[工學(xué)]章地下工程施工測量

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1、第八章地下工程施工測量二十一世紀(jì)測繪類規(guī)劃教材第八章第八章 地下工程施工測量地下工程施工測量v8-1.8-1.概述概述v8-2.8-2.地面控制測量地面控制測量v8-3.8-3.地下控制測量地下控制測量v8-4.8-4.聯(lián)系測量聯(lián)系測量v8-5.8-5.貫通測量誤差預(yù)計(jì)貫通測量誤差預(yù)計(jì)v8-6.8-6.地下工程施工測量與竣工測量地下工程施工測量與竣工測量v8-7.8-7.隧道貫通后實(shí)際偏差的測定與調(diào)整隧道貫通后實(shí)際偏差的測定與調(diào)整v8-8.8-8.陀螺經(jīng)緯儀陀螺經(jīng)緯儀第八章 地下工程施工測量 地下建筑物施工測量的內(nèi)容及其作用，隧道貫通誤差的要求及要求及橫向貫通誤差的統(tǒng)計(jì)分析，隧道地面控制測量誤

2、差對貫通誤差的影響，地面控制測量的布設(shè)方案，進(jìn)洞關(guān)系數(shù)據(jù)的推算，地下導(dǎo)線控制測量及其精度設(shè)計(jì)，地下水準(zhǔn)測量，隧道施工中的測量工作，隧道貫通時(shí)實(shí)際誤差和測定與調(diào)整。8-1.8-1.概述概述一、地下工程的有關(guān)基本知識(shí)按地下工程的用途和開挖地點(diǎn)的不同可分為：（1）地下隧道工程。（2）地下峒室工程。（3）地下礦山井巷工程。斜井豎井豎井平硐v具體的施工方法有：v（1）明挖法。v（2）鑿巖爆破法。v（3）盾構(gòu)法。v（4）頂管法。1.地下工程施工測量的內(nèi)容： 標(biāo)定出地下隧道等線性工程的開挖位置和設(shè)計(jì)中線的平面位置與高程，以指導(dǎo)隧道按設(shè)計(jì)正確開挖施工；標(biāo)定地下峒室的空間位置、形狀和大小，放樣隧道、峒室襯砌的位

3、置，保證按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖和支護(hù)襯砌；還要進(jìn)行地下工程結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)放樣，以及大型設(shè)備的安裝和調(diào)校測量等測量工作。二、地下工程施工測量的內(nèi)容和特點(diǎn) 為了完成地下工程施工測量任務(wù)，在地下工程施工前要進(jìn)行地面控制測量，在施工中進(jìn)行地下控制測量和施工測量，施工完成后需要進(jìn)行驗(yàn)收竣工測量，如果地下工程有通過豎井或斜井與地面相通時(shí)，還必須進(jìn)行豎井、斜井的聯(lián)系測量。2.地下工程施工測量的原則1.由整體到局部，2.先控制后碎步，3.由高級(jí)到低級(jí)3.地下工程施工測量的特點(diǎn)（1）井下控制只適合布設(shè)導(dǎo)線；（2）地下平面和高程控制不能預(yù)先一次全面布設(shè)；（3）地下測量的測點(diǎn)標(biāo)志一般布設(shè)在頂板上；（4）沒有參照物，出現(xiàn)錯(cuò)誤

4、難以發(fā)現(xiàn)，同時(shí)巷道的布設(shè)影響，點(diǎn)位誤差積累顯著；（5）施工照明、灰塵、噪聲、水文、施工運(yùn)輸機(jī)械等的影響的干擾影響測量工作的開展和測量精度。 1.貫通測量 是為加快施工速度，改善工作條件，在不同地點(diǎn)以兩個(gè)或兩個(gè)以上的工作面分段掘進(jìn)按設(shè)計(jì)彼此相同的同一井筒、巷道或隧道時(shí)所進(jìn)行的各種測量工作。 主要任務(wù)是確定并給出井筒或隧道在空間的位置和方向，并經(jīng)常檢查其正確性，以保證所掘井筒或隧道符合設(shè)計(jì)要求。三、貫通測量與貫通誤差為了保證貫通工程的質(zhì)量貫通工程應(yīng)遵循兩個(gè)原則：（1）貫通測量的總體測量方案和各個(gè)環(huán)節(jié)的策略方法應(yīng)保證隧道、巷道貫通所必需的測量精度；（2）對所完成的策略和計(jì)算工作都應(yīng)有客觀的檢查，確保

5、其正確無誤。地下工程貫通的情形：（1）兩個(gè)工作面間相向掘進(jìn)貫通，稱為相向貫通。（2）兩個(gè)工作面同向掘進(jìn)貫通，稱為同向貫通。（3）由一個(gè)工作面向另一個(gè)指定的地點(diǎn)掘進(jìn)貫通，叫做單向貫通。相向貫通同向貫通單向貫通 由于測量過程中不可避免地帶有誤差，因此隧道貫通總會(huì)出現(xiàn)貫通偏差。如果將貫通偏差控制在某一限值內(nèi)，使出現(xiàn)的貫通偏差不影響隧道的正常使用，則該限值稱為貫通允許偏差。 貫通允許偏差的大小一般是隨地下工程的性質(zhì)和用途而定。兩開挖洞口間的長度/km橫向貫通允許誤差/mm高程貫通允許誤差/mm44-88-1010-1313-1717-2010015020030040050050表8-1 鐵路隧道貫通允

6、許偏差貫通巷道名稱在貫通面上的允許偏差/mm在同一礦井中開掘傾斜巷道或水平巷道在兩礦井中開掘傾斜巷道或水平巷道在小斷面開挖的豎井井筒兩中線之間兩腰線之間300200500500200表8-2 煤礦巷道貫通允許偏差v貫通偏差可能發(fā)生在空間的3個(gè)方向上，即：v（1）沿隧道中心線的長度偏差；v（2）水平面內(nèi)垂直于隧道中心線方向的左右偏差；v（3）水平面內(nèi)垂直于隧道中心線方向的高程偏差。 貫通測量一般包括地面控制測量、地下控制測量和施工放樣測量。當(dāng)通過豎井或斜井進(jìn)行開挖時(shí)，還需要進(jìn)行豎井、斜井聯(lián)系測量。因此，影響隧道貫通誤差的主要因素有：地面控制測量誤差、地下控制測量誤差，當(dāng)通過豎井或斜井進(jìn)行開挖掘進(jìn)

