地下工程测量课件.ppt

1、地下通道工程：隧道、地铁工程等地下建（构）筑物：人防工程、地下厂房、仓库、商场地下工程地下车场、机场等地下采矿工程：地下矿山的井巷工程等明挖法矿山法地下工程施工方法盾构法顶管施工法不同的方法，对测量的要求也有所不同地面控制测量地下控制测量地面与地下的联系测量施工测量及隧道贯通测量竣工测量及变形测量等 是标定地下工程建（构）筑物中心线的平面位置和高程，为开挖、衬砌、施工、设备安装指定方向和位置；特别是要保证两个相向开挖面的正确掘进和贯通,即保证所有建（构）筑物在贯通前能正确地施工修建，贯通后能按设计的几何位置正确对接，保证地下工程的施工质量和工程的安全，为设计、施工、管理提供所需要的各种测绘资料

2、。地下工程的测量空间狭窄、黑暗、潮湿，烟尘、滴水、人员和机械干扰大，测量条件差。地下工程的隧道或巷道采用独立掘进方式，随施工逐渐延伸，施工面狭窄，只能前后通视，洞内控制测量只适合布设导线，一般先布设低等级的短边导线，指示隧道或巷道的掘进，再布设高等级的长边导线，进行检核和控制。由于掘进过程较长，洞内导线的重复测量较多，这样可提高测量的精度和可靠性。洞内点位埋设受到环境限制，测站点一般设在两边地面或墙上，有的还设在顶部，测量时需进行点下对中，对于曲线巷道和隧道来说，导线边较短，且相邻导线边的边长相差较大，加上测量条件差，精度和可靠性都受到影响。地下工程测量，往往需要采用一些特殊的仪器和方法，如仪

3、器加防爆装置，采用陀螺经纬仪进行地上地下的方向传递和控制地下导线测角误差的积累，在竖井中采用多种联系测量方法等。1.隧道贯通误差及分类 贯通误差：在隧道工程中，两个相向掘进工作面在设计的位置对接连通的过程称为贯通，由于误差的影响，隧道的设计中线在贯通面上会出现偏差，该偏差称隧道的贯通误差 1200050lLmm纵向贯通误差隧道贯通误差的分类 横向贯通误差高程贯通误差“工程测量规范”中的隧道贯通误差限差 表13-1 隧道工程的贯通误差限差4L 48L810L类别类别 两开挖洞口间长度（两开挖洞口间长度（kmkm）贯通误差限差（贯通误差限差（mmmm）横向横向100100150150200200高

4、程高程不限不限7070两开挖洞口间的长度(km)448810101313171720横向贯通限差（mm）100150200300400500高程贯通限差（mm）50表13-2 隧道工程的贯通误差限差“铁路测量技术规则”中的隧道贯通误差限差 1.洞外控制测量误差主要来源洞内控制测量误差联系测量误差 2.误差分配的三个原则 等影响原则 按比例分配原则：洞外平面控制网的误差可以分配得小一些。忽略不计原则：如施工放样误差引起贯通误差可以忽略不计 123222123123(1),2120.583qqqqqqqMMmmmMmmmmmmmMmM 设隧道总的横向贯通中误差的允许值为一般取 倍中误差作为贯通误差

5、的限差：设地面控制测量误差引起的横向贯通中误差为地下控制测量误差引起的横向贯通中误差为、独立影响：则：设：则：45(2)0.455(3)0.54qqqqqqmmMmMMmM 当通过两个竖井联系时设竖井联系测量误差而引起的横向贯通误差为、则：当通过这一个竖井联系时则12(4).0.712hhhhhhMmmMmM 设隧道总的高程贯通中误差的允许值地面设地下则可得：(5).20.82qqkMMmnn 若隧道有几个贯通面时则每个贯通面上的横向贯通误差的允许值为：4L 48L810L表13-3 隧道控制测量对贯通中误差的影响值的限值两开挖洞口间的长度（km）横向贯通中误差（mm）高程贯通中误差（mm）洞

6、外控制测量洞内控制测量竖井联系测量洞外洞内无竖井有竖井25453525252535655535508570502222lqxymmmRdl mlm2xR2yd1.导线法是一种近似估算方法。过去用地面三角形网、导线网作洞外平面控制时，选择最靠近隧道中线的一条线路(如图中的J-1-2-3-4-C)作为导线，用下述导线公式估算对横向贯通误差的影响值：式中为测角中误差，以秒计，为最弱边相对中误差，为导线点至贯通面垂直距离的平方和，为导线边在贯通面上投影长度的平方和。图13-2贯通误差影响值计算示意图2222lqxymmmRdl 22221.53qn s mnm1.导线公式法 洞内导线横向贯通误差影响值

