隧道测量技术课件

用钻爆法（矿山法或浅埋暗挖法）。施工方法不同，对测量要求也有
所不同。
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地铁测量技术要点
隧 道 工 程 测 量 程 序
第一步，建立地面上的平面及高程控制网； 第二步，联系测量，即将地面控制网引入地下；
第三步，隧道内的控制测量；
第四步，隧道的施工测量； 第五步，隧道竣工断面测量及中线调整测量。
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两井wk.baidu.com向
地面上采用导线测量测定两吊锤线的坐标，在地下使得地下导线与两
吊锤线联测，这样就组成一个闭合图形。但两吊锤线处缺少两个连接 角，这样的地下导线是无起始方位角的，称为无定向导线。
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两井定向
内业计算方法：
第一步：可以采用地面导线测量的方法直接得出A、B两锤线在地面坐标系
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陀螺仪定向
在隧道内选取两个 导线控制点作为地
平 面 联 系 测 量 示 意 图
下陀螺定向边，测 定这条边的陀螺方 位角，再将计算出 的差值（包括子午
线收敛角和仪器常
数）相加/减，就可 得出未知边的坐标 方位角。
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陀螺仪定向
平 面 联 系 测 量 示 意 图
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第三章 地下控制测量
两井定向
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地下控制测量
地下控制测量
地下平面控制测量
地下高程控制测量
中的平面坐标；
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两井定向
内业计算方法：
第二步：设吊锤线A为原点，A1边为X’轴方向，方位角α’=0，在假定坐标
系中计算出各个地下导线点的坐标，其中也包括B点的假定坐标。
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两井定向
内业计算方法：
第三步：计算地下导线点在地面坐标系中的坐标
式中ai为地下导线边在地面坐标系中的方位角，
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中铁隧道勘测设计院有限公司
闫文斌
目
录
1 2
3 4 5
地面控制测量
联系测量
地下控制测量
暗挖隧道施工测量
线路中线调整及结构断面测量
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地铁测量技术要点
地下工程涵盖内容很广泛，既包括城市地铁工程、人防工程，还包 括矿山井巷或山岭隧道等等,而隧道工程又是地下工程中最重要的内容。 由于工程性质和地质条件的不同，隧道的施工方法也不相同，例如浅 埋隧道可以采用明挖法，软土地层多采用盾构法，而硬质地层则多采
必须具备相应的场地 环境。
导线测量
地面与地下的 近井测量方法 类同
受现场条件限制很大， 精度不易保证 LOGO
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第二章 联系测量
高程联系测量
两井定向
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高程联系测量
将地面上的高程传递到地下，根据隧道施工方法的不同，主要采用如 下三种方法： ① 经由洞口或横洞传递高程； ② 通过斜井传递高程； ③ 通过竖井（包括钻孔、地下车站或明挖基坑等）传递高程。 通过洞口或横洞传递高程时，可由地面向隧道中布设水准线路，采用 一般水准测量的方法进行；当采用斜井传递高程时，可根据斜井的坡 度和长度，相应采用水准测量或三角高程测量的方法进行传递高程。 这些都与地面的水准测量方法类似，我们重点讨论如何通过竖井（包 括钻孔、地下车站或明挖基坑等）传递高程。
两井定向
适用于有两个竖井、 钻孔或地下车站、盾 构始发井等井口较大 的基坑 井口很大且较浅，通 视情况良好，俯仰角 满足规范要求的条件
均是通过投点 仪或悬吊钢丝 锤线的方法传 递平面坐标， 再通过不同的 方法得出该点 的连接角
适用范围广，工 成本投入大，对作业 作效率高，尤其 环境、陀螺仪的操作 对长大隧道有方 人员素质要求高。 位角检核的作用。 可以减小投点误 差引起的方向误 差，因此定向精 度高；成本低， 易于操作 操作简单，成本 低，无需任何其 他设备
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第一章 地面控制测量
隧道的高程控制网应与当地的高精度的高程控制网进行联测，并采 用统一的高程系统，地铁工程一般采用本城市的高程系统，而野外工 程一般采用的是国家高程系统。 隧道的高程控制网也应分级布设，一般首级控制网的精度不低于二
等水准的测量精度，在隧道进出洞口至少布设3个以上的高程控制点，
一井定向（联系三角形）
联 系 三 角 形 法
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一井定向（联系三角形）
联 系 三 角 形 法
