地鐵隧道控制測量技術(shù)分解

1、地鐵隧道施工控制測量第 1 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量地鐵隧道施工控制測量目錄一、地鐵隧道施工測量的內(nèi)容及特點二、編制目的三、編制依據(jù)四、地面控制測量五、聯(lián)系測量六、高程傳遞測量八 、洞內(nèi)施工測量九、貫通誤差測量十、斷面測量十一、結(jié)束語第 2 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量地鐵隧道施工控制測量中鐵 X 局集團有限公司 萬海亮一、地鐵隧道施工測量的內(nèi)容及特點 地鐵工程主要有車站和隧道組成，多建于城市地下，但也有些區(qū)段會 采用地面或者高架線路。隧道施工控制測量是地鐵施工測量的重點和難點， 所以這里主要介紹地鐵隧道施工控制測量。1.1 地鐵隧道施工測量的內(nèi)容 地鐵隧道控制測量一般是要

2、通過已完成的車站（盾構(gòu)始發(fā)井） 、豎井、 或地面鉆孔把地面 （ 井上） 控制點的坐標、方位及高程傳遞到地下 （井下） ， 從而將地面和地下控制網(wǎng)統(tǒng)一為同一坐標（高程）系統(tǒng)，作為地下導(dǎo)線的 起算坐標、起始方位角和起始高程基準，依此指導(dǎo)和控制地下區(qū)間隧道開 挖并保證正確貫通。因此，地鐵隧道施工測量的內(nèi)容主要有：地面平面控制測量、地面水 準控制測量、聯(lián)系測量、豎井高程傳遞、洞內(nèi)控制測量、隧道施工測量、 貫通測量。地鐵隧道施工產(chǎn)生的測量誤差除地面控制點的因素外，還包括 井上與井下聯(lián)系測量誤差以及區(qū)間隧道施工控制測量誤差。因此，地面控 制測量、聯(lián)系測量及區(qū)間隧道施工控制測量是地鐵施工測量的三個關(guān)鍵因 素

3、，也是直接影響地鐵貫通精度的關(guān)鍵控制點。1.2 地鐵隧道施工測量的特點1、地鐵工程線路長，全線分區(qū)段施工，各區(qū)段開工時間、施工方法各 異，且由不同承包商施工，要確保貫通，每個區(qū)段不僅要完成本段的測量 任務(wù)，還要注意與鄰接工程的銜接。第 3 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量2、地鐵線路長，且在主要地下施工，控制網(wǎng)要采取分級分段建立。3、地鐵暗挖隧道，施工工藝復(fù)雜，地下施測條件差，測量工作量大。4、地鐵隧道貫通精度及建筑限界都有要求嚴格，在隧道施工的各個階 段必須對地面和地下控制網(wǎng)進行聯(lián)系測量。因此應(yīng)結(jié)合城市地鐵的工程的特點建立合理、滿足精度要求的地鐵施 工控制網(wǎng)對地鐵隧道的順利、準確貫通非常

4、關(guān)鍵。二、編制目的為使地鐵施工優(yōu)質(zhì)、高效、順利進行，施工過程中不出現(xiàn)由于測量錯 誤或誤差超限而引起的結(jié)構(gòu)物返工或整改等質(zhì)量問題，在施工過程中必須 通過科學(xué)的測量方法，按照規(guī)范要求定期對控制網(wǎng)進行復(fù)測，使施工測量 全過程處于受控狀態(tài)。最終保證按期完成施工任務(wù)并交付驗收。三、編制依據(jù)1、城市軌道交通工程測量規(guī)范 （ GB50308-2008）2、工程測量規(guī)范（GB50026-2007）3、城市測量規(guī)范（CJJ8-99）4、西安地鐵建設(shè)工程施工測量管理細則5、西安地鐵工程施工測量、監(jiān)測管理管理辦法（暫行） 6、業(yè)主測量隊所交測點，控制點數(shù)據(jù)資料。四、地面控制測量4.1 地面平面控制測量城市軌道交通工

