隧道控制測量方案設計與實施

1、<p>　　南陽師范學院20XX屆畢業(yè)生</p><p><b>　　畢業(yè)論文（設計）</b></p><p>　　題 目： 隧道控制測量方案設計與實施 </p><p>　　完 成 人： </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　學 制： </p><p>　　專 業(yè)： 測繪工程 </p><p>　　指導教師： </p&g

3、t;<p>　　完成日期： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要（1）</b></p><p><b>　　0引言.（1）</b></p><p>　

4、　1建隧道控制測量的基本原理及特點（1）</p><p>　　1.1平面控制測量方法（1）</p><p>　　1.2 GPS定位的誤差來源（1）</p><p>　　1.3 GPS測量的特點（2）</p><p>　　2 隧道控制測量方案設計（3）</p><p>　　2.1 平面控制測量方法設計（3）&

5、lt;/p><p>　　2.2 高程控制測量設計（3）</p><p>　　2.3 控制網的布設（3）</p><p>　　2.4 方案實施時注意細節(jié)（4）</p><p>　　3 結合長大隧道進行隧道控制測量方案的實施（5）</p><p>　　3.1 工程概述（5）</p><p>　

6、　3.2 控制測量方案設計（5）</p><p>　　3.1 平面控制測量設計（5）</p><p>　　3.4貫通誤差預計（6）</p><p>　　3.5洞內控制測量方案實施（6）</p><p><b>　　4 結束語（7）</b></p><p>　　參 考 文 獻（7）<

7、;/p><p>　　Abstract（8）</p><p>　　隧道控制測量方案設計與實施 </p><p>　　摘要：隧道地面控制測量的傳統方法是三角測量、邊角測量或導線測量。但由于隧道工程大多位于崇山峻嶺地形復雜地區(qū),常使地面控制測量存在以下兩個問題,一是由于通視困難,選點時必需尋找高點甚至建立高標,使工期長、費用高,二是工程性質決定了控制網的布設形式必為狹長延

8、伸形,從而減弱了控制網的圖形強度使控制點測量的精度很難提高。而GPS測量特別是貫穿樹木茂密通視困難地區(qū)隧道測量,GPS系統表現出傳統的測量技術無法比擬的優(yōu)越性。</p><p>　　關鍵詞：GPS測量；隧道控制網；數據處理</p><p><b>　　0 引言</b></p><p>　　保證長大隧道準確貫通，隧道控制測量是關鍵，對長大隧道貫通

9、，規(guī)范要求貫通精度很高，隧道洞內控制測量精度的高低直接影響到貫通的精度，為了保證隧道在允許精度內貫通，首先要對洞內控制測量進行設計，在未貫通前對已施測的測量成果進行相應的精度估算，為了保證相應的控制測量精度還要采取相應的測量方案設計。</p><p>　　在隧道建設過程中,由于細部放樣、施工等因素的影響,使得相向開挖的洞段中線不能理想地銜接而產生錯開的現象,即所謂貫通誤差。為了減小貫通誤差的影響使隧道的正確掘進,

10、施工測量放樣必須建立在滿足精度要求的控制測量成果基礎之上。因此隧道的控制測量精度質量對減小隧道橫向和高程貫通誤差、保障洞口內外的準確接線有著舉足輕重的影響,為保證隧洞在允許精度內貫通,首先要分別對洞內、洞外平面控制測量和高程控制測量方案進行設計,在未貫通前對已施測的測量成果進行相應的精度估算,采取合理的方案保證控制測量精度,以高質量的測量成果指導施工測量放樣保證工程順利完成。</p><p>　　1 建隧道控制測

11、量的基本原理及特點</p><p>　　1.1 平面控制測量方法</p><p>　　測量學中有測距交會確定點位的方法。與其相似，GPS定位也是利用測距交會的原理確定點位。 設想在地面上有3個無線電信號發(fā)射臺，其坐標已知，用戶接收機在某一時刻，采用無線電測距的方法，分別測得了接收機至3個發(fā)射臺的距離d1、d2、d3，只需以3個發(fā)射臺為球心，以d1、d2、d3為半徑，做出3個定位球

12、面，即可交會出用戶接收機的空間位置。雖然GPS衛(wèi)星是在不停的運動中，但總可以利用固定于地面上的無線電測距儀同時測定某一時刻的空間距離d1、d2、d3，應用測距交會的原理便可確定該時刻衛(wèi)星的空間位置。同理可以同時確定3顆以上衛(wèi)星的空間位置。反之利用3顆以上的衛(wèi)星已知位置又可交會出地面未知點(用戶接收機)的位置[1]。在GPS定位中，GPS衛(wèi)星是高速運動的衛(wèi)星。其坐標值隨時間在快速變化著。需要實時的由GPS衛(wèi)星信號測量出衛(wèi)星至測站的距離，實

