隧道控制測量和監(jiān)控量測

（優(yōu)選）隧道控制測量和監(jiān)控量測目前一頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點提要一、洞內(nèi)外控制測量二、隧道監(jiān)控量測目前二頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量1、隧道控制點布設1.1洞外平面控制網(wǎng)一般采用GPS測量，每個洞口應沿洞口連線的方向布設4個控制點，形成大地四邊形，點間盡量相互通視，點間的距離不宜小于300m，各點間的距離相差不宜過大，一般相鄰點間邊長之比不能超過1:3.并且有不少于2個點與隧道洞口通視，作為與洞內(nèi)傳遞方向的洞外聯(lián)系邊，且該聯(lián)系邊長度不宜小于300m。洞外控制點連線以與隧道中心線方向平行或垂直為宜，以減少點位誤差對貫通面橫向誤差影響。點位的埋設應穩(wěn)定，便于長期保存。布點時還應注意進洞聯(lián)系邊的俯仰角不應過大，規(guī)范要求GPS控制網(wǎng)進洞聯(lián)系邊最大俯仰角不宜大于5°，導線網(wǎng)、三角形網(wǎng)的最大俯仰角不宜大于15°。目前三頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量1、隧道控制點布設1.2洞外水準點一般每個洞口應埋設不少于2個以上的水準點。水準點應盡可能與洞口等高，兩水準點間的高差應以水準測量1-2站即可聯(lián)測為宜。水準點應埋設在洞口附近不受施工影響的地方，且便于與隧道洞內(nèi)聯(lián)測為宜。1.3一般大于1.5km的隧道洞內(nèi)應布設雙導線，形成多邊形閉合環(huán)，每個閉合環(huán)一般由4-6條邊構成。導線點間距一般在200m左右不宜過長或過短。相鄰導線邊長不宜相差太大，相鄰邊長之比不能超過1:3.1.4洞內(nèi)水準點一般200m-500m設置一對，應選擇在穩(wěn)定便于長期保存。（一般和導線點公用）目前四頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量1、隧道控制點布設隧道洞內(nèi)外導線布設示意圖目前五頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量2、隧道洞外控制測量當線路平面控制網(wǎng)精度滿足隧道平面控制測量要求時，應在線路平面控制網(wǎng)基礎上擴展加密，建立隧道平面控制網(wǎng)。當線路平面控制網(wǎng)精度不能滿足隧道平面控制測量要求時，應建立隧道獨立平面控制網(wǎng)，并與隧道洞口附近線路平面控制點聯(lián)測。平面獨立網(wǎng)一般以隧道平均高程面為基準面，隧道工程中心經(jīng)線作為坐標投影的中央子午線。我們平常常用的獨立網(wǎng)坐標系統(tǒng)同勘測網(wǎng)相同，就是X、Y軸方向與勘測網(wǎng)坐標系一致，施工坐標不變，無需進行坐標轉(zhuǎn)換。目前六頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量2、隧道洞外控制測量隧道平面獨立控制網(wǎng)測量方法：首先在隧道進出口各布設4個平面控制點，同時將原勘測網(wǎng)的部分GPS控制點和洞口附近的線路中心點一并納入進出洞口子網(wǎng)，然后通過大地四邊形聯(lián)測將各洞口的GPS子網(wǎng)聯(lián)系成一個整體的平面網(wǎng)，進行一等GPS測量。內(nèi)業(yè)計算時，把獨立網(wǎng)控制點納入勘測網(wǎng)進行平差，得出坐標（也就是勘測網(wǎng)加密點）。然后進出口各選一點（靠近洞口，靠近線路中線），約束進口點在勘測網(wǎng)坐標系中得到的平面坐標，固定進口點-出口點方向，采用獨立網(wǎng)的中央子午線和投影面高度，采用一點一方向的方法進行平差，可得到各GPS點的獨立網(wǎng)坐標。獨立網(wǎng)其實是把控制網(wǎng)的各項誤差推到隧道外邊，保證隧道的貫通精度。目前七頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量目前八頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量2、隧道洞外控制測量以某一長大隧道為例，該隧道東西走向，長約8km，中間設一斜井。該區(qū)布設了勘測網(wǎng)（北京54參考橢球，0米投影面，中央子午線經(jīng)度為118°15′），在測區(qū)共加密12個點GPS9201-GPS9212.目前九頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量2、隧道洞外控制測量全站儀測量邊長與GPS點坐標反算邊長距離對比邊名GPS測量（m）全站儀測量（m）差值（mm）相對誤差GPS9205-GPS9207343.9635343.985421.91/15706GPS9207-GPS9208697.2101697.253042.91/16251GPS9201-GPS9203504.2568504.284027.21/18538GPS9201-GPS9202423.5920423.615723.71/17873GPS9201-GPS9204727.0394727.078839.41/18452GPS9209-GPS9212547.3713547.404132.81/16688GPS9209-GPS9210443.3211443.340018.91/23456GPS9210-GPS9212960.0535960.103650.11/19162目前十頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量2、隧道洞外控制測量按《工程測量規(guī)范》要求，隧道施工獨立控制網(wǎng)的邊長投影變形值要小于2.5cm/km。從上表可以看出該隧道控制網(wǎng)達不到精度要求，為了減小投影需建立獨立網(wǎng)。該隧道獨立網(wǎng)采用既改變投影面又改變投影帶的方法。該獨立網(wǎng)是在北京54橢球下，以勘測網(wǎng)中隧道進口GPS9201點作為約束點起算，以GPS9201-GPS9209方向作為約束方向，中央子午線，投影面高程H=332.10m。通過解算，得出獨立網(wǎng)坐標。獨立網(wǎng)和勘測網(wǎng)在出口處存在偏差，橫向為0.104m，縱向為0.370m。橫向偏差較大，應調(diào)整隧道內(nèi)線路左線坐標，或修改整個曲線在獨立網(wǎng)坐標系的曲線要素。目前十一頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量2、隧道洞外控制測量全站儀測量邊長與獨立網(wǎng)GPS點坐標反算邊長距離對比邊名GPS測量（m）全站儀測量（m）差值（mm）相對誤差GPS9205-GPS9207343.9803343.98545.11/67447GPS9207-GPS9208697.2441697.25308.91/78342GPS9201-GPS9203504.2801504.28403.91/129302GPS9201-GPS9202423.6116423.61574.11/103319GPS9201-GPS9204727.0728727.07886.01/121178GPS9209-GPS9212547.3988547.40415.31/103282GPS9209-GPS9210443.3437443.3400-3.71/119822GPS9210-GPS9212960.1019960.10361.71/564766目前十二頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量2、隧道洞外控制測量從上表可以看出，地面全站儀的測量數(shù)據(jù)與獨立網(wǎng)GPS坐標反算的數(shù)據(jù)吻合程度較好，可以驗證獨立網(wǎng)測量成果的精度和可靠性，用該獨立網(wǎng)可以達到該隧道貫通誤差精度的要求，因此該平面獨立網(wǎng)可以作為該隧道施工測量控制的基準。目前十三頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量3、隧道洞內(nèi)控制測量在隧道施工中，隨著開挖的延伸進展，需要不斷給出隧道的掘進方向。為了正確完成施工放樣，防止誤差積累，保證最后的準確貫通，應進行洞內(nèi)控制測量。此項工作是在洞外控制測量和洞、內(nèi)外聯(lián)系測量的基礎上展開的，包括洞內(nèi)平面控制測量和洞內(nèi)高程控制測量。隧道洞內(nèi)平面控制測量應結合洞內(nèi)施工特點進行。由于場地狹窄，施工干擾大，故洞內(nèi)平面控制常采用導線法形式。導線法是指隧道洞內(nèi)平面控制采用布設精密導線進行。目前十四頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量3、隧道洞內(nèi)控制測量洞內(nèi)導線與洞外導線相比，具有以下特點：洞內(nèi)導線是隨著隧道的開挖而向前延伸，因此只能敷設支導線或狹長形導線環(huán)，而不可能將貫穿洞內(nèi)的全部導線一次測完；測量工作間歇時間取決于開挖面的進展速度；導線的形狀（直伸或曲折）完全取決于坑道的形狀和施工方法；支導線或狹長形導線環(huán)只能用重復觀測的方法進行檢核，定期進行精確復測，以保證控制測量的精度；洞內(nèi)導線點不宜保存，觀測條件差，標石頂面最好比洞內(nèi)地面低2～3cm，周圍用鋼圈保護。目前十五頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量3、隧道洞內(nèi)控制測量洞內(nèi)導線可以采用下列幾種形式：（1）單導線導線布設靈活，但缺乏檢測條件。測量轉(zhuǎn)折角時最好半數(shù)測回測左角，半數(shù)測回測右角，以加強檢核。施工中應定期檢查各導線點的穩(wěn)定情況。（2）導線環(huán)是長大隧道洞內(nèi)控制測量的首選形式，有較好的檢核條件，而且每增設一對新點，如5和5′點，可按兩點坐標反算5～5′的距離，然后與實地丈量的5～5′距離比較，這樣每前進一步均有檢核。目前十六頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量3、隧道洞內(nèi)控制測量另外，也可采用三角形導線網(wǎng)進行控制，但在每進尺800米時要進行洞內(nèi)外聯(lián)測導線網(wǎng)。