5、程測量規(guī)范 GB503082008規(guī)定：向隧道內(nèi)傳遞坐標 和方位時，應(yīng)在每個井（洞） 口或車站附近至少布設(shè)三個平面控制點及兩 個水準控制點作為聯(lián)系測量的依據(jù)。第 4 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量平面控制網(wǎng)測量嚴格按照城市軌道交通工程測量規(guī)范GB503082008中精密導(dǎo)線網(wǎng)測量的方法與要求進行。4.1.1 平面控制網(wǎng)測量主要技術(shù)要求如下表：表 1 精密導(dǎo)線測量主要技術(shù)要求平均邊 長（m）閉合環(huán) 或附合 導(dǎo)線總 長度 （km）每邊 測距 中誤 差（mm）測距相 對中誤 差測角中 誤差（）水平角測回數(shù)邊長測回 數(shù)方位角 閉合差 （）全長相 對閉合 差相鄰點 的相對 點位中 誤差 （mm）級

6、 全站 儀級 全站 儀、級 全站儀3503-4±41/60000±2.546往返測距各2測回±5n1/35000±8注：1、精密導(dǎo)線網(wǎng)應(yīng)沿線路方向布設(shè)，并應(yīng)布設(shè)成附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線或結(jié)點導(dǎo)線網(wǎng)的形式；2、n為導(dǎo)線的角度個數(shù)，一般不超過 12；3、附合導(dǎo)線線路超長時，宜布設(shè)結(jié)點導(dǎo)線網(wǎng)，結(jié)點間角度個數(shù)不超過 8個。4.1.2 平面控制網(wǎng)測量注意事項a、采用 I 級全站儀進行測量，為了提高精度，測量時可采用六測回作業(yè)，采用方向觀測法，六測回作業(yè)，各測回按照下表變換度盤：測回序號123度盤編制0-00-5060-24-15120-33-20測回序號456度盤編制

7、180-30-30240-50-00360-20-20b、當(dāng)觀測僅有兩個方向時，在觀測總測回中以奇數(shù)測回和偶數(shù)測回分別觀測 導(dǎo)線前進方向的左角和右角，左角平均值與右角平均值之和與 360°的差值不大 于 4。c、水平角方向觀測法的技術(shù)要求：半測回歸零差不大于 6，一測回內(nèi) 2C較差不大于 9，同一方向值各測回較差不大于 6第 5 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量d、水平角觀測誤差超限時，在原來度盤位置上按上述要求進行重測e、精密導(dǎo)線邊長測量在成像清晰和氣象條件穩(wěn)定時進行，往返觀測，單向由正倒鏡各一測回構(gòu)成，測距時測出氣象數(shù)據(jù)并加以改正，測距的技術(shù)要求：全站儀等級一測回中讀數(shù) 間較

8、差單程各測回 間較差往返側(cè)或不 同時段結(jié)果 較差342（a+bd）注：（a+bd）為儀器標稱精度，a為固定誤差，b為比例誤差系數(shù)，d 為距離 測量值（以千米計）。f 、一測回指照準目標一次讀數(shù)四次。另外，測距時應(yīng)讀取溫度和氣壓，測前、測后各讀取一次，取平均值作為測 站氣象數(shù)據(jù)。溫度讀至 0.2 ，氣壓讀至 50Pa。氣象改正，根據(jù)儀器提供的公式 進行改正；也可以將氣象數(shù)據(jù)輸入全站儀內(nèi)自動改正。g、其他技術(shù)要求例如：高程歸化及高斯投影改化參考規(guī)范4.2 地面水準控制測量4.2.1 地面水準控制測量主要技術(shù)要求如下表：根據(jù)城市軌道交通工程測量規(guī)范 GB50308 2008，本次高程復(fù)測采用二等水準