7、按导线公式（13-2）估算，导线公式是按支导线推导的，实际工作中，多布设为环形或网形，平差后测角、测边精度都会提高，故按导线公式估算的值偏于安全。2.简化公式法对于直线隧道，设洞内布设等边直伸导线，洞内导线测角误差引起横向贯通误差可近似表示为以下简化公式：GPS网测量误差所引起隧道贯通误差，可以采用两种方法估算。1、最弱点误差法。对GPS网作一点一方向的最小约束平差，一般以洞口点为已知点，垂直于贯通面的轴线方向为X轴方向，由此可推求得洞口点到另一洞口点的方位角，将其作为已知方位角。GPS网平差后，可将最弱点Y坐标中误差作为GPS网测量误差的横向贯通误差影响值。2、权函数法。与洞外地面边角网相似

8、，可将GPS网视为边角全测的网或全测边和方位角的网。按前面地面边角网间接平差求未知数函数精度的方法，可估算横向贯通误差影响值。只要给出进、出口点及其定向点的近似坐标、贯通点的设计坐标以及贯通面的方位角等信息，即可通过模拟GPS网的观测值和平差计算得到横向贯通误差影响值。高程测量误差对高程贯通误差的影响，可按下式计算：hmmL式中，为洞外（或洞内）水准线路总长，以公里计，为每公里高差中数偶然中误差，对于一、二、三等水准测量，分别为1mm/km，2mm/km和3mm/km。地下工程的地面与地下控制测量包括平面和高程控制两部分，一般都是分开进行。三角网和导线网平面控制测量地面控制测量高GPS网水程控

9、制测量三角高程测量准测量平面控制测量（导线网）地下控制测量高程控制测量（水准测量）13.3.1.1地面平面控制测量1.现场标定法、图133 现场标定法示意图 隧道地面平面控制的方法主要有以下三种，即现场标定法、地面边角网法和GPS网法，分述如下。长度较短且呈直线状态的隧道，可采用现场标定法图133 现场标定法示意图 在GPS定位技术应用之前，基本是采用地面边角测量技术建立隧道地面平面控制网。如图13-4 是一个典型的隧道地面边角网图 为宜一般定向边不宜过短大洞口点间的高差不宜过三个平面控制点每个洞口附近布不少于选点布网时mmcba500300,.随着GPS技术的广泛应用，对于隧道工程的洞外平面

10、控制测量来说，它与地面边角测量技术相比，有无与伦比的优点。选点布设应满足下述基本要求：点位稳定，交通方便，便于保存和使用，高度角15以上的顶空障碍较少，远离高压电线或强电磁波辐射源，远离大面积水面或平坦光滑地面等，。应在隧道各开挖洞口附近布设不少于四个点的洞口点群（含洞口投点）洞口点应便于用地面测量方法检测、加密或恢复；洞口投点与定向点间应相互通视，距离不宜小于300米，高差不宜过大。隧道GPS平面控制网宜采用网联式布设，整个GPS网由若干个独立异步环构成，每个点至少有三条独立基线通过，至少独立设站观测两个时段。隧道洞外GPS 平面控制网布设示意图 地面高程控制测量的任务是在各洞口附近设立23

11、个水准基点，作为向洞内或井下传递高程的依据。一般在平坦地区用等级水准测量，在丘陵及山区可考虑采用测距三角高程测量。应以线路定测水准点的高程作为起始高程，水准线路应形成闭合环线，或敷设两条相互独立的水准线路。对于矿山工程，水准基点的精度应达到国家四等高程控制点的要求，对于大型隧道工程，水准测量等级应根据两洞口间水准线路长度确定。13.3.2.1 地下导线测量 洞内平面控制网宜采用导线形式，地下导线的等级取决于地下工程的用途、类型、范围大小及设计所需的精度等。可采用为支导线、全导线网、交叉双导线网 等形式。洞内导线网地下导线的主要特点：不能一次布设，而是随隧道（或巷道）的开挖而分级布设，并逐渐向前

