隧道地面控制测量

隧道地面控制测量
一、洞外平面控制测量的建立
洞外平面控制测量的主要任务，是测定两相向开挖洞口各控制点的相对位置，并与洞外线路中线点相联系，以便根据洞口控制点进洞，使隧道能以设计的精度按照设计的位置修建，保证以规定精度正确贯通。

在施工前期，隧道洞口附近已经布设了基础控制网、线路控制网、线路水准基点控制点，但点位密度还无法满足隧道施工控制测量要求，另外原有控制网的精度是按铁路类型、设计时速、轨道类型确定的，而隧道控制网的精度是根据隧道贯通精度确定的，精度要求可能高于CPⅠ、CPⅡ网和水准基点网的精度，因此，隧道施工时应根据隧道贯通长度、辅助坑道布置、隧道宽度、线路曲线半径等因素，以线路控制网CPⅠ、CPⅡ和水准基点网为依据，以满足贯通精度、轨道铺设精度为目标，设计并建立相应的隧道施工平面、高程控制网。

隧道洞外平面控制测量方法有：GNSS测量、导线测量、三角形网测量及其组合测量方法。

1.隧道洞外控制等级选用
隧道洞外控制测量的等级划分、适用长度和精度要求可参考表7.1.1，公路洞外导线控制测量技术参照表7.1.2规定。

表7.1.1 隧道平面控制测量技术要求（铁路隧道）
表7.1.2 隧道平面控制测量等级（公路隧道）
2.导线测量
目前，全站仪已普及使用，则导线测量建立洞外平面控制测量已成为主要方法。

导线法平面控制就是用导线连接进出口中线控制点，按精密导线方法实测和计算，求得隧道两端洞口中线控制点间的相对位置，作为引测进洞和洞内测量的依据。

对于曲线隧道，还应将两切线上控制点纳入导线，通过导线精确求算隧道所在曲线转向角，以确定曲线各要素。

通过导线获取两端洞口控制点与交点的相对位置。

精密导线布设要求及观测方法已在前面阐述。

施工控制网导线布设要求：洞外平面控制网应沿两洞口连线方向布设成多边形组合图形，构成闭合检核条件，每个导线环由4～6条边构成，导线网图形简单。

导线边长应根据隧道长度和辅助坑道数量及分布情况，结合地形条件和仪器测程确定，宜采用长边导线。

进出口控制点应以直接观测边连接，构成长边控制网，增强图形强度；每个洞口平面控制点和水准点的布设，均不应少于3个稳固可靠的平面控制点和高程控制点，并且便于洞口投点和长期保存；向洞内传递方向的洞外联系边长度宜大于500 m，困难时不宜短于300 m；导线网、三角形网的最大俯仰角不宜大于15°；当隧道长度大于8 000 m时洞外控制应采用强制对中墩，每个洞口应埋设不少于3个；洞口投点应纳入整个控制网内。

洞外导线控制测量完成后，要估算洞外导线引起的贯通误差。

导线水平角的观测应按表1.1.2规定。

导线边长观测应按表1.1.3规定。

公路隧道导线控制测量见《公路隧道施工技术规范》（JTG）/T3660—2020施工测量篇。

3.GNSS控制网
GNSS控制网应由洞口子网和子网之间的联系主网组成。

洞口子网宜布设成大地四边形或三角形网，进洞联系边应为直接观测边。

洞口间联系网可布设成四边形或大地四边形。

当洞口子网采用GNSS观测困难时，可采用GNSS测量一条定向边，洞口子网的其他控制点可采用全站仪测量。

洞口控制点数量不少于3个。

相向开挖超过8 km的隧道洞口引测边距离短于300 m时，应设置强制观测墩。

GNSS 控制网进洞联系边最大俯仰角不宜大于5°。

洞口GNSS控制点应方便用常规方法检测、加密、恢复和向洞内引测。

为了使GNSS控制点的坐标与隧道设计坐标取得统一，便于计算施工放样数据，对于直线隧道洞口点应选在隧道中线上，对于曲线隧道，除洞口点外，还应在曲线的2个切线方向上选择两点作为GNSS控制点，以便计算精确转向角。

洞口附近至少布设2个定向点，定向点之间不要求通视，洞口点与定向点之间要求通视，便于引测进洞。

所选的GNSS控制点要满足良好的接收信号的要求。

完成洞外控制测量后，应采用控制网实际精度估算洞外控制测量引起的横向贯通误差，其估算值应满足测量设计要求。

二、洞外高程控制测量
隧道高程控制测量应起闭于隧道进出口线路水准基点，当线路水准基点精度不能满足要求时，应建立隧道独立高程控制网。

洞外高程控制一般采用水准测量和光电测距三角高程测量。

二、三等高程控制测量应采用水准测量方法；四、五等高程控制测量可采用水准测量，也可采用光电测距三角高程测量。

洞口水准点布设，在每个洞口附近至少埋设3个水准点，每个洞口的2个水准点间的高差，以安置1次水准仪即可联测为宜。

水准点埋设在土质坚实，通视良好，施测方便，尽可能避开施工干扰且高程适宜之处。

二等高程控制测量应采用水准测量，当水准路线绕行长度大于4倍隧道长度时，可采用精密光电测距三角高程测量。

三等及以下可采用水准测量或光电测距三角高程测量。

隧道洞内、洞外高程控制测量精度的等级应符合表7.1.3的规定。

公路隧道符合表7.1.4的规定。

隧道高程控制网精度设计应根据隧道洞外、洞内水准路线长度和轨道铺设精度统筹规划，应符合下列规定：
（1）洞外、洞内高程路线组成高程闭合环，并应包括隧道两端洞口附近的线路水准基点，高程起算点应不少于1个线路水准基点。