9、測量，技術(shù)要求如下：水準測 量等級每千米高差中 數(shù)中誤差 （）附合 水準 路線 平均 長度 （）水準 儀等 級水準尺觀測次數(shù)往返較差 、附合或 環(huán)線閉合 差（）偶然中 誤差M全中誤差Mw與已知 點連測附合或 環(huán)線二等±2±42-4DS1銦瓦尺 或條碼 尺往返測 各一次往返測 各一次±8L注： L 為往返測段、附合或環(huán)線的路線長（以計）第 6 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量4.2.1 地面水準控制測量注意事項a、二等水準網(wǎng)測量的觀測方法應(yīng)符合下列規(guī)定:往測 奇數(shù)站上：后前前后，偶數(shù)站上：前后后前，返測 奇數(shù)站上：前后后前， 偶數(shù)站上：后前前后。并且往測與返測采

10、用分時段測量（上午往測，下午返測）；往測轉(zhuǎn)為返測時， 兩根水準尺必須互換以抵消銦瓦尺誤差，并應(yīng)重新整置儀器。b、二等水準測量關(guān)于視線長度、視距差、視線高度要求（ m）：等級視距前后視距 差前后視距 累計差視線高度視線長度20m以上視線長度21m以下二等60240.40.3為消除 i 角誤差的影響，用測繩或測量上下絲等方法進行量距，保證前后 視距差、前后視距累計差滿足要求。c、二等水準測量的測站觀測限差（ mm）：等級上下絲讀數(shù) 平均值與中 絲讀數(shù)之差基輔分劃讀 數(shù)之差基輔分劃所 測高差之差檢測間歇點 高差之差二等30.50.72五、聯(lián)系測量聯(lián)系測量應(yīng)包括：地面近井導(dǎo)線測量和近井水準測量；通過豎

11、井、斜井、 鉆孔的定向測量和傳遞高程測量；地下近井導(dǎo)線測量和水準測量等。定向測量 常用的方法有：聯(lián)系三角形法；陀螺經(jīng)緯儀、鉛垂儀（鋼絲）組合法；導(dǎo)線直 接傳遞法；第 7 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量5.1 聯(lián)系三角形法如圖 5.1 所示 A為地面控制點，與其他地面控制點通視（如圖中 T 方向），實際工作中至少有兩個控制點通視。 A'為地下洞內(nèi)定向點（地下導(dǎo)線點），與另外一地下導(dǎo)線點 T'通視； O1、O2為懸掛在井口支架上的兩根鋼絲，鋼絲下端掛重錘，并將重錘置于機油桶內(nèi)，使之穩(wěn)定。絞車鋼絲重錘A'T'圖 5.1 ：聯(lián)系三角形定向法b awA絞車滑輪支架定

12、位板b'穩(wěn)定液 桶B' a5.1.1 聯(lián)系三角形布設(shè)要求：（1）豎井中懸掛鋼絲的距離 a 應(yīng)盡可能長；（2）聯(lián)系三角形銳角宜小于 1°，呈直伸三角形；（3）b/a 及 b'/a '宜小于 1.5,b 為近井點至懸掛鋼絲的最短距離。5.1.2 聯(lián)系三角形測量采用方向觀測法觀測地上和地下聯(lián)系三角形角度 w、w'a、a'各 46測回， 角度中誤差應(yīng)在±2.5 ；聯(lián)系三角形邊長測量可采用光電測距儀（配合反射棱 鏡片）或者經(jīng)檢定的鋼尺丈量，每次獨立測量三測回，每測回三次讀數(shù)，各測 回較差應(yīng)小于 1 。地上與地下丈量的鋼絲間距較差應(yīng)小于

13、2 ，同時實測值 a（a'）與由余弦定理計算的聯(lián)系三角形同一邊長差值也應(yīng)小于 2 。鋼尺測距 注意加力、傾斜、溫度尺長改正。第 8 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量5.1.3 聯(lián)系三角形計算(1) 根據(jù)傳遞方向應(yīng)選擇小角 B (B')的原則，定向邊坐標方位角 (A'T') 為：(A'T')= (AT)+w+a+B- B'+ w'(范圍 0°360°) (AT)為地面已知點坐標方位角；w、w'為觀測角值；B 、 B'為聯(lián)系三角形推算值。(2) 地下定向點 A'的坐標 X(A')