7、時(shí)，還需考慮豎井或斜井的聯(lián)系測量誤差。8-2.地面控制測量 隧道開挖的地面控制測量應(yīng)在隧道開挖以前完成。 地面控制測量包括平面控制測量和高程控制測量，平面控制測量網(wǎng)應(yīng)根據(jù)隧道的長度和平面形狀以及線路通過地區(qū)的地形情況和施工方法進(jìn)行設(shè)計(jì)布設(shè)。 高程控制測量通常仍采用水準(zhǔn)測量方法，只有在斜井和地形陡峻的山區(qū)地段可考慮采用全站儀三角高程測量。一、地面控制網(wǎng)的布設(shè)v隧道工程控制測量的作用是保證隧道按設(shè)計(jì)規(guī)定的精度能夠正確貫通，并使地下各種建筑物按設(shè)計(jì)位置定位安裝。而地面控制測量的作用是提供洞口點(diǎn)的三維坐標(biāo)和進(jìn)洞開挖的方向，或者說用以確定洞口點(diǎn)、豎井的進(jìn)井點(diǎn)和方向照準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對位置，作為地下洞內(nèi)控制測

8、量的起始數(shù)據(jù)。 隧道施工控制網(wǎng)分為地面網(wǎng)和洞內(nèi)網(wǎng)。長隧道一般可近似作為直線型處理。洞外采用GPS平面控制網(wǎng)，在進(jìn)、出口線路中線上布設(shè)進(jìn)、出口點(diǎn)，進(jìn)、出口再布設(shè)3個(gè)定向點(diǎn)，進(jìn)、出口與相應(yīng)定向點(diǎn)之間應(yīng)通視。 應(yīng)注意的是，各洞口點(diǎn)、豎井的近井點(diǎn)要和定向點(diǎn)通視，以便于與洞外控制點(diǎn)聯(lián)測及向洞內(nèi)測設(shè)導(dǎo)線，洞口點(diǎn)的布設(shè)位置還應(yīng)便于施工中線的放樣。二、地面導(dǎo)線測量v全站儀導(dǎo)線已成為隧道貫通測量的地面平面控制測量的一種主要布網(wǎng)方式。它可以作為獨(dú)立的地面控制，也可以用來進(jìn)行GPS網(wǎng)點(diǎn)的加密，是坐標(biāo)和坐標(biāo)方位角傳遞的一種好的方式。v導(dǎo)線的布設(shè)形式有附和導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線、直伸形多環(huán)導(dǎo)線鎖和環(huán)形導(dǎo)線網(wǎng)。v導(dǎo)線或?qū)Ь€網(wǎng)應(yīng)盡

9、量沿著隧道的中線方向延伸布設(shè)，盡可能加大導(dǎo)線邊長，減少導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角，以減少測角誤差對橫向貫通偏差的影響。v如果地面有平峒、斜井和豎井與地下隧道相通時(shí)在這些洞口處應(yīng)設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)作為洞口點(diǎn)；對于曲線隧道，曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)以及曲線切線方向上的定向點(diǎn)都應(yīng)包括在導(dǎo)線或?qū)Ь€網(wǎng)中。三、GPS控制測量 當(dāng)用GPS控制網(wǎng)作為隧道工程首級(jí)控制網(wǎng)，且需采用其他測量方法進(jìn)行加密時(shí)，應(yīng)每隔5Km設(shè)置一對相互通視的GPS點(diǎn)，若將GPS首級(jí)控制網(wǎng)直接作為施工控制網(wǎng)，每個(gè)GPS點(diǎn)至少應(yīng)與一個(gè)相鄰點(diǎn)通視。 一、二級(jí)GPS控制網(wǎng)應(yīng)采用網(wǎng)連式、邊連式布網(wǎng)，三、四級(jí)GPS控制網(wǎng)宜采用點(diǎn)連式布網(wǎng)，即整個(gè)GPS網(wǎng)由若干個(gè)獨(dú)立的異步環(huán)構(gòu)成，網(wǎng)中

10、不應(yīng)出現(xiàn)自由基線，每個(gè)點(diǎn)上最好至少有3條獨(dú)立基線通過，每個(gè)點(diǎn)最好至少獨(dú)立設(shè)站觀測兩個(gè)時(shí)段。 GPS控制網(wǎng)應(yīng)同附近等級(jí)高的國家平面控制網(wǎng)聯(lián)測，聯(lián)測點(diǎn)數(shù)不少于3個(gè)。四、地面高程控制測量 高程控制測量的任務(wù)是在各洞口附近設(shè)立23個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，測量各開洞口的進(jìn)口點(diǎn)間的高差，由進(jìn)口點(diǎn)向洞內(nèi)或井下傳遞高程，建立洞內(nèi)或地下統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，以保證在貫通面上高程的正確貫通。 高程控制測量的方法，一般在平坦地區(qū)及丘陵地區(qū)用等級(jí)水準(zhǔn)測量，在山區(qū)采用全站儀三角高程測量。 進(jìn)行地面水準(zhǔn)測量時(shí)，利用線路定測水準(zhǔn)點(diǎn)的高程作為起始高程，沿水準(zhǔn)路線在每個(gè)洞口至少應(yīng)埋設(shè)兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)線路應(yīng)形成閉合環(huán)線，或者敷設(shè)兩條相互獨(dú)立的水準(zhǔn)線