三角形導線網(wǎng)測量示意圖目前十七頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量3、隧道洞內(nèi)控制測量洞內(nèi)外聯(lián)測導線網(wǎng)測量示意圖目前十八頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量3、隧道洞內(nèi)控制測量洞內(nèi)高程控制測量是將洞外高程控制點的高程通過聯(lián)系測量引測到洞內(nèi),作為洞內(nèi)高程控制和隧道構筑物施工放樣的基礎,以保證隧道在豎直方向正確貫通。洞內(nèi)水準測量與洞外水準測量的方法基本相同，但有以下特點：隧道貫通之前，洞內(nèi)水準路線屬于水準支線，故需往返多次觀測進行檢核。洞內(nèi)三等及以上的高程測量應采用水準測量，進行往返觀測；四、五等也可采用光電測距三角高程測量的方法，應進行對向觀測。目前十九頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點一、洞內(nèi)外控制測量3、隧道洞內(nèi)控制測量洞內(nèi)應每隔200～500m設立一對高程控制點以便檢核.為了施工便利,應在導坑內(nèi)拱部邊墻至少每100m設立一個臨時水準點。洞內(nèi)高程點必須定期復測。測設新的水準點前，注意檢查前一水準點的穩(wěn)定性，以免產(chǎn)生錯誤。洞內(nèi)高程控制測量的作業(yè)要求、觀測限差和精度評定方法符合洞外高程測量的有關規(guī)定。洞內(nèi)測量結果的精度必須符合洞內(nèi)高程測量設計要求或規(guī)定等級的精度。當隧道貫通之后，求出相向兩支水準路線的高程貫通誤差，在允許誤差以內(nèi)時可在未襯砌地段進行調(diào)整。所有開挖、襯砌工程應以調(diào)整后的高程指導施工。目前二十頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測1、量測目的現(xiàn)場監(jiān)控量測是隧道施工管理的重要組成部分，它不僅能指導施工，預報險情，確保安全，而且通過現(xiàn)場監(jiān)測獲得圍巖動態(tài)的信息（數(shù)據(jù)），為修正和確定初期支護參數(shù)，混凝土襯砌支護時間提供信息依據(jù)，為完善隧道工程設計與指導施工提供可靠的足夠的數(shù)據(jù)。2、量測項目⑴洞內(nèi)、外觀察；（一般情況測量人員不必管理）⑵二次襯砌前凈空變化；⑶拱頂下沉；⑷地表下沉（淺埋隧道必測）。目前二十一頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測3、量測設備