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一井定向（联系三角形）
联 系 三 角 形 法
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第二章 联系测量
方法二：陀螺仪、铅垂仪（钢丝）组合法
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陀螺仪定向
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陀螺仪定向
进动角速度矢量
动量矩矢量
陀 螺 仪 特 性
外力矩矢量
陀螺仪的进动性： 如果将小红球向右移动一小段距离，在转子不旋转时，则重力对 于支点形成力矩，称外力矩，它将使杠杆左端上升右端下降；但 是，当转子旋转时，杠杆就不作上下倾斜运动了，而是保持水平， 且在水平面内缓慢转动，转动方向向外力矩方向靠拢，亦即杠杆 在水平面内作逆时针方向转动，这种现象称为陀螺仪的进动。
下一步，通过悬吊钢丝或投点仪的方法将坐标从竖井口传 递到井下，再采用导线测量的方法将地面与地下的控制网 （含陀螺定向边）联成一个完整的导线网。
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第二章 联系测量
方法三：两井定向（投点定向）法
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两井定向
两井定向是在两个竖井、钻孔或在一个地下车站等井口较大的基坑两 端分别悬挂一根吊锤线，再利用地面布设的控制网点采用导线测量或 其它方法测定两吊锤线的平面坐标值，然后在隧道中，将已布设的地 下导线与竖井中的吊锤线联测，即可将地面坐标系中的坐标和方位角 传递到地下去，经计算得到地下导线点的坐标和方位角。
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，而 a
' aAB aAB
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第二章 联系测量
方法四：导线直接传递法
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第二章 联系测量
导线直接传递：就是采用导线测量的方法进行定向。其对 垂直角有不大于30°的要求。对使用的全站仪、对点设备
导 线 直 接 传 递
等均有较高的要求，比较适用于深度较浅、现场条件较好 的地下明挖车站。
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第一章 地面控制测量
GPS控制网网图-----以某地铁控制网为例
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第一章 地面控制测量
精密导线网是对GPS控制网的补充和加密，测量精度应根据隧道工程
的贯通精度要求制定，地铁的精密导线网的精度定为四等导线，暨导线 全长相对闭合差≤1/35000 。 精密导线的布设应能保证隧道联系测量及线路定测、洞口地形等测量 的需要，并且一般按照线型网状布设。
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第二章 联系测量
联系测量内容包括：地面近井导线测量和近井水准测量；通
过竖井、斜井、平峒、钻孔的定向测量和传递高程测量；地下近 井导线测量和近井水准测量等。
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第二章 联系测量
平 面 联 系 测 量 的 方 法
1）联系三角形法；
2）陀螺仪、铅垂仪（钢丝）组合法；
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陀螺仪定向
陀 螺 全 站 仪
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陀螺仪定向
陀 螺 仪 基 本 结 构 示 意 图
陀螺房被一根金属吊线 悬挂起来，陀螺轴保持 在水平面内，陀螺仪的 重心在悬挂轴上且位于 转子轴下面。陀螺仪在 地球自转的影响下，陀 螺房产生的重力矩将陀 螺转子轴相对于子午线 作对称摆动。 与陀螺仪支架顾连在 一起的指针经反射镜 再通过物镜成像在目 镜刻度线上。光标像 在目镜视场内的摆动 反映了陀螺灵敏部的 摆动。摆动的中间平 衡位臵即为北方向。
别的GPS控制网。
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第一章 地面控制测量
GPS网的布设：
根据GPS点的分布情况及隧道的工程特点，参照首级网的网形并 结合检测时的环境条件，采用边连接形式构网，由多个多边形、同步 大地四边形或单三角形组成。并且，尽量保证在隧道洞口、竖井口设 臵至少一个高精度的GPS控制点作为下一步联系测量的近井点。
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陀螺仪定向
磁北、真北、坐标北的区别：
真子午线北方向：是沿地面某点真子午线
陀 螺 仪 特 性
的切线方向，也就是陀螺仪指定的方向； 坐标纵线北方向：是高斯投影时投影带的
中央子午线的方向，也是高斯平面直角坐标
系的坐标纵轴线方向； 磁子午线北方向：是磁针在地面某点自由 静止后磁针所指的方向。 因此，陀螺仪测量北方向时首先要计算出真北与坐标北的夹角γ。
陀螺仪：
陀 螺 仪 是 什 么