11、路，由已知的起始水準(zhǔn)點(diǎn)從一端洞口測至另一端的洞口。8-3.8-3.地下控制測量地下控制測量v地下控制測量包括地下平面控制測量和地下高程控制測量。地下平面控制測量是隨著隧道向前開挖掘進(jìn)延伸而逐步布設(shè)導(dǎo)線的方式進(jìn)行，同地面導(dǎo)線測量一樣，仍然遵循高級(jí)控制低級(jí)的原則。地下高程控制測量方法有水準(zhǔn)測量和三角高程測量。一、地下導(dǎo)線測量n地下導(dǎo)線測量的任務(wù)是以必要的精度，建立地下工程平面控制測量系統(tǒng)。根據(jù)地下導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)可以放樣出隧道設(shè)計(jì)中線及其襯砌位置，從而指示隧道的掘進(jìn)方向及襯砌施工，地下構(gòu)筑物施工放樣和竣工測量。n地下導(dǎo)線的起始點(diǎn)通常設(shè)在平峒口、斜井口以及豎井的井底車場，通過地面控制測量和聯(lián)系測量測定地下

12、導(dǎo)線起始點(diǎn)的坐標(biāo)和起始邊的坐標(biāo)方位角。n地下導(dǎo)線布設(shè)等級(jí)和策略精度要求取決于地下工程的類型、用途、延伸的范圍大小、施工方法和設(shè)計(jì)提出的限差要求等。n地下導(dǎo)線一般采用分級(jí)布設(shè)，通常分施工導(dǎo)線、基本導(dǎo)線和主要導(dǎo)線3種。n一般施工導(dǎo)線的邊長為2050m，基本導(dǎo)線邊長為50100m，而主要導(dǎo)線的邊長為150800m。n地下導(dǎo)線常采用，全導(dǎo)線或交叉導(dǎo)線。二、地下高程控制測量n地下高程控制測量的任務(wù)是測定地下隧道中高程點(diǎn)的高程，建立一個(gè)與地面統(tǒng)一的地下高程控制系統(tǒng)，作為隧道掘進(jìn)中坡度的控制和豎直面內(nèi)施工放樣的依據(jù)。n地下高程控制測量可分為地下水準(zhǔn)測量和地下三角高程測量。n地下水準(zhǔn)測量的等級(jí)和使用儀器，主要

13、根據(jù)兩開挖洞口間洞外水準(zhǔn)路線的長度確定。8-4.8-4.聯(lián)系測量聯(lián)系測量n聯(lián)系測量聯(lián)系測量：為了保證地下工程按設(shè)計(jì)方向掘進(jìn)，保證各相向掘進(jìn)的工作面在預(yù)定地點(diǎn)能正確貫通，就必須將地面的平面坐標(biāo)系統(tǒng)合高程系統(tǒng)通過平峒、斜井及豎井傳遞到地下，這些傳遞工作稱為聯(lián)系測量。n聯(lián)系測量的任務(wù)聯(lián)系測量的任務(wù)：就是通過聯(lián)系測量使地下河地面測量有一個(gè)統(tǒng)一的平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)，同時(shí)也為地下測量提供坐標(biāo)、方位角和高程的起算數(shù)據(jù)。n通過平峒、斜井的聯(lián)系測量可由導(dǎo)線測量、水準(zhǔn)測量、三角高程測量由地面洞口直接聯(lián)測到地下完成。n豎井聯(lián)系測量分為平面聯(lián)系測量和高程聯(lián)系測量，其中傳遞坐標(biāo)和方位角的聯(lián)系測量稱為平面聯(lián)系測量，亦

14、稱為豎井的定向測量；傳遞高程的聯(lián)系測量稱為高程聯(lián)系測量，簡稱導(dǎo)入高程。n地下導(dǎo)線起算邊的坐標(biāo)方位角誤差將使地下導(dǎo)線各邊的方位角偏轉(zhuǎn)同一個(gè)誤差值，由此引起的導(dǎo)線各點(diǎn)的點(diǎn)位誤差將隨著導(dǎo)線伸長而增大。n設(shè)導(dǎo)線終點(diǎn)為K，起算邊的坐標(biāo)方位角誤差為m0，引起k點(diǎn)的位置中誤差為：n式中，R1為導(dǎo)線終點(diǎn)到起算點(diǎn)的直線距離。01KmmRn由此可見，對沿隧道布設(shè)的近似直伸形的導(dǎo)線，由豎井定向確定的導(dǎo)線起算邊坐標(biāo)方位角誤差對導(dǎo)線終點(diǎn)為的影響是很大的，豎井定向的坐標(biāo)傳遞誤差對導(dǎo)線各點(diǎn)位置的影響為一常數(shù)，他只使導(dǎo)線點(diǎn)位發(fā)生平移，其影響不隨導(dǎo)線的伸長而累積，它相對于坐標(biāo)方位角誤差的影響而言就非常小了。n因此說豎井聯(lián)系測量

15、確定地下導(dǎo)線起算邊方位角比確定起算點(diǎn)坐標(biāo)更重要，精度要求更高，故通常將豎井平面聯(lián)系測量簡稱豎井定向。n豎井定向方法可分為兩類：n第一類是從幾何原理出發(fā)的所謂幾何定向（包括一井定向、兩井定向）；n第二類是以物理特性為基礎(chǔ)的所謂陀螺經(jīng)緯儀定向。一、一井定向n一井定向一井定向：是在一個(gè)豎井內(nèi)懸掛兩根吊錘線，將地面點(diǎn)的坐標(biāo)和地面邊的坐標(biāo)方位角傳遞到井下的測量工作。n一井定向測量工作分為在井筒內(nèi)下放吊錘線投點(diǎn)和連接測量兩個(gè)部分。（一）投點(diǎn)和連接測量（一）投點(diǎn)和連接測量 通過豎井用吊錘線投點(diǎn)，通常用單穩(wěn)定投點(diǎn)法。 由地面向地下定向水平投點(diǎn)時(shí)，由于井筒內(nèi)氣流、滴水等影響，致使井下錘球線偏離地面上的位置，該線