14、 、Y(A')為：X(A')= X(A)+c*cos(AO 2)+b'* cos(O 2 A')Y(A')= Y(A)+c*sin(AO 2)+b'* sin(O 2 A') 對于聯(lián)系三角形定向法的精度不做討論。5.1.4 聯(lián)系三角形法注意事項(1) 具體測量中為提高定向精度，一般在進行一組測量后稍微一動吊錘線， 使傳遞經(jīng)過不同的三組聯(lián)系三角形獨立進行。(2) 有條件時可以懸掛三根鋼絲，組成雙聯(lián)系三角形，這樣傳遞過程中可以 同時獲取地下定向邊的兩個方位角，提高地下定向邊方位角精度。5.1.4 工程實例 西安地鐵一號線玉灑區(qū)間聯(lián)系測量采用聯(lián)

15、系三角形法，從盾構(gòu)接收井和 出土井分別掛鋼絲 GS1、GS2，相對于一井中兩根鋼絲這樣做最大的優(yōu)點是兩鋼 絲間的距離大大增加，使投向誤差明顯減小。如圖5.2 所示地面近井點通過 Y1、 Y2、Y3將懸掛鋼絲 GS1、GS2與 AD、SG(GPS點)組成閉合導(dǎo)線(局部為結(jié)點導(dǎo) 線網(wǎng))，以此可以求得近井點(Y1、Y2、Y3)、鋼絲(GS1、GS2)的坐標及坐標 方位角。第 9 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量5.2井下如圖 5.3 所示，置鏡 S1，后視 GS1，前視 S3，測出邊長 GS1- S1、邊 長 S1- S3 及角度 A；置鏡 S3，后視 GS2，前視 S1，測出邊長 GS2- S

16、3、邊 長S3- S1及角度 B；5.3通過解三角形的方法求得邊長 S3-GS1、邊長 S1-GS2角, C、角 D；進而求得 S1、 S3 坐標及其坐標方位角。5.2 兩井定向 兩井定向的外業(yè)測量與一井定向類似。也包括投點、地面和井下連接 測量，只是兩井定向時每個井筒只懸掛一根鋼絲。兩井定向與一井定向相 比，兩鋼絲間的距離大大增加，使投向誤差明顯減小。這是兩井定向的最 大優(yōu)點。由于兩井定向中兩根鋼絲間往往不能直接通視，而是通過導(dǎo)線連接起來。通過聯(lián)測測出井上、井下導(dǎo)線各邊的邊長及其連接水平角，在內(nèi)業(yè)計 算時必須采用假定坐標系。第 10 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量兩井定向是在兩個井筒內(nèi)

17、各投下一個點，它們的坐標是通過地面連接 導(dǎo)線測設(shè)后計算出來的。而到了井下，它們之間是不能通視的，這樣井下 連接導(dǎo)線 A 123 4B就形成一條定向符合導(dǎo)線。具體計算如 下：（1）根據(jù)地面連接測量的成果，按照導(dǎo)線的計算方法，計算出地面兩鋼 絲點 A、B 的平面坐標（ xA，yA）、（xB，yB）。（ 2）計算兩鋼絲點 A 、B 的連線在地面坐標系統(tǒng)中的方位角和邊長：tan y y DABx2 y2xx（3）以井下導(dǎo)線起始邊 A1為x軸，A 點為坐標原點建立假定坐標系， 計算井下導(dǎo)線各連接點在此假定坐標系中的平面坐標，設(shè) B點的假定坐 標為（ xB， yB）。（4）計算 AB 連線在假定坐標系中的

18、方位角 AB 'AB arctany'B y'A y'Bx'B x'A x'B （ 5）計算井下起始邊在地面坐標系統(tǒng)系統(tǒng)中的方位角'1 AB 'AB（6）然后根據(jù) '1和 A 點的地面坐標計算出井下導(dǎo)線各點在地面坐標系 統(tǒng)中的坐標和方位角，最后算得懸線垂線 B 的坐標。5. 3 陀螺經(jīng)緯儀、鉛垂儀（鋼絲）組合法 一井定向也可以采用激光垂準儀與陀螺經(jīng)緯儀組合的方法進行。如圖5.4 所示投點前先于豎井底合適位置布設(shè)點 J1、J2，再將垂準儀依次架于 J1、J2 之上，垂準儀激光向下對點 J1、J2；豎井上方架設(shè)簡易平臺