13、時的由衛(wèi)星導航電文解算出衛(wèi)星的坐標值，并進行測站點的定位。根據其運動狀態(tài)可以將GPS定位分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位。由于靜態(tài)定位時，待定點位置固定不動，可以通過大量重復觀測提高定位精度，因此隧道控制測量采用靜態(tài)定位。</p><p>　　1.2 GPS定位的誤差來源</p><p>　　在利用GPS進行定位時，會受到各種各樣因素的影響。影響GPS定位精度的因素可以依據其具體來源分為以下四大類

14、：GPS衛(wèi)星有關的因素、與傳播途徑有關的因素、與接收機有關的因素、其它因素[2]。</p><p>　　1.3 GPS測量的特點</p><p>　?。?）測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便，對于隧道控制測量而言，只需在各開挖洞口布設控制點即可，無須設置過渡點。但測站上空必須開闊,以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。</p>

15、<p>　?。?）定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm， GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。大量實驗證明,在小于50km的基線上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100km～500km的基線上可達10-6～10-7。</p><p>　?。?）觀測時間短。在小于20km的短基線上，快速相對定位一般只需5min的觀測

16、時間即可。</p><p>　　（4）操作簡便，測量自動化程度很高。在觀測中，測量員的主要任務是安裝并開關儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其他觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。</p><p>　?。?）全天候作業(yè)。GPS觀測可在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣狀況的影響。</p><p>　　2 隧道控制測量方案設計</p&

17、gt;<p>　　2.1 平面控制測量方法設計</p><p>　　洞內平面控制測量在未貫通前都是支導線。當接到隧道工程施工任務時，首先要根據洞內相向開挖長度及設計貫通精度要求，對洞內導線進行設計，估算預期的誤差#確定導線施測的等級，以保證隧道施工中線的正確，即貫通精度符合要求，更為合理經濟的選擇測量設備和測量方案[3]。為提高測量精度，導線邊長盡量放長，根據誤差傳播定律，導線測角及量邊所引起的洞內

18、橫向貫通誤差為：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　其中 (2)</p><p>　　式中Rx為導線點至貫通面的垂直距離，dy為導線對貫通面的投影長度，mβ為洞內側角中誤差，為導線邊長相對中誤差。</p><p><b>　　(3)</b></p&g

19、t;<p>　　2.2 高程控制測量設計</p><p>　　隧道洞內高程控制測量精度直接影響的是高程貫通中誤差，根據水準測量誤差引起的高程貫通中誤差來確定高程控制測量的等級，洞內受洞外或洞內高程控制測量誤差影響所產生在貫通面上的高程中誤差按下式計算： </p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　式中為每千米

20、水準測量的偶然中誤差，L為洞外或洞內兩開挖洞口間隔高程路線長度，確定水準路線方案后，根據計算得中誤差對照規(guī)選取相應高程測量等級[2]。</p><p>　　2.3 控制網的布設</p><p>　?。?）洞外UPS控制網布設。洞外平面控制網按一等UPS網精度要求，采用UPS靜態(tài)測量模式測量，GPS接收機的精度指標符合5 mm士1 ppm。平面UPS控制網的布設考慮了控制隧道線路平面和洞口(

21、斜井)位置的需要以及GPS觀測對控制點周圍環(huán)境的要求，由洞口子控制網和洞口子網間的聯系網組成。洞口子網由大地四邊形、中點多邊形等強度較高的網形構成，子網內相互通視的邊采用GPS直接觀測基線;聯系網均由三角網構成[4]。在實地布網前，首先在1:10000地形圖上進行控制網設計，進行前期分析，制定質量保障措施?？刂泣c的選擇要同時滿足GPS觀測的要求和隧道控制測量對控制點的要求。洞口子網布設的控制點為4-5個，在選點時重點考慮后視進洞方便。洞

22、口設點的選擇重點考慮兩個因素:①洞口設點能夠與兩個及以上后視點通視;②洞口設點后視豎直角<50。洞口設點、線路中線控制點按設計坐標采用天寶GPS接收機用RTK技術測設，并使用全站儀進行了復核。</p><p>　　（2）洞內導線布設。洞內導線應在洞外控制測量的基礎上，結合洞內施工的特點布設。洞內導線應直接將洞口控制點作為起始點，沿線路中線的位置布設兩組導線進行測量，形成多邊形閉合導線環(huán)[2]。洞內導線的邊長