16、量偏差稱為投點(diǎn)投點(diǎn)誤差誤差，由此而引起的錘球線連線的方向誤差，叫做投向誤差投向誤差。ec （二）內(nèi)業(yè)計(jì)算（二）內(nèi)業(yè)計(jì)算 內(nèi)業(yè)計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)對全部記錄進(jìn)行檢查。 連接三角形內(nèi)角和 ，若有微小的殘差是，課將其平均分配給 和 。sinsinsinsinacbc1802222coscababdcc計(jì)丈計(jì) 當(dāng)?shù)孛孢B接三角形中d2mm，地下連接三角形中d4mm時(shí)，可在丈量的邊長中分別加入下列改正數(shù)，以消除其差值 然后按D-C-A-B-C-D的順序，用一般導(dǎo)線計(jì)算方法計(jì)算各邊的坐標(biāo)方位角和各點(diǎn)的坐標(biāo)。333abcdddvvv ，（三）一井定向誤差分析（三）一井定向誤差分析分析上述誤差公式課得出如下結(jié)論：（1

17、）連接三角形最有利的形狀為銳角不大于2的延伸三角形。（2）在連接測量時(shí)，應(yīng)盡量使連接點(diǎn)C和C靠近最近的錘球線并精確的測量角度（3）兩錘球線間的距離c越大，則計(jì)算角的誤差越小。（4）在延伸三角形中，量邊誤差對定向精度的影響較小。三、兩井定向（一）兩井定向測量方法（一）兩井定向測量方法 當(dāng)兩相鄰豎井間開挖的隧道在地下已貫通，就具備條件采用兩井定向。 兩井定向兩井定向是在連個(gè)豎井內(nèi)各懸掛一根吊錘線，在地面和地下用導(dǎo)線將它們連接起來，從而把地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的平面坐標(biāo)和方向傳遞到地下。 兩井定向的外業(yè)測量也包括投點(diǎn)、地面和地下連接測量兩個(gè)部分工作。 與一井定向相比，兩井定向時(shí)每個(gè)豎井中只懸掛一根吊錘線，這

18、就使投點(diǎn)工作更為方便且縮短了占用井筒的時(shí)間，有條件時(shí)吊錘線可掛在靠近井壁的設(shè)備管道之間，使豎井能照常進(jìn)行生產(chǎn)。由于兩吊錘線間的距離大大增加了，從而使投向誤差顯著減少，有利于提高地下導(dǎo)線定向的精度。（二）兩井定向的內(nèi)業(yè)計(jì)算（二）兩井定向的內(nèi)業(yè)計(jì)算（1）根據(jù)地面連接測量的成果，按照導(dǎo)線的計(jì)算方法，計(jì)算出地面兩吊錘線的坐標(biāo)xA、xA、yB、yB。（2）計(jì)算兩吊錘線A、B連線在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)方位角和長度22arctanBAABBAABABAByyaxxcxy （3）因地下連接導(dǎo)線為無定向?qū)Ь€，為此，計(jì)算時(shí)先采用假定坐標(biāo)系。可計(jì)算出A、B連線在假定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)方位角和長度：2222arctana

19、rctan()()BABABBABABABABBByyyaxxxcxyxy （4）計(jì)算地下連接導(dǎo)線起始邊在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)方位角（5）根據(jù)A點(diǎn)的坐標(biāo)和計(jì)算出A1邊的坐標(biāo)方位角，計(jì)算地下連接導(dǎo)線各點(diǎn)在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)和坐標(biāo)方位角。1AABAB（三）兩井定向的誤差分析（三）兩井定向的誤差分析 兩井定向起始邊的方位角誤差來源于投點(diǎn)誤差、地面連接誤差及地下連接誤差。 地面連接誤差為：22222()ABxxmmmnmc 上 地下連接誤差主要是又地下測角誤差和量邊誤差所引起，因此 最后得到兩井定向的地下連接導(dǎo)線邊坐標(biāo)方位角中誤差的計(jì)算公式為：2222222211()()iiliinnliimmmm

20、ml下2222iiilmmmm 上四、高程聯(lián)系測量 為了使地面和地下建立統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，應(yīng)通過平峒、斜井和豎井將地面高程傳遞到地下隧道中，作為地下高程測量的起始高程，這項(xiàng)工作稱為高程聯(lián)系測量。 通過平峒、斜井的高程聯(lián)系測量可直接從地面用水準(zhǔn)測量或三角高程測量直接導(dǎo)入。 通過豎井導(dǎo)入高程的方法有長鋼尺法長鋼尺法、長鋼絲法長鋼絲法和光電測距儀鉛直測距法光電測距儀鉛直測距法。（一）長鋼尺法導(dǎo)入高程（一）長鋼尺法導(dǎo)入高程（二）鋼絲法導(dǎo)入高程（二）鋼絲法導(dǎo)入高程()BAHHmnbal()BAHHLab（三）光電測距儀導(dǎo)入高程（三）光電測距儀導(dǎo)入高程 光電測距儀導(dǎo)入高程的基本方法是：在井口附近的地面上安置

21、光電測距儀，在井口和井底的中部，分別安置反射鏡，經(jīng)商的反射鏡與水平面成45夾角，井下反射鏡處于水平狀態(tài)，通過光電測距儀分別測量出儀器中心至井上和井下反射鏡的距離l、s，從而計(jì)算出井上和井下反射中心間的鉛垂距離hhsll 然后，分別在井上和井下安置水準(zhǔn)儀，測量出井上反射鏡中心與地面水準(zhǔn)基點(diǎn)間的高差hAE和井下反射鏡中心與井下水準(zhǔn)基點(diǎn)間的高差hFB 最后可按下式計(jì)算出井下水準(zhǔn)基點(diǎn)B的高程HB。AEFBhaehfbBAAEFBHHhhh8-5.8-5.貫通測量誤差預(yù)計(jì)貫通測量誤差預(yù)計(jì) 貫通測量誤差預(yù)計(jì)貫通測量誤差預(yù)計(jì)是在貫通測量工程施工前根據(jù)所選定的測量方案、測量精度和測量方法預(yù)先估計(jì)貫通相遇點(diǎn)的誤

