隧道洞外控制测量

隧道洞外控制测量
QB/ZTYJGYGF-SD-0401-2011
第五工程有限公司谯生有
1 前言
1.1工艺工法概况
随着测量技术的发展和测量器具的更新，隧道洞外控制测量技术得到了日新月异的发展。

隧道平面洞外控制测量最初是通过铟钢线尺测量基线然后用高精度经纬仪测角
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路隧道，洞外高程控制测量采用精密几何水准测量，既能满足精度要求，又能最大限度提高测量效率。

3 适用范围
适用于铁路、公路、地铁、水利、水电、矿山等隧道工程洞外控制测量。

4 主要引用标准
《铁路工程测量规范》TB10101
《高速铁路工程测量规范》TB 10601
《城市轨道交通工程测量规范》GB50308
《公路勘测规范》JTG C10
《水利水电工程测量规范（规划设计阶段）》SL 197
《工程测量规范》GB 50026
5 洞外控制测量施测方法
洞外平面控制测量采用导线测量、GPS测量施测，高程控制测量采用光电测距三
4～6
5000)地
有数，控制网该怎么布设、采用什么仪器、控制网的等级、控制误差的调整等等。

6.2.2洞外控制测量方案设计
根据相应工程测量规范，按照横向贯通中误差进行平面控制网设计，估算洞外控制测量产生的横向贯通误差影响值，并进行洞内测量设计。

水准路线大于5000m时，应根据高程贯通中误差进行高程控制网设计。

测量设计应结合隧道长度、平面形状、辅助坑道位置及线路经过的位置以及线路通过地区的地形和环境条件、测量设备、人员情
况，以满足隧道洞外控制测量精度为主要指标选择合理的测量方法，确定测量技术指标
及技术要求。

1 隧道贯通误差的分类及其限差
隧道的贯通误差包括：纵向贯通误差、横向贯通误差、高程贯通误差。

其在线路中线方向的投影长度称为纵向贯通误差，在垂直于中线方向的投影长度称为横向贯通误差，在高程方向的投影长度称为高程贯通误差。

在测量过程中，最重要的是横向误差和高程贯通误差，根据两开挖洞口间的长度,《铁路工程测量规范》规定横向贯通误差和高程贯通误差的限差如表1。

4 洞外高程控制网设计要素
表3 洞外高程控制网设计要素
高程适宜之处。

每个洞口的两个水准点间的高差，宜安置一次水准仪即可联测，视线应超越和旁离障碍物1m以上。

通过水田、沙滩时应适当增加视线高度。

隧道控制点应埋设混凝土不锈钢金属标志，水准点可以在稳固基岩上刻凿。

采用导线测量的隧道隧道过渡点设木桩小钉即可。

对于桥隧紧密相连或隧道紧密相连的情况，要布设统一的控制网，以利于线路中线的正确连接。

向洞内传算方位的定向边长度不宜小于300m。

洞口GPS控制点应方便用常规测量方法检测、加密、恢复和向洞内引测，洞口子网各控制点间应尽量通视。

选择布设哪种控制网为宜，应根据各单位所拥有的仪器情况，隧道横向贯通误差要求的大小，隧道线路通过地区的地形情况以及建网费用等方面进行综合考虑，对于长度大于4km的长大隧道应采用GPS定位技术进行控制测量。

用GPS进行隧道洞外控制测量，只需在洞口处布点，埋石与常规方法的要求相同，但选点位置直接影响GPS测量
5°。

铁路GPS控制网测量等级共分五等，各等级GPS测量主要技术指标应符合表4规定：
表4 各等级GPS控制网测量的主要技术要求
注：当基线长度短于500m时，一、二、三等边长中误差应小于5mm，四等边长中误差应小于7.5mm，五等边长中误差应小于10mm。