12、延伸。导线的形状完全取决于隧道的形状。一般先敷设边长较短、精度较低的施工导线，指示隧道（或巷道）的掘进；再布设高等级长边导线，进行检核，提高精度和可靠性，保证隧道（或巷道）的正确贯通。地下导线的分级布设通常分施工导线、基本导线和主要导线。施工导线的边长为2550m，基本导线边长为50100m，主要导线的边长为150800m。当隧道（或巷道）开始掘进时，首先布设施工导线给出坑道的中线，指示掘进方向。当掘进300500m时，布设基本导线，检查已敷设的施工导线是否正确，高等级导线的起点、部分中间点和终点应与低等级导线点重合。隧道（或巷道）继续向前掘进时，应以高等级导线为基准，向前敷设低等级导线和放样

13、中线。地下导线的分级布设 边长要近似相等，应避免长短边相接；导线点应尽量布设在施工干扰小、通视好且稳固的地方；视线与坑道边的距离应大于0.2m；有平行导坑时，平行导坑的单导线应与正洞导线联测；在进行导线延伸测量时，应对以前的导线点作检核测量，在直线地段，只作角度检测，在曲线地段，要同时作边长检核；在短边进行角度测量时，应尽可能减小仪器和目标的对中误差影响；当测距时，应注意镜头和棱镜不要有水雾，当洞内水汽、粉尘浓度较大时，应停止测距；洞内有瓦斯时，应采用防暴全站仪；对于螺旋形巷道，因不能形成长边导线，每次向前延伸时，都应从洞外复测，在导线点无明显位移时，取点位的均值。在地下导线中加测一定数量导线

14、边的陀螺方位角，可以限制测角误差的积累，提高导线点位的横向精度。如下图所示，地下导线有n条边，平均边长为S，在不加测陀螺方位角时，导线终点n的横向误差估计公式为：222222(1)(21)()6qmmn nnmnss当在导线上均匀地加测了 个陀螺方位角时，则产生k条方位角附合导线。导线终点的横向误差估算公式（推导从略）如下：22222222222222212121641216 qikkwmk kkmsik wnikniknikmmsniks2qm2qm 高程测量线路一般与地下导线测量的线路相同。在坑道贯通之前，高程测量线路均为支线，因此需要往返观测及多次观测进行检核。通常利用地下导线点作为高程

15、点。高程点可埋设在顶板、底板或边墙上。在施工过程中，为满足施工放样的需要，一般是用低等级高程测量给出坑道在竖直面内的掘进方向，然后再进行高等级的高程测量进行检测。每组永久高程点应设置3个，永久高程点的间距一般以300500米为宜。洞内高程控制测量采用洞内水准测量，应以洞口水准点的高程作为起始依据，通过水平坑道、斜井或竖井等将高程传递到地下，然后测定洞内各水准点的高程，作为施工放样的依据。1.联系测量的任务 将地面控制网的坐标、方向及高程传递到地下去，是使地面与地下有统一的坐标系统和高程系统 竖井联系测量：地面控制网中的坐标、方向及高程，经由竖井传递到地下去的工作竖井高程传递横洞或斜井传递一井联

16、系测量几何定向 二井定向测量经横洞或斜井定向物理定向：陀螺经纬仪定向 通过一个竖井定向，井筒内挂两条吊锤线，在地面上根据控制点测定两吊锤线的坐标x、y，以及连线的方向角，在井下，根据投影点的坐标及连线的方向角，确定地下导线的起算坐标及方向角1、一井定向的原理与作业由地面用吊锤线向隧道内投点地面与地下控制点与吊锤的连接测量一井定向示意图 1211111=0.10.8seaA O Oabcabcm mmm m吊 锤 线：吊 锤 和 钢 丝 都 与 井 深 有 关 系 投 点激 光 铅 直 仪 投 点投 向 误 差：连 接 测 量：称 为 联 系 三 角 形地 面 观 测、，丈 量、井 下 观 测、

17、，丈 量、边 长 丈 量 的 误 差：估 读（往 返 丈 量 四 次）图139 用连接三角形法进行井上下连接测量示意图111122222222222222222222222222222213-9180sinsincostancostancosCDABCDABbacanmmmmmmbammbmmbaammmcmcaa 由图可知，则由连接三角形可知：微分，变换成中误差可得：同理：2m对井下定向水平的连接三角形，也可得到同样的公式，在上式中，如果0，180 （或 0，180 ）时，则tan =0，tan =0，cos =1，cos =-1。此时各测量元素 的误差对于垂球线 、处计算角度的精度影响最小