22、差。 如果估算出來的誤差大于貫通誤差在設(shè)計(jì)規(guī)定的容許偏差時(shí)，要對選定的測量方案和精度進(jìn)行調(diào)整，直到估算的貫通誤差在設(shè)計(jì)規(guī)定的容許偏差范圍內(nèi)，則按最終確定的測量方案、方法和測量精度進(jìn)行施測，以保證在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確貫通。一、貫通測量方案設(shè)計(jì)一、貫通測量方案設(shè)計(jì) 貫通測量包括平面測量平面測量和高程測量高程測量兩個(gè)部分。 貫通測量方案設(shè)計(jì)中，主要考慮貫通重要方向，即水平面內(nèi)垂直于貫通中心線的橫向貫通誤差在設(shè)計(jì)規(guī)定的容許范圍內(nèi)，以確保貫通質(zhì)量。因此，貫通誤差預(yù)計(jì)也是針對該橫向貫通誤差進(jìn)行估算。 一般來說，考慮地面測量條件要優(yōu)于地下，故對地面控制測量的精度要求可高一些，因此，將地面控制測量誤差對貫通的影響作

23、為一個(gè)獨(dú)立的因素，將地下兩端相向掘進(jìn)的隧道中導(dǎo)線測量的誤差對貫通的影響各作為一個(gè)獨(dú)立因素。設(shè)隧道設(shè)計(jì)的貫通橫向誤差的 ，根據(jù)測量中的等影響原則，則各獨(dú)立因素測量誤差的允許值為3q 如果隧道兩端都用豎井與地面連通，然后在地下相向貫通隧道，此時(shí)，在兩端豎井作聯(lián)系測量的誤差對貫通的影響也要各作為一個(gè)獨(dú)立的因素來考慮，同樣可得： 同理，假若是通過一個(gè)豎井和一個(gè)平峒口相向開挖貫通時(shí)，則5q 4q 對于直線隧道，量邊誤差對橫向貫通誤差的影響完全可以忽略不計(jì)。實(shí)際上，兩個(gè)洞口間的隧道一般都是直線形或半徑很大的曲線形這種形狀，因此，地面、地下導(dǎo)線有條件時(shí)應(yīng)盡量布設(shè)成等邊直伸形長邊導(dǎo)線，地下導(dǎo)線只要在洞內(nèi)具有長

24、邊通視條件，就可在基本導(dǎo)線基礎(chǔ)上布設(shè)由長邊組成的主要控制導(dǎo)線來指示長距離隧道的掘進(jìn)施工。 貫通測量方案設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)隧道的設(shè)計(jì)長度、走向、線路經(jīng)過地段的地形和地質(zhì)水文情況、設(shè)計(jì)的線路等級(jí)和用途、貫通點(diǎn)允許偏差以及測量誤差預(yù)計(jì)的結(jié)果，參考針對鐵路、交通、城市、礦山等制定的相關(guān)測量規(guī)程，選定所采用的測量等級(jí)、精度要求和有關(guān)技術(shù)指標(biāo)，必要時(shí)還通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確定符合工程設(shè)計(jì)要求、保證貫通質(zhì)量的貫通測量方案。二、平面貫通測量誤差預(yù)計(jì)方法（一）地面平面控制測量對橫向貫通誤差影一）地面平面控制測量對橫向貫通誤差影響值的估算方法響值的估算方法 地面控制測量對橫向貫通誤差的影響主要是由進(jìn)、出口的洞口點(diǎn)坐標(biāo)誤

25、差和定向邊的坐標(biāo)方位角所引起，因此，無論地面采用何種平面控制測量方式，誤差估計(jì)誤差估計(jì)就是計(jì)算兩端洞口點(diǎn)的坐標(biāo)誤差和定向邊的坐標(biāo)方位角誤差對橫向貫通誤差的影響值。 按方向間接平差中，用求平差未知數(shù)函數(shù)精度的方法估算橫向貫通誤差的嚴(yán)密估算方法。設(shè)未知數(shù)的函數(shù)和其線性化的權(quán)函數(shù)式為 由誤差傳播定律，貫通點(diǎn)的橫向偏差的權(quán)倒數(shù)為()FF XdFf d x，1xxFf Q fP 求得權(quán)倒數(shù) 后，可按下式計(jì)算未知數(shù)函數(shù)的中誤差 式中， 為設(shè)計(jì)的方向觀測中誤差。1FP1dqFmmP dm 橫向貫通誤差與洞口控制點(diǎn)和定向點(diǎn)的位置和精度有關(guān)，選擇不同的定向點(diǎn)，其橫向貫通誤差則不同。（二）地下控制測量誤差對橫向貫

26、通誤差影（二）地下控制測量誤差對橫向貫通誤差影響的估算方法響的估算方法 地下平面控制測量一般采用敷設(shè)導(dǎo)線的方法進(jìn)行。對于長距離貫通隧道，地下導(dǎo)線布設(shè)成多邊形閉合導(dǎo)線或主副導(dǎo)線環(huán)，采用嚴(yán)密平差方法進(jìn)行平差計(jì)算時(shí)，橫向貫通誤差估算同地面控制測量對橫向貫通誤差影響值的估算方法一樣，用嚴(yán)密估算方法進(jìn)行估算。 對于短的隧道和礦山巷道的貫通，地下平面控制測量采用復(fù)測支導(dǎo)線形式時(shí)，可用下式進(jìn)行橫向貫通誤差近似估算：22222()FllqyyxymmmmmRdl 下下下下下下（）（三）豎井聯(lián)系測量誤差對橫向貫通誤差影（三）豎井聯(lián)系測量誤差對橫向貫通誤差影響的估算方法響的估算方法 如果有通過豎井聯(lián)系測量，由地面