19、，將配 套激光靶固定于簡易平臺之上，垂準儀激光向上投于激光靶上；為減小投 點誤差可以將垂準儀依次置于 0°、90°、180° 270°四次投點，四次投點 形成四邊形的中心計為 J1'、J2'的最終位置，然后進行將 J1'、J2'與第 11 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量地面近井點組合成閉合(或附合)線路進行測量，如圖 5 所示。同時可以 采用陀螺經(jīng)緯儀對 J1、J2 的坐標方位角進行校核、修正，進而得到 J1、J2 的坐標及坐標方位角 ( J1J2)。陀螺經(jīng)緯儀、鉛垂儀(鋼絲)組合法注意事項：(1) 地面定向邊陀螺方

20、位角測量應(yīng)采用“地面已知邊 -地下定向邊- 地面已知 邊”的測量程序進行，每次應(yīng)測三測回；(2) 隧道內(nèi)定向邊邊長應(yīng)大于 60m，視線距隧道邊墻的距離應(yīng)大于 0.5 m ；(3) 垂準儀的支架與觀測臺應(yīng)該分離，互不影響； 為提高測量精度，還應(yīng)注意垂準儀、陀螺經(jīng)緯儀的一些操作規(guī)程及細則，此處 不再贅述。圖 5.4 、激光垂準儀投點示意圖六、高程傳遞測量向洞內(nèi)傳遞高程一般采用懸掛鋼尺的方法，上下兩臺水準儀同時觀測倒掛 鋼尺。地面由近井點測起，再前視鋼尺 m處；井下后視鋼尺 n處，前視 b處， 如圖6.1 所示。按以上方法獨立測量三次，最后取平均值即為高程。懸掛鋼尺 應(yīng)注意加力、溫度尺長改正數(shù)，另外

21、確保上下兩臺水準儀同時觀測。第 12 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量圖 6.1 懸掛鋼尺傳遞高程示意圖七 、洞內(nèi)控制測量洞內(nèi)施工控制測量包括洞內(nèi)導(dǎo)線測量和洞內(nèi)水準測量，根據(jù)聯(lián)系測量傳遞 到洞內(nèi)的方位角、坐標及高程，建立地下平面與高程控制網(wǎng)，用以指導(dǎo)隧道開 挖方向，并作為洞內(nèi)施工放樣的依據(jù)，保證開挖隧道在精度要求范圍內(nèi)貫通。7.1 洞內(nèi)平面控制測量當(dāng)隧道較長時必須建立洞內(nèi)精密導(dǎo)線作為洞內(nèi)平面控制。洞內(nèi)導(dǎo)線測量的起 算數(shù)據(jù)是通過聯(lián)系測量傳遞至洞內(nèi)定向邊的方位角和定向坐標。洞內(nèi)導(dǎo)線由洞口定向點開始，隨隧道的開挖而逐漸向前延伸，在隧道施工期 間洞內(nèi)導(dǎo)線只能布設(shè)成支導(dǎo)線的形式。洞內(nèi)導(dǎo)線可以采用分級

22、布設(shè)的方法，先 布設(shè)精度較低的、邊長較短的施工導(dǎo)線，當(dāng)隧道開挖到一定距離后可布設(shè)邊長 較長的主要導(dǎo)線，邊長不宜短于 200m，另外導(dǎo)線點力求沿隧道中線方向布設(shè)， 布設(shè)成多邊閉合導(dǎo)線或者主副導(dǎo)線環(huán)（即雙支導(dǎo)線），如下圖所示。洞內(nèi)控制導(dǎo) 線的測量方法、技術(shù)要求可參考地面平面控制網(wǎng)測量。7.2 洞內(nèi)控制導(dǎo)線注意事項及要求1、由于地下隧道為一個不穩(wěn)定的載體，對設(shè)置在隧道中的控制點影響比較第 13 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量大，所以每次建立新導(dǎo)線點時，都必須檢測前一個“舊點”，確認沒有發(fā)生位移 后，才能發(fā)展新點；2、根據(jù)規(guī)范要求貫通面一側(cè)的隧道長度大于 1500時，應(yīng)在適當(dāng)位置，通 過鉆孔投測

