小断面隧洞施工测量方法

小断面隧洞施工测量方法

摘要：小断面隧洞施工测量，洞内无法布设双导线或导线环，采用支导线测左

右角按闭合导线进行平差计算可对导线进行检核和精度评定。施工放样采用后方

交会设站，建参考线对隧洞进行施工放样和断面测量的方法，从坐标值可直观地

看出隧洞超欠挖情况，并可有效地缩短测量作业时间。

关键词：小断面隧洞；支导线按闭合导线计算；后方交会；极坐标放样；建

参考线放样；贯通误差

1 概述

都江堰灌区毗河一期供水工程乐阳干渠、裕通分干渠，中和支渠总长

40.429km，隧洞39座共计20.354km，占渠线总长50.35%，最长的两座隧洞为小

岩寺后洞长1.8498km，凤凰坡隧洞长1.850km。隧洞均为城门洞型无压隧洞，隧

洞最大断面为乐阳干渠隧洞6.1m³/s（底宽×高）2.6m×2.9m，最小断面为裕通分

干渠第三流量段隧洞2.01m³/s（底宽×高）1.74m×1.83m。整个渠线隧洞占比达到

一半，且隧洞断面尺寸小，施工面狭窄，工程处于川中浅丘地区，隧洞围岩为粉

砂质泥岩夹泥质粉砂岩，岩性软弱，具弱膨胀性，暴露失水易风化开裂，浸水存

在软化崩解，全线隧洞施工难度较大，工期长。隧洞的施工进度，施工质量，能

否顺利贯通成为全线能否顺利完工的关键，作为指导隧洞施工的测量工作则成了

重中之重，为了保证隧洞能按计划工期，按设计精度贯通，我们根据该工程断面小，工作面狭窄，工序间干扰大，地下水丰富，洞内积水多，底板无法埋设控制

点的特点，制定和探索了能满足工期要求和设计贯通精度要求的测量方案和测量

方法。

2 控制测量

2.1洞外控制测量

由于整个施工段40km没有布设设计控制点，主控网平面采用GPS控制网，

高程采用水准高程控制网，从主干渠已知点引测坐标高程，沿渠线布设主控网，

主控网布设时兼顾渡槽、长隧洞洞口等主要建筑物施工时可直接引用或方便引测。

由于主控网的布设条件及精度要求，不可能满足渠系所有建筑物施工放样时

的需要，同时也为了提高长隧洞的贯通精度，对于1km以上的隧洞，在主控网的基础上单独作与主控网同等精度的隧洞独立控制网，作为隧洞洞内控制点的引测

依据。以此减小洞外控制对贯通误差的影响。隧洞洞外控制网采用GPS控制网，

高程采用水准高程或光电测距三角高程，控制网等级根据《水利水电工程测量规范》小于5km的隧洞洞外控制按四等控制网测设。

2.2洞内控制

小断面隧洞洞内施工面狭窄，干扰较大，无法按传统方法布设双导线或导线环，洞内控制只能按支导线布置，导线布设尽量按相邻边近似相等布设，但支导

线无法进行精度计算和评定，为了提高导线测量精度我们采用了全站仪测量导线

左右角，左右角按规范要求的测回数测相同测回数，平差计算时将左角作为往测角，右角作为返测角，将导线尾端按360度角纳入整个导线平差计算，计算导线

时按闭合导线计算（线路从起点经各个左角经尾端360度角再经各个右角回到起

点闭合），这样除了左角+右角=360的检验计算外，还可进行起点坐标、方位角

的闭合差计算，不仅提高了导线测量的精度和可靠性，而且对导线进行了精度检

验和评定。地下控制测量等级要求根据《水利水电工程测量规范》要求，隧洞相

向开挖长度小于5km时，洞内基本导线测量按三、四等导线测量。

本工程由于隧洞底板高程均低于洞外原地面高程，进洞施工道路均为下坡，