27、向地下傳遞坐標(biāo)方位角和坐標(biāo)的情況時(shí)， 那么總的橫向貫通中誤差為：0kkmmR222qqkmmmm 下上 如果各項(xiàng)測量工作均獨(dú)立進(jìn)行兩次，兩次測量結(jié)果的較差符合規(guī)程規(guī)定的限差要求時(shí)，取兩次測量結(jié)果的平均值作為最終觀測值進(jìn)行計(jì)算，這時(shí)估算的橫向貫通中誤差應(yīng)為： 一般用兩倍中誤差作為貫通預(yù)計(jì)誤差，用 表示，則 貫通預(yù)計(jì)誤差與貫通允許偏差 比較，若 ，則所選用的平面貫通測量方案和方法是可行的，能保證貫通質(zhì)量。2mM M預(yù)2MM預(yù)M允MM預(yù)允三、高程貫通測量誤差預(yù)計(jì)方法 地面和地下高程控制測量主要是采用水準(zhǔn)測量方法。水準(zhǔn)測量誤差對隧道高程貫通誤差的影響，可用下式計(jì)算 L為洞內(nèi)外高程線路總長，km； 為每

28、千米高差中數(shù)的偶然中誤差。hmmLm 同平面控制測量一樣，若高程測量工作獨(dú)立進(jìn)行兩次，取平均值作為最終觀測值進(jìn)行計(jì)算，用2倍中誤差作為貫通預(yù)計(jì)誤差，那么預(yù)計(jì)的高程貫通誤差為 而且要求22hhmM預(yù)hhMM預(yù)允 需要指出的是，若采用光電測距三角高程測量時(shí)，L取導(dǎo)線的長度。若洞內(nèi)外高程控制測量精度不相同時(shí)，則應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算。如果有通過豎井由地面往地下導(dǎo)入高程時(shí)，還應(yīng)考慮豎井導(dǎo)入高程誤差對高程貫通誤差的影響。8-6.8-6.地下工程施工測量與竣工測量地下工程施工測量與竣工測量 地下工程施工測量的主要任務(wù)主要任務(wù)是洞口開挖位置及其附近地段施工中線放樣，在施工過程中指示平面和豎直面內(nèi)的開挖掘進(jìn)方向，定期

29、測量檢查掘進(jìn)工程進(jìn)度及計(jì)算所完成的土石方量，及時(shí)將已掘成的隧道、峒室位置測繪到平面圖上。地下工程竣工后，還要進(jìn)行竣工測量。一、洞口開挖位置和進(jìn)洞方向的標(biāo)定一、洞口開挖位置和進(jìn)洞方向的標(biāo)定 地下工程開始施工時(shí)，首先首先要在地面標(biāo)定平峒口、斜井口、豎井口的開挖位置和進(jìn)洞方向，以指導(dǎo)開挖施工。標(biāo)定時(shí)先要檢查和熟悉設(shè)計(jì)圖紙，弄清地面控制測量布設(shè)的洞口點(diǎn)和附近控制點(diǎn)與設(shè)計(jì)的中線點(diǎn)及中線方向的幾何位置關(guān)系，同時(shí)核對地面平面控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)的測量坐標(biāo)值和高程值，檢查核對設(shè)計(jì)圖上的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所用的測量數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確無誤。 然后然后根據(jù)地面控制測量所得的洞口點(diǎn)坐標(biāo)和它與其他控制點(diǎn)的連線方向，以及設(shè)計(jì)的隧道

30、開挖點(diǎn)和中線方向，用坐標(biāo)反算公式計(jì)算出所需的標(biāo)定數(shù)據(jù)，用全站儀極坐標(biāo)法標(biāo)定洞口開挖位置和進(jìn)洞方向，同時(shí)根據(jù)洞口所設(shè)高程控制點(diǎn)的高程值，確定洞口開挖點(diǎn)在豎直面內(nèi)的高程位置。二、隧道掘進(jìn)時(shí)的測量工作二、隧道掘進(jìn)時(shí)的測量工作（一）平面掘進(jìn)方向的標(biāo)定（一）平面掘進(jìn)方向的標(biāo)定 隧道的掘進(jìn)施工方法有全斷面開挖法和開挖導(dǎo)坑法，根據(jù)施工方法和施工程序的不同，給定掘進(jìn)方向的方法有中線法和瞄線法兩種。（二）豎直面內(nèi)掘進(jìn)方向的標(biāo)定（二）豎直面內(nèi)掘進(jìn)方向的標(biāo)定 為了指示隧道在豎直面內(nèi)的掘進(jìn)坡度，而在隧道壁上給出的一條基準(zhǔn)線稱為腰線。 腰線可成組設(shè)置，每組不得少于3個(gè)點(diǎn)，各相鄰點(diǎn)的間距應(yīng)大于2m；也可每隔3040m設(shè)置

31、1個(gè)，在隧道兩壁上用紅油漆畫出腰線，腰線距底板或軌面的高度應(yīng)為某一固定值。（三）開挖斷面測量（三）開挖斷面測量 在隧道施工過程中，為了隨時(shí)掌握所完成的土石方工程量，檢查隧道開挖斷面是否合乎設(shè)計(jì)要求，測量人員還需要隨時(shí)測定隧道的斷面，以便開挖人員及時(shí)對斷面進(jìn)行修補(bǔ)。 隧道開挖斷面形狀的測定，傳統(tǒng)的方法是采用斷面支距法。斷面支距法。（四）隧道內(nèi)各部位結(jié)構(gòu)物的放樣（四）隧道內(nèi)各部位結(jié)構(gòu)物的放樣 隧道內(nèi)各部位的襯砌和結(jié)構(gòu)物施工，都是根據(jù)線路中線、起拱線和軌頂高程，按照斷面的設(shè)計(jì)尺寸和各結(jié)構(gòu)物的平面設(shè)計(jì)位置和高程進(jìn)行的。因此在施工前，必須檢查復(fù)核要利用的中線點(diǎn)的平面位置和高程，檢查要用的水準(zhǔn)點(diǎn)高程以及設(shè)