18、，上述公式可简写为：1O2O bmmacmma 连接三角形最有利的形状为锐角不大于2的延伸三角形。计算角（或）的误差，随角的误差增大而增大，随比值b/a（和c/a）的减小而减小。故在连接测量时，应尽量使连接点A和C靠近最近的垂球线，并精确的测量角度。两垂球线间的距离a越大，则计算角的误差较小。在延伸三角形中，量边误差对定向精度的影响较小。点A处的连接角的误差，对连接精度的影响可按下式计算：2222222ABieemmdd式中：为测量方法误差；为连接边的边长；、为仪器在连接点A、B上对中的线量误差。由此可知，欲减少测量连接角的误差影响，主要应使连接边尽可能长些，并提高仪器的对中精度。上述公式对估

19、算井下连接测量时的误差也同样适用。imimdAeBe 条件：两相邻竖井间开挖的隧道已贯通，或在矿山建设中，两竖井间已有地下巷道连通。原理：在两竖井中各悬挂一根吊锤线A和B，由地面控制点测定两吊锤线A、B的坐标，在地面和地下用导线将A、B两吊锤线连接起来，从而把地面坐标系统中的平面坐标和方向传递到地下，如下图所示。图1310 两井定向示意图特点：l 与一井定向相比，由于两吊锤线间的距离大大增加了，因而减少了投点误差引起的定向误差，有利于提高地下导线定向的精度；l 外业测量简单，占用竖井的时间较短。计算：首先由地面测量结果求出两垂球线的坐标 ，并 计算出A、B连线的坐标方位角 和长度 两井定向的地

20、下导线采用无定向导线计算，可解算出地下各点 的坐标。(,),AABBx yx yABABDABABABxxyy arctan22ABABAByxD陀螺仪可以把方位角直接从地面传递到地下去，其定向的过程如下：（1）在地面已知方位角的边上测定仪器常数；（2）在地下待定边上测定陀螺方位角：如图所示，在A点安置好陀螺经纬仪，照准B点读取水平度盘的读数M，然后设法测取陀螺转子轴指向真北方向的水平度盘读数N，则AB边的陀螺方位角m为：（3）在地面已知边上重新测定仪器常数；（4）计算测线的坐标方位角。mMN图1311陀螺仪测角原理图u定义：为使地面与地下建立统一的高程系统，应通过斜井、平峒或竖井将地面高程传

21、递到地下巷道中，该测量工作称为高程联系测量u通过竖井导入高程的常用方法有长钢尺法、长钢丝法、光电测距仪铅直测距法等如图1312所示，分别在地面与井下安置水准仪，首先在A、B点水准尺上读取读数a、b。然后在钢尺上读取读数m、n。同时应测定地面、地下的温度t上和t下。由此可求得B点高程：式中：为钢尺改正数总和（包括尺长改正、温度改正、拉力改正、自重伸长改正）。其中钢尺温度改正计算时应采用井上、井下实测温度的平均值。钢尺自重伸长改正计算公式为：式中：；L为钢尺悬挂点至重锤端点间长度，即自由悬挂部分的长度；为钢尺的比重E为钢尺的弹性模量()()BAHHm nb al()2lll LElmn3(7.8/

22、)g cm6(2 10一般取为）kg图1312 用长钢尺导入高程示意图 长钢丝导入高程的过程基本同于长钢尺法，但因长钢丝无尺寸标记，因此在地面以下观测钢丝时，需要在钢丝上作出记号，然后在地面选一平坦区域，加悬挂时的重量将钢丝拉开，量测两记号间的长度。采用光电测距仪导入高程时，在井口附近的地面上安置光电测距仪，在井口和井底分别安置反射镜，井上的反射镜与水平面成45夹角，井下的反射镜处于水平状态，用光电测距仪分别测量出仪器中心至井上和井下反射镜距离L、S,同时测定井上、下的温度及气压。则井上和井下反射镜间高差可按下式计算：式中：为光电测距仪的总改正数。然后用水准仪测量出井上、下反射镜中心与地面、地

23、下水准点间的高差，可计算出水准点的高程。hSLll陀螺经纬仪就是陀螺仪+经纬仪（全站仪），就是将陀螺特性与地球自转有机结合寻找真北方向，这一工作称为陀螺经纬仪定向观测，或陀螺经纬仪定向测量，或简称陀螺经纬仪定向。陀螺经纬仪的主要用途是测定真北方向磁北方向真北方向北方向坐标北方向陀螺北方向2.陀螺仪的分类陀螺特性的方向与应用始于中国西汉末年，将陀螺仪技术应用于测定北方向测量由于近代采矿业发展的需要。1852年，法国创造了第一台陀螺罗经1908年，德国制成了液浮陀螺罗经1958年，德国研制了带悬式KT-1陀螺经纬仪 此后几十年间，世界各国先后开展工作研制了大量的陀螺仪种类种类重量重量/型号型号一次