两侧的地表水极易进入洞内，加之洞内地下水丰富，洞内极易积水，底板围岩为

粉砂质泥岩，岩性软弱，经水浸泡和运渣机械的反复碾压后，底板形成较厚的泥

浆和泥浆水，洞内宽度窄，底板受施工机械扰动破坏大，底板上无法埋设和保存

控制点。在作洞内控制点时，我们事先用工字钢和铁板加工成钢板凳，将控制点

测设和标定在钢板凳上作为导线点，因钢板凳是临时作为控制点点位使用，无法

保存和直接用于施工时的控制点，我们在测量导线点的同时，测出在边墙上锚杆

外露钢筋头上标注点的坐标，该标注点采用两个坐标点测量并取平均数。边墙锚

杆外露钢筋头上的点作为指导隧洞掘进和衬砌施工的控制点使用。

洞内的高程控制与导线控制点同时完成，高程采用光电三角高程测量，平差

计算与导线平差同时完成。

3 洞内施工放样

3.1洞内开挖掘进施工放样

隧洞施工各工序间衔接较紧密，施工面狭窄，光线差，空气质量差，干扰大，红外线反射信号弱，旁折光影响大等因素都给测量工作带来了较大困难，有时甚

至使测量工作无法进行，而测量工作又是直接指导隧洞开挖掘进方向、开挖断面

尺寸、贯通的关键工作。在隧洞测量工作前除了提前加大排烟排风，停止一些干

扰大的工序，以满足测量工作的要求外，还应采用即能满足隧洞贯通和放样精度

要求，也能满足占用时间短的测量方法，为此我们在毗河工程乐阳干渠、裕通分

干渠、中和支渠的小断面隧洞施工放样中，采用了后方交会任意设站，建参考线

的施工放样方法进行隧道内的中线和结构尺寸放样及开挖断面的断面测量工作。

由于在隧洞洞内控制测量时，洞内无法在底板上埋设施工放样使用的控制点，而是在测导线控制点的同时在隧洞边墙锚杆上测设了坐标作为施工放样的控制点

使用，而墙上的控制点无法直接架设仪器，所以选择在隧洞比较合适的位置安置

仪器，采用两个以上已知点进行后方交会设站。在测站坐标测设计算完成后即设

站完成（测站坐标由仪器内程序自动计算完成并评定坐标精度），设站完成后可

测量第三点已知坐标点进行坐标比较，检查测量精度是否满足要求。在测站满足

精度要求后就可采用极坐标法进行施工放样和断面测量。在放样前建立以隧道中

线及过水面高程（或腰线高程）为参考线的施工坐标系，在仪器参考线程序内输

入隧道中线的起点桩号、坐标、高程和终点桩号、坐标、高程（参考线输入起终

点高程后就自动形成了隧洞纵坡），在放样和测量时测出的坐标值即为该点与参

考线比较的差值，如测出的坐标值为x=50，y=1.3，h=1.05这组坐标表示该点距

参考线起点50m，距中线1.5m（正为右侧，负为左侧，然后与设计宽度比较大于设计值为超挖，小于设计值为欠挖），高度距该点设计过水面高程为1.05m（如

为负值则低于过水面高程）。这样从坐标值就可直观地看出隧洞掘进里程，周边

及底板的超欠挖情况，放样完成后即刻进行已开挖段的断面测量。隧洞弯道放样

采用仪器自带的曲线放样程序，根据不同的已知条件，输入相应的已知条件组合，仍然采用后方交会和参考线进行弯道放样测量。

由于隧洞断面小，开挖工作及出渣工作时间较短，循环快，一天可完成3个

循环以上，如果每一个循环都进行放样工作，在战线长，工作面多的项目测量根

本无法完成每一循环的放样工作，所以，在开挖了一定长度的隧洞内安装固定的

红外指向仪指导开挖掘进施工可以减小测量工作的劳动强度，缩短施工循环时间，加快施工进度，创造经济效益。红外指向仪固定安装在距开挖面50米外的隧洞