陀螺仪可以看作是一个匀质的 转子，它的质量大部分集中在 轮缘上，它能围绕质量对称轴 高速旋转。
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陀螺仪定向
陀 螺 仪 特 性
陀螺仪的定轴性： 首先，通过移动红球在杠杆上的位臵使得杠杆达到静平衡位臵， 然后使陀螺仪转子高速旋转，此时陀螺仪转子轴的方向会保持不 变。产生这种现象的原因，是由于杠杆的重心与支点重合，重力 对支点没有形成力矩，可认为无外力矩作用在陀螺仪上。由此可 见，没有外力矩作用时，陀螺仪转子轴的方向保持不变，这种现 象称为定轴性。
并应确保相邻工程的高程控制网的衔接。
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第二章 联系测量
两井定向
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第二章 联系测量
在隧道施工中，常常需要通过竖井等设施进行地下的开挖， 为了保证各相向开挖面能正确贯通，就必须将地面控制网中的坐 标、方向及高程，经由竖井等设施传递到地下去，这种传递工作 称为联系测量。
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陀螺仪定向
陀 螺 仪 特 性
地球自转对陀螺仪的作用： 众所周知，地球绕地 轴一昼夜自转一周，从地 轴北端看是以逆时针方向 旋转，地球自转的角速度 矢量的水平分量会沿着南 北轴线指向北方。 由于陀螺仪的进动性， 当陀螺转子高速旋转时， 在重力矩作用下，陀螺转 子轴向重力矩矢量方向进 动，即陀螺转子向子午面 方向进动。因此，陀螺仪 就具有了指北的性能。
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陀螺仪定向
陀螺仪定向测量示意图
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陀螺仪定向
首先选取地面附近的
平 面 联 系 测 量 示 意 图
一条起算边进行陀螺
定向，从而计算出该 位臵的真北与坐标北 的差值（包括子午线 收敛角和仪器常数）。
注：仪器常数：当测线 的陀螺方位角与地理方 位角不一致时所产生的 差值。各地区的仪器常 数也不相同。
另外，隧道施工阶段还应该按照设计进行监控量测，这 是信息化施工的基本要求，更是确保施工安全的根本保证。
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第一章 地面控制测量
两井定向
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第一章 地面控制测量
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第一章 地面控制测量
卫星定位现阶段主要采用的是GPS测量技术，GPS网的精度标准根 据隧道的掘进长度及贯通精度等指标而确定，现阶段城市地铁工程主 要采用的是B级或C级网，对于长大隧道根据需要可能会建立更高级
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第二章 联系测量
平面联系测量方法总结比较表
联系测量方法 适用情况
适用于只有一个竖井 且竖井口环境能够形 成合格的联系三角形 的情况 适用于长大隧道及竖 井口狭小的情况
共同点
优点
成本低，不需特 殊仪器设备
缺点
操作复杂，对三角形 的形状有特殊要求， 耗时较长
联系三角形
陀螺仪定向
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高程联系测量
传递高程时，应该同时使用两台水准仪，两根水准尺和一把钢尺进行， 测量方法如上图所示：将钢尺悬挂固定在井口的架子上，将钢尺另一端 放入竖井中，并在该端挂一重锤（一般为10kg），并保证悬挂好的钢尺 不接触井壁且固定不伸缩滑动。由地面和地下的两台水准仪分别读取临 时水准点到钢尺的高差，两者之差就可计算出井上、井下两临时水准点 的高差值。
3）两井定向（投点定向）法； 4）导线直接传递法。
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第二章 联系测量
方法一：联系三角形法
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一井定向（联系三角形）
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一井定向（联系三角形）
a2 b2 c2 2bc cosα
a12 b12 c12 2b1c1 cosα 1
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一井定向（联系三角形）
联 系 三 角 形 法
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一井定向（联系三角形）
联 系 三 角 形 法
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一井定向（联系三角形）
联 系 三 角 形 法
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一井定向（联系三角形）
联 系 三 角 形 法
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