24、定向用时一次定向用时精度精度液体漂浮式几百kg几小时12下架悬挂式127kg30一小时1020上架悬挂式20kg20302060自动化陀螺仪GyromAT20005+40715GA10858 定轴性：高速旋转的陀螺在无外力矩的作用下，其转子轴的方向保持不变（空间方向）进动性：高速旋转的陀螺，在无外力矩的作 用下，其转子轴向外力矩方向靠拢，右手规则动量矩对时间的导数=外力矩dd tH HM MHM=0，即 没 有 外 力 矩 作 用 时，为 一 常 量，其 大 小 以 及 在 空 间 所 指 方 向 不 变M0,即 有 外 力 矩 作 用 时，由 于 外 力 矩 不会 改 变 陀 螺 转 子 的

25、 转 速，其 动 量 矩 的 大 小保 持 不 变，而 方 向 发 生轴 性变 化定进 动 性图1313 地球自转角速度分量示意图12cossinEE 从地球的北极看，地球是绕其旋转轴以逆时针方向旋转的。其旋转角速度矢量 沿旋转轴指向北端。地球上的物体也随着地球转动，对纬度为 的地面点A.和当地的水平面成角，且位于当地的子午面内。为便于说明问题，可将 分解为沿子午线方向的水平分量 和沿铅垂方向的垂直分量 。表示地平面在空间绕子午线旋转的角速度，该旋转造成地平面东降西升，使地球上的观测者感到太阳和其他星体的高度发生变化。表示子午面在空间绕铅垂线旋转的角速度，该运动使子午线的北端向西移动，使观测者

26、在地球上感到太阳和其他星体的方位发生变化。由图1313可得：EEEE121234cossincoscosEE由于地球自转垂直分量 的影响，子午面在不断地变换位置，造成陀螺仪旋转轴与子午面之间产生相对运动。下面结合下图说明陀螺仪旋转轴与子午面之间的相对运动过程。图1314 陀螺仪旋转轴对子午面的相对运动陀螺经纬仪是由陀螺仪、经纬仪、陀螺电源三部分组成（见下图）。悬挂式陀螺仪由以下几部分组成：（）灵敏部：包括悬挂带、导流丝、陀螺马达、陀螺房以及反光镜等。（）光学观测系统（用来观测和跟踪灵敏部的摆动）。（）锁紧限幅机构（用于陀螺灵敏部的锁紧和限幅）。（）陀螺仪外壳（用于防止外部磁场的干扰）。经纬仪则

27、比普通经纬仪增加了一个定位连接装置。陀螺电源由蓄电池组、充电器、逆变器等组成。图1315 陀螺仪基本结构(1)在地面已知边上测定仪器常数 陀螺仪旋转轴的稳定位置通常不与地理子午线重合。二者的夹角称为仪器常数（用表示）。图1316陀螺仪定向示意图(2)在待定边上测定陀螺方位角m，则定向边的地理方位角A为：测定待定边陀螺方位角应独立进行两次，并进行检核。(3)在地面上重新测定仪器常数,前后两次测定的仪器常数应符合要求.(4)求算待定边的坐标方位角000A00000AmmAm00()mm0()yy A m地理方位角和坐标方位角的关系为：待定边的坐标方位角则为：用陀螺经纬仪观测陀螺北方向的方法陀螺经纬

28、仪的定向测量：在地面测定某一边的陀螺方位角在地下测定地下导线起始边得方向ABMNmMN在 点安置仪器且照准点，水平度盘读数值为，陀螺北方向值为则陀螺方位角逆转点法精密定向中天法OABNMNm图1317 GAT磁悬浮陀螺全站仪图1318 GAT磁悬浮陀螺仪系统结构图系统结构组成:电感线圈、磁浮球、连接杆、陀螺马达、力矩器1.正倒镜进行寻北测量，根据两个位置的寻北力矩计算陀螺旋转轴的北向偏角，计算式如下：12arcsincosEMMH2.陀螺寻北测量结束后，水平测角系统即可给出真北方向与陀螺内部固定轴线方向的夹角。如图所示，OT为陀螺确定的真北方向；OM为陀螺内部固定轴线方向；OL为全站仪水平度盘