3）各等级GPS测量作业的基本技术要求应符合下表5规定：
表5 各等级GPS测量作业的基本技术要求
Ⅱ同步观测时段数及时段长度、采样间隔应符合规范要求；
Ⅲ作业过程中，天线安置严格整平、对中，每时段观测前后分别量取天线高，两次测量互差小于2mm，取两次平均值作为最终结果；
Ⅳ同一时段观测过程中不得关闭并重新启动仪器，不得改变仪器的参数设置，不得转动天线位置；
Ⅴ作业过程中中使用对讲机时，应远离GPS接收机10m以外；
Ⅵ一个时段观测结束后，应改变仪器高度重新对中整平仪器，进行第二时段的观测；
Ⅶ观测过程中应按规定填写观测手簿，详细记录观测点名、仪器高、仪器型号、出厂编号、观测时间及观测者姓名，并描绘点之记；
Ⅷ观测过程中若遇到雷雨、风暴天气应立刻停止当前观测，确保人员设备的安全。

5）GPS测量数据处理与平差
注：表中n为测站数，D为测距边长，以千米计。

在直线隧道中，为了减少导线量距误差对隧道横向贯通的影响，应尽可能将导线沿着隧道的中线敷设。

导线点数不宜过多（即在踏勘过程中将所选导线点边长尽量拉长），以减少测角误差对横向贯通的影响。

对于曲线隧道而言，导线亦应沿两端洞口连
线布设成直伸型导线为宜。

在设有横洞、斜井和竖井的情况下，导线应经过这些洞口。

为了增加校核条件、提高导线测量的精度，都使其组成闭合环。

为了便于检查，保证导线的测角精度，应增加闭合环个数以减少闭合环中的导线点数，以便将闭合差检查限制在较小范围内，每个导线环由4～6条边构成。

按闭合导线要求施测全部边和角，这样可以提高导线网的可靠性，并且可以形成高程闭合环。

为了减小仪器误差对导线角的影响，导线点间的高差不宜过大，视线应超越和旁离障碍物lm以上，以减小地面折光和旁折光的影响。

对于高
n——导线环（段）的角度个数。

由洞外向洞内的测角工作，宜在夜晚或阴天进行。

3）精密测角的一般原则：
Ⅰ观测应在目标成像清晰、稳定的有利于观测的时间进行，以提高照准精度和减小旁折光影响。

Ⅱ观测前认真调焦，消除视差。

一测回内不得重新调焦，以免引起视准轴变动。

Ⅲ按测回数进行配盘，以消除度盘分划误差，全站仪不存在该项误差。

Ⅳ上下半测回之间倒转望远镜，以减弱视准轴误差、水平轴倾斜误差等。

Ⅴ上下半测回照准目标的次序应相反。

Ⅵ每半测回开始观测前，照准部按规定方向先转动1-2周。

Ⅶ使用所有微动螺旋时，最后旋转方向均应为旋进。

Ⅷ观测过程中，照准部水准气泡应始终居中。

偏一格时，应在测回间重新整平仪器。

4）距离测量
1 水准测量
1）水准仪和水准标尺的检校
用于水准测量的仪器和标尺应送法定计量单位进行检定和校准，并在检定和校准的有效期内使用。

在作业期间，自动安平光学水准仪每天检校一次i角，气泡式水准仪每天上、下午各检校一次i角，作业开始后的7个工作日内，若i角较为稳定，以后每隔15天检校
一次。

数字水准仪整个作业期间应每天开测前进行i角测定。

一、二等及精密水准测量i角应小于15″，三、四等及五等水准测量i角应小于20″，超过要求应进行进行检校。

2）水准测量限差应符合下表7规定：
4）水准测量的观测方法应按下表9执行：
Ⅱ若同方向两高差不符值未超出限差，且其中数与另一单程高差的不符值亦不超出限差，则取同方向中数作为该单程的高差；
Ⅲ若1中的重测高差（或2中两同方向高差中数）与另一单程的高差不符值超出限差，应重测另一单程；
Ⅳ若超限测段经过两次或多次重测后，出现同向观测结果靠近而异向观测结果间不符值超限的分群现象时，如果同方向高差不符值小于限差之半，则取原测的往返高差
中数作往测结果，取重测的往返高差中数作为返测结果。

