洞内施工导线和水准测量,25,14-3隧道施工测量,三、盾构施工测量,26,14-4竖井联系测量,一、概述方位角传递误差,27,14-4竖井联系测量,二、一井定向,28,14-4竖井联系测量,二、一井定向,29,14-4竖井联系测量,三、二井定向,30,14-4竖井联系测量,四、陀螺经纬仪测定方位角,31,32,铅垂线,铅垂线,法线,法线,R,R,r,r,C,H1,椭球面,H1,33,34,35,36,