29、零位方向；OC为全站仪望远镜照准目标的测线方向。图1319 GAT陀螺全站仪定向原理示意图图1320 磁悬浮结构图仪真TOMMOLLOCA 仪MOLTOMLOC注：陀螺寻北测量结束后即可确定出TOM，LOC是测量目标方向与全站仪水平度盘零位的夹角，MOL在仪器出厂时通过仪器常数的标定，可以将其限定为一个很小的值。TOM+LOC即为陀螺方位角。1)磁悬浮支承技术 如图1320所示为GAT陀螺全站仪寻北本体部分的磁悬浮系统设计原理图。当磁悬浮线圈通电后，产生的磁力便会使陀螺灵敏部整体上浮，并处于悬浮状态。由于陀螺灵敏部在寻北过程中处于无接触的悬浮状态，解决了传统机械轴承支撑所带来的摩擦干扰问题，并

30、且也延长了陀螺的使用寿命 2)测量稳定性技术 陀螺全站仪的稳定性主要体现在仪器常数的稳定性，而仪器常数的稳定性包括两个方面，一是长期稳定性，即较长的时间内仪器常数的变化量的大小；二是短期稳定性，主要是仪器的运输适应性以及随机架设精度。3)快速定向与测量自动化 该仪器寻北过程在8分钟内即可完成，无需人工干预，实现了寻北过程的快速、自动化。2010年5月23日，用GAT高精度磁悬浮陀螺全站仪（标称定向精度为5）对某煤矿主巷道内测线2NF72NF8进行了陀螺定向测量。陀螺仪全站仪定向测量过程如下：根据该测区的地理位置，在实测过程中输入的纬度值为：39.0。仪器常数的测定，选取地面控制网中NF02NF

31、03已知边进行仪器常数标定。已知边坐标方位角为：2023739，计算的子午线收敛角 =-02951，=-02939。实测数据如下：01)在地面已知边上测定陀螺方位角，求得仪器常数；测线NZ盘左盘右NF02NF03358 29 18203 38 1823 38 09202 07 31203 38 1423 38 11358 29 18203 38 1823 38 11202 07 32203 38 1323 38 12表134 地面已知边测定的陀螺方位角根据，可得地面测线“NF02NF03”的真北方位角为：000A84702021592093732020302 NFNFA由，结合陀螺的地面定向成

32、果，可计算陀螺仪器常数如下表：=2020748-2020731.5=00016.500mA 00mA 2）井下导线边定向测量 根据现场采集数据，井下定向边2NF72NF8各测回陀螺精寻北采样数据的散点图，如图1321所示：可得井下定向边各测回的陀螺定向方位角如表135所示：测线NZ陀螺方位角m盘左盘右2NF72NF8359 52 22183 08 503 08 42183 01 08183 08 483 08 45359 52 25183 08 503 08 42183 01 11183 08 483 08 45表135 井下定向边各测回的陀螺方位角寻北结果：359 52 22图1321采样数

33、据的散点图 寻北结果：359 52 253）计算井下定向边上的坐标方位角 将上述计算得到的仪器常数，配合井下定向边的陀螺定向成果，可得井下定向边的真北方位角:=1830109.5+00016.5=1830126 mA由公式 可以计算井下定向边的坐标方位角:=1830126+02939=1833105 A A13.6.1隧道施工测量13.6.1.1隧道平面掘进方向的标定全断面开挖法（一般采用中线法）隧道施工导坑开挖法（采用串线法）隧道施工有全断面开挖法和导坑开挖法，随施工方法不同，标定隧道掘进方向的方法亦不同，分中线法和串线法。全断面开挖法施工通常采用中线法，导坑开挖法施工时，因精度要求较低，采

34、用串线法。图1322 中线标定隧道中线的示意图222221222222a rc ta nsinc o sCPP CCPP CP PCC DC PCPCPP CP CYYXXYYXXL串线法是利用悬挂在两临时中线点上的垂球线，直接用肉眼来标定开挖方向。首先需用类似前述设置中线点的方法，在导坑顶板或底板上设置三个临时中线点B、C、D，两临时中线点的间距不宜小于5m，标定开挖方向时，在三点上悬挂垂球线，一人在 点指挥，另一人在工作面持手电筒(可看成照准标志)，使其灯光位于中线点B、C、D的延长线上，然后用红油漆标出灯光位置，即得隧道中线。利用这种方法延伸中线方向时，误差较大，所以 点到工作面的距离不