23、坐標點或者加測陀螺儀方位角等方法提高控制導(dǎo)線精度。3、相鄰豎井間或相鄰車站間隧道貫通后，地下平面控制點應(yīng)構(gòu)成附合導(dǎo)線 （網(wǎng)）。7.3 洞內(nèi)高程控制測量 洞內(nèi)高程控制網(wǎng)以地下近井水準點為起算點，隨隧道開挖向前延伸，測定 布設(shè)在隧道內(nèi)各水準點的高程，作為隧道施工放樣的依據(jù)，確保隧道在高程（豎 向）準確貫通。洞內(nèi)高程控制點可利用洞內(nèi)導(dǎo)線點，洞內(nèi)高程控制測量的方法精度應(yīng)該滿 足二等水準測量要求，水準線路往返較差、附合或閉合差為± 8L 。隧道貫通前，水準線路均為支水準路線，因而需要往返測或多次觀測進行 檢核；相鄰豎井間或相鄰車站間隧道貫通后，地下高程控制點應(yīng)構(gòu)成附合水準 線路。八 、洞內(nèi)施工

24、測量 在隧道施工過程中，根據(jù)洞內(nèi)布設(shè)的地下導(dǎo)線點、水準點，確定隧道中線 方向上有關(guān)點位及標高，以準確指導(dǎo)隧道的開挖方向。8.1 開挖施工放樣 隨著測量儀器的發(fā)展，以前的切線支距法、弦線支距法（測設(shè)中點）等逐 漸淘汰，直接使用全站儀確定隧道中線，配合懸掛錘球確定隧道開挖方向。注 意控制好放樣點位之間的距離，尤其是小半徑曲線，做到勤測斷面、勤放樣。 當(dāng)隧道采用導(dǎo)坑法施工時，左右導(dǎo)坑宜共同控制，另外上部導(dǎo)坑的中線每引申第 14 頁.共 16 頁地鐵隧道施工控制測量一定距離后都要與下部導(dǎo)坑的中線聯(lián)測一次。聯(lián)測可以采用長線錘球、垂準儀 或經(jīng)緯儀光學(xué)對點器將下導(dǎo)坑的中線引至上到坑拱頂，進行復(fù)核。隧道掘進也

25、可以借助激光指向儀進行指導(dǎo)，注意儀器的安全牢靠，另外激 光指向儀安置距工作面距離不應(yīng)小于 30m，并對激光指向儀位置的正確性定期進 行檢查。8.2 隧道開挖斷面測量及襯砌施工測量隧道在馬頭門開挖工作完成后，需要根據(jù)線路中線和附近地下水準點進行 斷面測量，檢測隧道內(nèi)輪廓是否符合設(shè)計要求，并用來確定超挖或欠挖工程量。 一般常用極坐標發(fā)、直角坐標法及交匯法進行測量。隨著測量儀器的發(fā)展，斷 面測量工作變得簡單、方便。我們可以直接采用斷面儀采集數(shù)據(jù)，或者全站儀 采集三維坐標，然后借助計算機處理斷面資料，進而了解隧道斷面情況，以指 導(dǎo)隧道的進一步開挖。隧道二襯結(jié)構(gòu)施工測量前應(yīng)進行貫通測量，相鄰車站或豎井間的地下控制 導(dǎo)線和水準線路應(yīng)形成附合線路并進行嚴密平差，以平差后的地下控制點作為 二襯施工測量依據(jù)，進行中線和高程控制測量。如果隧道未貫通前必須進行二 襯施工時，應(yīng)采取增加控制點測量次數(shù)（聯(lián)系測量和控