監(jiān)控量測項目主要儀器備注拱頂下沉水準儀、測微器、銦鋼尺、鋼掛尺、全站儀等地表沉降水準儀、測微器、銦鋼尺、全站儀等凈空變化收斂計、全站儀等目前二十二頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測4、量測方法4、1凈空變形量測（1）量測斷面間距凈空變形量測包括拱頂下沉和凈空變化。量測斷面的間距根據(jù)圍巖級別、隧道斷面尺寸、埋置深度及工程重要性等確定。拱頂下沉測點與凈空變化測點應布置在同一斷面上。圍巖級別斷面間距（m）V-VI5-10IV10-30III30-50II視具體情況而定目前二十三頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測（2）測量測線的布置監(jiān)控量測測線布置根據(jù)開挖方法來布置：地段開挖方法一般地段特殊地段全斷面法一條水平測線———臺階法每臺階一條水平測線每臺階一條水平測線，兩條斜測線目前二十四頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測（3）監(jiān)控量測的頻率頂下沉量測與水平相對凈空量測在同一時間內(nèi)進行。在每次開挖后盡早進行，初讀數(shù)在開挖后2小時內(nèi)讀取，最遲不大于12小時，而且在下一循環(huán)開挖前，必須完成初期支護變形值的讀數(shù)。測點要牢固可靠，易于識別并妥為保護，拱頂量測后視測點必須埋設在穩(wěn)定的圍巖上，并和洞內(nèi)水準點建立聯(lián)系。監(jiān)控量測頻率應根據(jù)點距開挖面的距離及位移速度確定。由位移速度決定的監(jiān)控量測頻率和由距開挖面的距離決定的監(jiān)控量測頻率之中，原則上采用較高的頻率值。出現(xiàn)異常情況或不良地質(zhì)時，要增大監(jiān)控量測頻率。目前二十五頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測按開挖面距離確定的監(jiān)控量測頻率量測斷面距開挖工作面的距離(m)量測頻率（0～1）B2次/天（1～2）B1次/天（2～5）B1次/2～3天＞5B1次/7天位移速度(mm/d)量測頻率≥52次/天1～51次/天0.5～11次/2～3天0.2～0.51次/3天＜0.21次/7天注：B為隧道開挖寬度按位移速度確定的監(jiān)控量測頻率目前二十六頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測4、2地表沉降量測地表下沉量測根據(jù)隧道埋置深度、地質(zhì)條件、地表有無建筑物、所采用的開挖方式等因素確定。地表下沉量測的測點應與水平凈空相對變化和拱頂下沉量測的測點布置在同一個橫斷面內(nèi)。地表沉降測點縱向間距埋置深度H和開挖寬度B地表下沉量測斷面間距（m）H>2B20-50B<H<2B10-20H<B5-10目前二十七頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測4、2地表沉降量測橫斷面方向地表下沉量測的測點間隔為2～5m。在隧道中線附近測點應適當加密，隧道中線兩側(cè)量測范圍不應小于H+B,地表有建筑物時要適當加寬量測范圍。在一個量測斷面內(nèi)設7～11個測點。目前二十八頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測4、2地表沉降量測地表下沉量測在開挖工作面前方H+h1（隧道埋置深度＋隧道高度）處開始，直到襯砌結構封閉、下沉基本停止為止。地表下沉的量測頻率和拱頂下沉及水平相對凈空變化的量測頻率相同。具體布置情況初步設計如下：目前二十九頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測5、監(jiān)測資料整理及數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場量測所取得的原始數(shù)據(jù)，不可避免的會具有一定的離散性，其中包含著測量誤差。因此，應對所測數(shù)據(jù)進行一定的數(shù)學處理。數(shù)學處理的目的是：將同一量測斷面的各種量測數(shù)據(jù)進行分析對比、相互印證，以確定量測數(shù)據(jù)的可靠性；探求圍巖變形或支護系統(tǒng)的受力隨時間變化的規(guī)律，判定圍巖和初期支護系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)。在取得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，結合圍巖、支護受力及變形情況，進行分析判斷，將實測值與允許值進行比較，及時繪制各種變形或應力～時間關系曲線，預測變形發(fā)展趨向及圍巖和隧道結構的安全狀況。資料整理：1、洞內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄（拱頂下沉，凈空收斂），2、地表沉降數(shù)據(jù)記錄，3、回歸分析，4、周報，5、月報，6、總結報告目前三十頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測5、監(jiān)測資料整理及數(shù)據(jù)分析