32、立的軌頂高程標(biāo)志，確認(rèn)無誤后才能用來進(jìn)行施工放樣。三、隧道竣工測量 隧道竣工后，為檢查主要結(jié)構(gòu)物及線路位置是否符合設(shè)計(jì)要求，并測繪竣工圖，應(yīng)進(jìn)行竣工測量。 該項(xiàng)工作包括隧道凈空斷面測量、永久中線點(diǎn)及水準(zhǔn)點(diǎn)的測設(shè)。 隧道凈空斷面測量時(shí)，應(yīng)在直線地段每50m，曲線地段每20m或需要加測斷面處測繪隧道的實(shí)際凈空。測量時(shí)均以線路中線為準(zhǔn)，包括測量隧道的拱頂高程、起拱線寬度、軌頂水平寬度、鋪底或仰拱高程。n隧道竣工測量后，應(yīng)對隧道的永久性中線點(diǎn)用混凝土包埋金屬標(biāo)志。在采用地下導(dǎo)線測量的隧道內(nèi)，可利用原有中線點(diǎn)貨根據(jù)調(diào)整后的線路中心點(diǎn)埋設(shè)。直線上的永久性中線點(diǎn)，曲線上應(yīng)在緩和曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)各埋設(shè)一個(gè)，在

33、曲線中部，可根據(jù)通視條件適當(dāng)?shù)脑黾?。n在隧道邊墻上要畫出永久性中線點(diǎn)的標(biāo)志。洞內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)每千米埋設(shè)一個(gè)，并在邊墻上畫出標(biāo)記。8-7.8-7.隧道貫通后實(shí)際偏差的測定隧道貫通后實(shí)際偏差的測定與調(diào)整與調(diào)整n隧道貫通后實(shí)際偏差的測定是一項(xiàng)重要的工作，貫通后要及時(shí)地測定實(shí)際的橫向和豎向貫通偏差，以對貫通結(jié)果作出最后評(píng)定，驗(yàn)證貫通誤差預(yù)計(jì)的正確程度，總結(jié)貫通測量方法和經(jīng)驗(yàn)。n若貫通偏差在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)，則認(rèn)為貫通測量工作成功地達(dá)到了預(yù)期目的，若存在著貫通偏差，將影響隧道斷面的修整、擴(kuò)大和軌道鋪設(shè)工作的進(jìn)行。因此，應(yīng)該采用適當(dāng)方法對貫通后的偏差進(jìn)行調(diào)整。一、水平面內(nèi)橫向貫通偏差的測定（一）中線法（一）中

34、線法 隧道貫通后，用經(jīng)緯儀將兩端隧道的中線延伸到貫通面上，量出兩中線間的距離d，其大小即為貫通隧道在水平面內(nèi)垂直于中線方向的橫向?qū)嶋H貫通偏差。（二）連測法（二）連測法 用經(jīng)緯儀將貫通隧道兩端的中線點(diǎn)連測，使其閉合，同時(shí)丈量某一端中線點(diǎn)到貫通相遇點(diǎn)的距離l，根據(jù)貫通中線方向的偏角 ，可計(jì)算出貫通點(diǎn)在垂直于隧道中線方向的橫向貫通偏差。二、豎直內(nèi)高程貫通偏差的測定 用水準(zhǔn)儀測出或直接量出貫通接合面上兩端腰線點(diǎn)的高差，即為豎直面內(nèi)高程貫通實(shí)際偏差。 用水準(zhǔn)儀連測兩端隧道中的已知高程點(diǎn)，其高程閉合差即為貫通點(diǎn)在豎直面內(nèi)的貫通實(shí)際偏差。三、貫通偏差的調(diào)整n測定貫通隧道的實(shí)際偏差后，須對中線和腰線進(jìn)行調(diào)整。

35、n（一）中線的調(diào)整（一）中線的調(diào)整n隧道貫通后，如果實(shí)際偏差在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)，可用貫通相遇點(diǎn)一端的的中線點(diǎn)與另一端的中線點(diǎn)的連線代替原來的中線，作為襯砌和鋪軌的依據(jù)。而且應(yīng)該盡量在隧道未襯砌地段內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，不牽動(dòng)已襯砌地段的中線。n當(dāng)貫通面位于曲線上時(shí)，可將貫通面兩端各一中線點(diǎn)和曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)用導(dǎo)線連測得出其坐標(biāo)，再用這些坐標(biāo)計(jì)算交點(diǎn)坐標(biāo)和轉(zhuǎn)角 ，然后在隧道內(nèi)重新放樣曲線。n（二）腰線的調(diào)整（二）腰線的調(diào)整n實(shí)際測得隧道兩端腰線點(diǎn)的高差后，可按實(shí)測高差和距離算出坡度。n在水平隧道中，如果算出的坡度與原設(shè)計(jì)坡度相差在允許范圍內(nèi)，則按實(shí)際算出的坡度調(diào)整腰線；如果坡度相差超過規(guī)定的允許范圍時(shí)，則

36、應(yīng)延長調(diào)整坡度的距離，直到調(diào)整后的坡度與設(shè)計(jì)坡度相差在允許范圍內(nèi)為止。8-8.8-8.陀螺經(jīng)緯儀陀螺經(jīng)緯儀n將陀螺特性與地球自轉(zhuǎn)有機(jī)結(jié)合構(gòu)成的陀螺儀能夠自動(dòng)尋找真北方向，把這樣的陀螺儀安置在經(jīng)緯儀上，組成的陀螺儀便可以測定真北方向在經(jīng)緯儀水平度盤的讀數(shù)N，從而可求出任一方向的真方位角。這一工作稱為陀螺經(jīng)緯儀定向觀測。一、陀螺經(jīng)緯儀的基本用途與類型劃分n依儀器結(jié)構(gòu)可將陀螺經(jīng)緯儀劃分為下架懸掛式和上架懸掛式兩種類型。n下架懸掛式陀螺經(jīng)緯儀是利用金屬懸掛把陀螺房懸掛在經(jīng)緯儀空心軸下，懸掛帶上端與經(jīng)緯儀的殼體相固連，采用導(dǎo)流絲直接供電，附有攜帶式蓄電池組合晶體變流器。n上架式陀螺經(jīng)緯儀是用金屬絲懸掛帶