35、宜超过30m，曲线段不宜超过20m。当工作面向前推进超过30m后，应向前再测定两临时中线点，继续用串线法延伸中线，指示开挖方向。随着开挖面的不断向前推进，中线点也应随之向前延伸，地下导线也紧跟着向前敷设，为保证开挖方向的正确，必须随时根据导线点来检查中线点和纠正开挖方向。3 激光指向仪 在直线隧道（巷道）建设施工中，有的单位采用激光指向仪进行指向与导向。由于激光束的方向性良好，发射角很小，能以大致恒定的光束直线传播相当长的距离，因此它成为地下工程施工中一种良好的指向工具。图1324 腰线标定示意图腰线：是用来指示隧道在竖直面内掘进方向的一条基准线。图13-24 腰线标定示意图13.6.2.1实

36、际贯通偏差的测定方法（1）采用中线法指向开挖的隧道，贯通之后，应从相向开挖的两个方向各自向贯通面延伸中线，并各钉一临时桩A、B（如图1325）。丈量出两临时桩A、B之间的距离，即得隧道的实际横向贯通误差，A、B两临时桩的里程之差，即为隧道的实际纵向贯通误差。（2）采用地下导线作洞内控制的隧道，可在贯通面附近钉设一临时桩点，然后由相向的两个方向对该点进行测角和量距，各自计算临时桩点的坐标。这样可以测得两组不同的坐标值，其Y坐标的差值即为实际的横向贯通误差，其x坐标之差为实际的纵向贯通误差。在临时桩上安置经纬仪测出角度,如图1326所示，以便求得导线的角度闭合差（也称方位角贯通误差）。图1325用

37、中线法测定实际横向贯通偏差 图1326用导线法测定实际横向贯通偏差（3）由隧道两端洞口附近的水准点向洞内各自进行水准测量，分别测出贯通面附近的同一水准点的高程，其高程差即为实际的高程贯通误差。图1327 直线隧道贯通误差的调整 1)直线隧道贯通误差的调整（折线法）如图13-27所示。如果由于调整贯通误差而产生的转折角在5以内时，可作为直线线路考虑。当转折角在525时，可不加设曲线，但应以顶点a、C的内移量考虑衬砌和线路的位置。各种转折角的内移量如表136所列。当转折角大于25时，则应以半径为4000m的圆曲线加设反向曲线。表136 各种转折角的内移量转折角（转折角（）内移量（内移量（mm）51

38、1041510201725262)曲线隧道贯通误差的调整 当贯通面位于曲线上时，可将贯通面两端各一中线点和曲线的起点、终点用导线连测得出其坐标，在用这些坐标计算交点坐标和转角 ，然后在隧道内重新放样曲线。3)高程贯通误差的调整 洞内未衬砌地段的各水准点高程，根据水准路线的长度将高程贯通误差按比例分配，求得调整后的高程，并作为高程施工放样的依据。竣工测量为检查主要结构及线路位置是否符合设计要求。内容：1)隧道净空断面测量:应在直线段每50m、曲线段每20m和需要加测断面处测绘隧道的实际净空断面。2)永久中线点测设:隧道的永久性中线点要埋设金属标志。直线上每200m至250m埋设一个，曲线上应在缓

39、和曲线的起终点各埋设一个，在曲线中部，可根据通视条件适当增加。3)水准点的测设:洞内水准点应每公里埋设一个，在隧道边墙上要画出永久性中线点和水准点的标志。13.6.4施工期的变形测量地下工程在施工期间有变形测量的需要，应根据情况制定监测方案。在城市地铁施工期间，部分地段需要对地上建筑物、地面和隧道进行沉降观测和位移观测。在矿山工程建设中，有地表位移和沉降观测和部分井下、巷道工程的变形监测等。一般来说，沉降观测主要用水准测量方法，位移测量可采用全站仪、测量机器人和激光扫描仪等。13.7.1 盾构自动引导测量系统在城市地铁及地下管网建设中，常采用盾构法开挖和顶管施工技术。u 盾构法是地下工程暗挖法

40、施工中的一种全机械化施工方法，用带防护罩的特制机械(盾构)在破碎岩层或土层中掘进隧洞（或巷道）。u 施工前的测量工作：采用联系测量将地面控制点传递到盾构井中，利用控制点测设出线路中线点和盾构安装时所需的点。测设值与设计值较差应小于3mm。在盾构机下井前，应安装盾构机始发导轨，测设同一位置的导轨方向、坡度和高程，与设计值较差应小于2mm。盾构机掘进实时姿态测量包括与线路中线的平面偏离、高程偏离、纵向坡度、横向旋转和切口里程，各项测量误差应满足有关规定。控制盒 地地面面监监控控计计算算机机 调调制制解解调调器器 调制解调器 打打印印机机 盾盾构构主主控控室室 管管 片片 激激光光全全站站仪仪 EL