回歸分析是量測數(shù)據(jù)數(shù)學處理的主要方法，通過對量測數(shù)據(jù)回歸分析預測最終位移值和各階段的位移速率。具體方法如下：（1）將量測記錄及時輸入計算機系統(tǒng)，根據(jù)記錄繪制縱橫斷面地表下沉曲線和洞內(nèi)各測點的位移u-時間t的關系曲線。（2）若位移-時間關系曲線出現(xiàn)反常，表明圍巖和支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，加強監(jiān)控量測頻率，必要時將暫停開挖并進行加強支護處理。（3）當位移-時間關系曲線趨于平緩時，進行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，從而推算最終位移值和掌握位移變化規(guī)律。（4）各測試項目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定后，進行二次襯砌的施作。

目前三十一頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測5、監(jiān)測資料整理及數(shù)據(jù)分析

目前三十二頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測5、監(jiān)測資料整理及數(shù)據(jù)分析常用三種分析函數(shù)：（1）指數(shù)函數(shù)：轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)：求導：極限公式：

目前三十三頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測5、監(jiān)測資料整理及數(shù)據(jù)分析（2）對數(shù)函數(shù)：轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)：

求導：

極限公式：

目前三十四頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測5、監(jiān)測資料整理及數(shù)據(jù)分析（3）雙曲線函數(shù)：

轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)：

求導：極限公式：

目前三十五頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測5、監(jiān)測資料整理及數(shù)據(jù)分析（4）

目前三十六頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測6、監(jiān)測量測控制基準

監(jiān)控量測控制基準包括隧道內(nèi)位移、地表沉降、爆破振動等，應根據(jù)地質(zhì)條件、隧道施工安全性、隧道結構的長期穩(wěn)定性，以及周圍建(構)筑物特點和重要性等因素制定。

目前三十七頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測6、監(jiān)測量測控制基準

跨度B≤7m隧道初期支護極限相對位移

圍巖級別隧道埋深h(m)h≤5050＜h≤300300＜h≤500 拱腳水平相對凈空變化(%)Ⅱ——0.01-0.08Ⅲ0.10-0.500.40-0.700.60-1.50Ⅳ0.20-0.700.50-2.602.40-3.50Ⅴ0.30-1.000.80-3.503.00-5.00拱頂相對下沉(%)Ⅱ—0.01-0.050.04-0.08Ⅲ0.01-0.040.03-0.110.10-0.25Ⅳ0.03-0.070.06-0.150.10-0.60Ⅴ0.06-0.120.10-0.600.50-1.20目前三十八頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點二、隧道監(jiān)控量測6、監(jiān)測量測控制基準

跨度7m≤B≤12m隧道初期支護極限相對位移

圍巖級別隧道埋深h(m)h≤5050＜h≤300300＜h≤500 拱腳水平相對凈空變化(%)Ⅱ—0.01-0.030.01-0.08Ⅲ