37、把陀螺轉(zhuǎn)子懸掛在靈敏部的頂端，靈敏部可穩(wěn)定地連接在經(jīng)緯儀橫軸頂端的金屬橋形支架上，不用時(shí)可取下，也就是說，靈敏部實(shí)際上相當(dāng)于經(jīng)緯儀的一個(gè)附件。二、上架式陀螺經(jīng)緯儀的結(jié)構(gòu)組成 一套完整的上架式陀螺經(jīng)緯儀由經(jīng)緯儀、陀螺儀、經(jīng)緯儀與陀螺儀連接裝置以及電源箱等四部分構(gòu)成。 經(jīng)緯儀與普通測量中所使用的完成一樣，只是需在其上部安裝一個(gè)專用的橋形支架，以用于陀螺儀的安置。n一般來說，上架式陀螺儀的結(jié)構(gòu)均可劃分為靈敏部、光學(xué)觀測系統(tǒng)、鎖緊限幅機(jī)構(gòu)以及機(jī)體外殼等四部分。n（一）靈敏部（一）靈敏部n靈敏部為陀螺儀的核心部分，其作用是利用高速旋轉(zhuǎn)的陀螺尋找子午面，它包括懸掛帶、導(dǎo)流絲、陀螺馬達(dá)、陀螺房及反光鏡等部件

38、。n（二）光學(xué)觀測系統(tǒng)（二）光學(xué)觀測系統(tǒng)n在光源照射下，光標(biāo)線經(jīng)反光棱鏡、反光鏡反射后，通過物鏡成像在目鏡分劃板上。由于光線反射的具體情況，我們在目鏡看到的光標(biāo)線影像的擺動(dòng)方向與陀螺軸的實(shí)際擺動(dòng)方向正好相反，所以，分劃板的刻劃為左“+”右“-”。n（三）鎖緊限幅機(jī)構(gòu)（三）鎖緊限幅機(jī)構(gòu)n轉(zhuǎn)動(dòng)儀器外部的手輪，通過凸輪帶動(dòng)鎖緊限幅機(jī)構(gòu)的升降，可使陀螺靈敏部拖起或下放。n該機(jī)構(gòu)的作用一是拖放、一是限幅。拖起靈敏部的目的是保護(hù)懸掛帶不受折損，因此要求陀螺經(jīng)緯儀在搬運(yùn)途中，或者在啟動(dòng)以及制動(dòng)過程中，靈敏部必須處于拖起狀態(tài)。靈敏部下放的快慢直接影響著陀螺擺幅的大小，從而可實(shí)現(xiàn)限幅的功能。n另外，該部分還配有

39、減震、阻尼裝置。n（四）機(jī)體外殼（四）機(jī)體外殼n機(jī)體外殼由陀螺支柱、套筒、防磁層、即電纜插頭等組成。n機(jī)體外殼要有一定的隔熱、防磁作用。8-9.8-9.陀螺經(jīng)緯儀定向作業(yè)過程陀螺經(jīng)緯儀定向作業(yè)過程n應(yīng)用陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定向的操作過程課概括為以下幾個(gè)步驟：n（1）在已知方位邊上測定儀器常數(shù)n（2）在待定邊上測定陀螺方位角n（3）在已知方位邊上重新測定儀器常數(shù)n（4）計(jì)算測線的坐標(biāo)方位角。n陀螺儀在生產(chǎn)中使用的名詞：n陀螺北：指陀螺軸在零刻劃線跟蹤狀態(tài)下白的的平衡位置，對應(yīng)的水平度盤讀數(shù)M稱為陀螺北方向值，顯然M的確定是陀螺經(jīng)緯儀定向的主要工作。n陀螺方位角n地理方位角n坐標(biāo)方位角一、零位觀測n零位

40、是陀螺馬達(dá)未啟動(dòng)時(shí)靈敏部自由擺動(dòng)的平衡位置。靈敏部自由擺動(dòng)的規(guī)律也是阻尼簡諧運(yùn)動(dòng)。零點(diǎn)觀測即對靈敏部自由擺動(dòng)過程的觀測，其目的是將觀測值代入n求出零位 ，從而求出零位對真北方向的影響即零位改正 。()002sin()t tkDDDettT n零位觀測的過程是，在陀螺轉(zhuǎn)子部轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下，首先松開鎖緊裝置，緩慢放下靈敏部，然后觀察目鏡視場中光標(biāo)線相對于分劃板的擺動(dòng)情況，可利用限幅機(jī)構(gòu)使光標(biāo)線的運(yùn)動(dòng)在目鏡視場范圍內(nèi)。n靈敏部的擺動(dòng)完全由光標(biāo)線的擺動(dòng)來反映，因此我們可以對光標(biāo)線擺動(dòng)的進(jìn)行觀測。二、精密定向n精密定向的目的是得到真北方向N,或陀螺北方向M,計(jì)算公式為n這是陀螺經(jīng)緯儀定向觀測的主要工作。n

41、精密定向前需要進(jìn)行粗略定向，也就是使望遠(yuǎn)鏡近似指北。gNMC n在靈敏部拖起狀態(tài)下，啟動(dòng)陀螺馬達(dá)，當(dāng)其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，緩慢而均勻地下放靈敏部。光標(biāo)線開始晃動(dòng)表明靈敏部處于半脫狀態(tài)，稍停幾秒，待光標(biāo)線穩(wěn)定，再慢慢下放，直至靈敏部全脫。n若發(fā)現(xiàn)光標(biāo)線晃動(dòng)或擺動(dòng)很快，則需使靈敏部返回半脫，重新慢慢下放，直至滿足要求。，此時(shí)，就可以通過對光標(biāo)線的觀測來研究陀螺軸的擺動(dòng)規(guī)律。n逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法和中天法中天法是精密定向的經(jīng)典方法。三、粗略定向n進(jìn)行陀螺經(jīng)緯儀精密定向的前提之一是望遠(yuǎn)鏡近似指北，即粗略定向。n粗略定向可利用羅盤儀，一般用陀螺經(jīng)緯儀。n（一）兩逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法（一）兩逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法n（二）四分之一周期法（二）四分之一周期法四、儀器常數(shù)測定n在已知方位角的邊上進(jìn)行陀螺經(jīng)緯儀定向觀測，即可反求儀器的常數(shù)。