41、S 靶靶 激激光光定定位位仪仪 工业计算机 黄黄盒盒子子 显示屏 盾盾构构机机 推推进进油油缸缸 图1329 盾构机安装的SLS-T APD导向系统13.7.1 盾构自动引导测量系统u为保证施工测量的精度，应及时进行测量复核，复核项目包括：（1）地下导线的复测与延伸；（2）托架坐标复核。（3）盾构机姿态复核。（4）衬砌环片姿态复测。（5）环片竖直偏差测量。13.7.1 盾构自动引导测量系统2）顶管施工技术的主要特点：顶进速度快，最小的施工管径为200mm 管道随千斤顶的顶进而移动在于测量出顶管机头当前的位置，并与设计管道轴线进行比较，求出机头当前位置的左右偏差（水平偏差）和上下偏差（垂直偏差）

42、，以引导机头纠偏。1）顶管施工测量的目的：u 直线顶管：测量机头的位置比较简单，在工作井内安置经纬仪和水准仪，或激光指向仪，并在机头内安置测量标志，就可以随时测量机头的位置及其偏差。u 曲线顶管：井下安置的仪器无法直接测量机头的位置，必须用导线测量的方法在管道内逐站测量至机头，以求出机头的位置偏差（如图1330）。图1330顶管工程导线控制机头示意图u人工测量的缺点：作业条件差，操作困难，占用时间多 导线点随顶管一起移动，要做到“随测随纠”，相当困难 曲线顶管，机头的控制困难，要求及时纠偏，因此测量频率要提高，难以满足u解决方法：必须改变人工测量的落后方法，采用自动测量的技术。为此，必须采用顶

43、管自动引导测量系统指导施工。图1332 自动引导测量系统构成u 在顶管施工中，要求横向（左右）贯通误差必须10cm，高程（上下）误差容易控制，因此这里仅分析自动测量成果横向误差的大小。u 横向误差主要由角度测量引起，距离测量主要影响纵向误差，在贯通测量可以不必考虑。u 按直伸支导线方式，求得自动引导测量系统导线端点（机头）的横向误差为：式中：S为支导线长度，这里将其设定为1000米；n为导线点个数，这里为4。11.51.313um Snm 221121.65uummmcm 在上海市合流污水工程穿越黄浦江底的长距离曲线顶管施工中采用了自动引导系统。管径2.7米，管线长630米。首先为165米直线

44、段，中间为365米圆曲线（半径为1600米），最后又为100米直线。首先的165米直线段，机头位置测量，仍采用常规的测量方法。自动测量系统是从里程98米开始使用的。自动测量系统在长距离曲线顶管中长时间连续运行，完成“自动测量”的使命。系统在3个多月的试验期间里引导顶管490米，其中365米为圆曲线。系统从一台机（全站仪），逐步增加为二台机、三台机最后为四台机。从3个月零7天的自动测量记录中可以看出系统的运行是很正常的，记录了4000多次自动测量成果。自动测量系统由于能连续不断对机头进行跟踪测量，每顶进几厘米、十几厘米便能显示一次机头当前的偏差值，这时的偏差值变化是很小的，纠偏很容易做到，因此自

45、动测量能做到“随顶随测随纠”，这就大大提高和保证了顶管的施工质量。思考题1、地下工程对测量有哪些要求？2、地下工程测量的主要内容有哪些？与地面工程测量相比，地下工程测量具有以下特点？3、简述地下导线测量有何特点？地下导线测量是如何实现高级控制低级的？4、地下高程测量与地面高程测量有何不同之处？5、为什么要进行地面与地下的联系测量？一井定向时，其连接三角形应满足哪些条件？6、简述两井定向的作业过程。7、高程联系测量的方法有哪几种？8、试述洞内导线测量加测陀螺方位角有何作用，试举例说明之。9、为什么悬挂的陀螺具有“指北”的性能？10、试述陀螺经纬仪的定向测量作业过程？11、试述磁悬浮陀螺全站仪的技术特点？12、隧道施工时有哪些测量工作？13、简述顶管自动引导测量系统的构成、原理及应用。