（2）根据洞外、洞内水准路线总长度和水准环闭合差限差小于隧道高程贯通极限误差的要求设计水准测量精度等级。

（3）洞内水准测量应与洞外水准测量等级相同，并满足学习情境三表3.2.2要求。

表7.1.3 隧道洞内、洞外高程控制测量精度
表7.1.4 隧道高程控制测量等级表（公路隧道）
目前，光电测距三角高程测量方法已广泛使用，有关精度及规定已在学习情境一，任务6叙述。

为了提高竖直角测量精度，削弱大气垂直折光误差的影响，往返测应取气象条件相近的时段进行，同时要注意提高视线高度，限制传算边长度。

一般导线边长大于600 m，最大边长不宜大于1 000 m，否则应在中部加设临时转点。

仪器高和棱镜高要多次仔细量取，读到 mm。

用经过仪器改正、气象改正之后的斜距，按高差公式计算往返测高差较差小于规定精度时，取平均值。

三、施工独立坐标系的建立
当线路平面控制网CPⅠ、CPⅡ精度能满足隧道控制测量要求时，应在线路控制网基础上扩展加密，不能满足隧道施工控制要求时，应建立隧道施工独立平面控制网，施工平面控制网独立坐标系的建立有3种方法。

1.以进、出口端的线路控制点CPⅠ、CPⅡ为约束基准的线路坐标系
（1）已进、出口端的线路控制点（CPⅠ、CPⅡ）为约束基准的坐标系，选择与原则CPⅠ、CPⅡ符合程度最好的2点作为基准，其余CPⅠ、CPⅡ点采用新值。

不改变控制点间角度相对关系。

不产生断链，使用方便。

缺陷是将控制点的长度变化引入控制网成果，部分改变控制点间的相对关系。

（2）全约束加密网方式。

以进、出口端的全部线路控制点（CPⅠ、CPⅡ）为约束基准，可以保证与全线线路控制网协调一致，不需要对设计理论中线实施转换。

2.固定一点一方向的独立坐标系
原点和轴线点选择灵活，以进出口点位稳定、可长久保存、联测水准点高程方便的点作为原点，进口端假定数据及轴向采用勘测基准。

需要对设计理论中线实施转换。

3.中线轴线法独立坐标系
长达隧道洞身一般为直线，采用中线轴线法时，施工独立坐标系的建立以隧道长直线为X轴，里程增加方向为X轴正方向，X坐标即为相应的里程；曲线隧道当隧道内夹直线较长时，宜以夹直线为X轴；隧道主要在曲线上时，可选取其中的一条切线为X轴。

位于X轴线上的直线段的中线坐标可以直观地反映施工里程及偏离中线的距离。

该独立控制网必须与线路控制网建立联测关系，需要对设计理论中线实施转换，将线路中线转换到独立坐标系。

中线轴线法施工独立坐标系在实地中线上设置洞口投点，保证线位与线路控制网放样位置一致，测量时将实地中线（洞口投点）纳入控制网，利用实测中线相对关系，修正设计理论中线，施工中以实地中线作为施工理论中线，保证中线与控制点相对关系的一致性，施工时不存在中线位置放样误差，使进出口的施工方向在同一条直线方向上，有利于保证隧道的正确贯通。

四、隧道洞外控制网复测
隧道施工前，应对洞外施工控制网进行全面复测。

施工期间要进行定期复测，复测周期为一次/年。

当发生突发情况（如地质灾害）或控制点有位移、沉陷时，应进行局部或全面复测。

复测方法应与原测保持一致，复测精度不应低于原测精度。

复测网的平差宜选用隧道进、出口稳定控制点进行约束平差。

复测坐标与原测坐标较差应小于15 mm；GNSS整网复测相邻点间坐标增量之差的相对精度限差应满足学习情境四表4.1.1要求；洞口GNSS子网复测应反算控制点间角度、边长，反算值与原测的较差应符合表7.1.5的规定。

导线、三角形网复测洞外控制点，水平角、边长较差应满足表7.1.6的规定。

表7.1.5 隧道洞口子网复测角度、边长较差限差
表7.1.6 导线、三角网复测较差的限差
高程控制点复测，由已知的水准点从一端洞口测至另一端洞口与已知水准点闭合。

施工控制网水准点复测应按高差比较法检查，水准点间的复测高差与原测高差较差应符合学习情境一，表1.3.1要求。

复测较差符合要求时，采用原测成果。

复测较差超限时，应进行二次复测，查明原因，并分析，采用成果。

复测完成后，编制复测成果报告。

施工高程控制测量精度高于设计高程精度时，将不符值（高程差）推出洞外至设计高程点设置断高，也可推算至路基段调整。