6）水准测量精度评定
根据往返测不符值计算的每千米高差偶然中误差应满足各等级水准测量精度要求，否则应重测返测不符值较大的测段。

2 光电测距三角高程测量
1）各等级光电测距三角高程测量的限差应符合下表10的规定：
表10 光电测距三角高程测量限差要求单位：mm
观测。

测站间两组对向观测高差的平均值之较差不应大于±12D mm。

5）所使用的仪器在作业前应按规范中各项指标的规定进行检校，仪器检校的各项要求应符合规定。

6.2.7洞外控制测量提交成果
1洞外控制测量技术设计书。

2控制测量技术报告：包括隧道名称、进出口里程及长度、平面形状及辅助坑道分布、测量依据、采用的技术标准、布网情况、施测方法、仪器型号、平差方法、坐标系
统、控制网与线路中线的关系、施测日期、特殊情况以及处理结果、施工注意事项、GPS测量参考椭球及其基本参数、隧道中央子午线经度等。

3洞外控制测量布网及线路关系（里程及曲线要素）示意图。

4 GPS点、导线点、三角点的坐标、边长及方位角成果表。

5角度、边长和高程观测精度及其计算方法，平差后的精度。

GPS控制测量独立基线闭合差计算结果、重复基线较差、外部检测比较和联测比较结果、基线向量及其改正数、WGS-84下的三维坐标及精度及平差后的二维坐标及精度。

7.2水准测量劳动力组织
表13 水准测量劳动力组织
7.3 GPS测量劳动力组织
表14 GPS测量劳动力组织
8.3 GPS测量主要机具配置
表17 GPS测量主要测量机具配置表
9 质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1 导线网闭合差超限。

9.1.2 水准测量往返闭合差超限。

9.1.3 GPS观测数据质量差。

9.1.4 GPS 基线闭合差超限。

9.1.5 光电测距三角高程往返高差互差超限。

9.1.6 控制点发生位移或沉降低。

洞外测量属于野外作业，人员安全风险主要有车辆交通、饮食、饮水、户外行走等，仪器设备安全风险主要有仪器设备在作业过程中的搬运及使用过程中的维护等。

10.2保证措施
10.2.1测前进行安全教育和安全技能培训。

10.2.2制订行车计划，对车辆进行安全检查，严禁疲劳驾驶。

10.2.3禁止酒后生产作业。

10.2.4禁止食用不易识别的野菜、野果、野生菌菇等。

10.2.5作业时穿戴好防护用品，防止滑倒和蚊虫叮咬。

10.2.6 进入环境不熟悉的无人区应找向导带路，防止迷路。

10.2.7仪器运送时，应由专人负责护送，并将仪器装入专门的运输箱内，放置仪器的地方要安全妥当，并应清洁和干燥。

10.2.7仪器开箱时，应防止滑落损坏，作业过程中，应小心操作，随时有人防护，并注意防尘防潮。

3个
3个二
SPS780
两个时段，控制网数据处理时，对观测基线进行了精细处理，基线环闭合差、重复基线差均满足要求后进行无约束平差，然后以隧道进出口CPPI为起算点进行约束平差，得到各开挖洞口GPS控制点平面坐标。

水准测量采用天宝DINI12电子水准仪按二等水准测量的技术要求往返观测，电子水准仪标称精度为0.3mm/km，由往返测不符值计算的每千米高差中数的偶然中午差为0.54mm，满足二等水准测量精度要求，水准路线起闭于隧道进出口设计单位布设的二等水准点上，附合路线闭合差满足精度要求，以进出口二等水准点为起算点进行高程控
制网约束平差，得到各开挖洞口的高程控制点高程。

12.3 工程结果评价
秦东隧道于2008年4月全线贯通，各贯通面最大横向贯通误差12mm（限差为100mm），最大高程贯通误差16mm（限差为50mm），实测贯通误差分别小于限差，贯通结果表明洞外控制测量精度满足要求。

由于洞外平面控制测量采用GPS测量技术，避免了测量人员翻山越岭，只需在洞口控制点安置GPS接收机自动观测即可，测量精度和测量效率大大提高，取得了良好的经济和社会效益。

12.4 测量效果及施测图片
图5 洞外控制点埋设图6 秦东隧道胜利贯通图3 GPS洞外平面控制测量图4 电子水准仪洞外高程控制测量。