23、，應根據測量設計的要求并結合實際通視條件狀況選擇>300 m的長邊。導線點應布設在施工干擾小、穩(wěn)固可靠的地方，點間視線應離開洞內設施0.2 m以上[5]。水平角觀測宜在測回間采用儀器和規(guī)標多次置中的方法，并采用雙照準法(兩次照準、兩次讀數)觀測，由洞外引向洞內的測角工作，宜在夜晚或陰天進行,洞內導線邊長應采用II級及以上等級全站儀或光電測距儀進行觀測。 </p><p>　　（3）高程控制網的布設。高程控制

24、網的布設根據1:50000圖、1 : 10 000地形圖按隧道進出口和斜井洞口位置預選施測路線，再結合實地交通狀況進行勘探后決定最優(yōu)測量路線。本次南呂梁山隧道洞外控制測量共布設主水準附合路線1條，在隧道各進出口和斜井口作洞口水準點閉合環(huán)。為了方便施工引測及相互檢核，每個洞口設置3個水準點，3個洞口水準點中的2個設置在洞口，2點之間距離按能安置一次儀器進行觀測為原則，另一個水準點設置在安全區(qū)域，便于復核聯測;在主水準路線上和輔水準路線上每

25、2 km左右布設一個臨時水準點，每4 km左右布設一個長期水準點。高程控制網共布設洞口水準點19個，長期水準點33個。水準觀測采用電子水準儀按二等水準要求進行，水準儀的標準精度應滿足每公里高差偶然中誤差士0.3 mm。</p><p>　　2.4 方案實施時注意細節(jié)</p><p>　?。?）各洞口用作進洞邊的洞外控制點，其高差不宜太大，這樣可以有效地消除垂線偏差對橫向貫通誤差的影響，同時

26、進洞邊要有足夠的長度，最短不得小于150 m。</p><p>　　（2）洞內控制網的水平角觀測對橫向貫通誤差具有決定性的意義。為此，應盡可能提高水平角測量精度，并定期檢查儀器，尤其是儀器附件，如：對中器(無偏差)，腳架(穩(wěn)固)，水準器(正確整平)，對中桿(無偏斜)控制點(無位移)，防止系統誤差對成果的不良影響。</p><p>　?。?）隧道每開挖到一定長度時要及時增設導線點，并且要經常

27、性的檢測其正確性，確保隧道中線的正確性。</p><p>　?。?）要嚴格進行邊長的投影計算，正確計算各點平面坐標。</p><p>　?。?）施測中應當配備充足的照明和通訊工具，滿足測量工作需要。</p><p>　　3 結合長大隧道進行隧道控制測量方案的實施</p><p><b>　　3.1 工程概述</b><

28、;/p><p>　　改建鐵路滬漢蓉通道襄渝二線胡家營至安康段增建二線工程白石河二號隧道，起訖里程Dzk184+615~Dzk191+536，全長6921m，該隧道設有白水河橫洞（位于隧道進口端，與隧道交匯于Dzk184+845），東 溝 斜 井 （與 隧 道 交 匯 于Dzk188+825）兩個輔助坑道。該隧道進口端位于曲線半徑 R=1600 m 的圓曲線和L=190緩和曲線上，其余為直線段，由于該隧道屬于長大隧道，

29、對貫通精度要求比較高，而且本工程存在兩個貫通面，進口段白水河橫洞到東溝斜井為第一貫通段（全長5 130 m）東溝斜井到出口段為第二貫通段（全長 3635 m），給洞內控制測量帶來了很大的困難[6]。</p><p>　　3.2 控制測量方案設計</p><p>　　隧道貫通面上貫通誤差的影響值，由洞外，洞內控制測量兩部分組成，由于洞外采用 GPS 網作控制來保證洞外控制精度，因此本設計只對

30、洞內控制測量進行設計，為保證高精度貫通，本設計第一貫通面（進口至東溝斜井段） 按總橫向中誤差75 mm，高程中誤差 25 mm 進行設計，第二貫通面（東溝斜井至出口段）按橫向中誤差 50 mm，高程中誤差 25 mm 進行設計，而且由于該隧道大部分位于直線上，導線邊長按照 250 m 進行設計[4]。</p><p>　　3.3 平面控制測量設計</p><p>　　按上述布設方案Rx，d

31、y</p><p><b>　?。?）洞內計算</b></p><p>　　依據各導線點至貫通面的垂直距離計算的結果為：</p><p><b>　　第一貫通面：</b></p><p><b>　　第二貫通面：</b></p><p><b>

32、;　　洞內計算</b></p><p>　　依據各導線邊在貫通面上的投影長度的計算結果為：</p><p><b>　　第一貫通面：</b></p><p><b>　　第二貫通面：</b></p><p>　　3.4 貫通誤差預計</p><p>　　第一貫通段

33、（進口向水河橫洞至東溝斜井段）：</p><p><b>　　(5)</b></p><p><b>　　(6)</b></p><p><b>　　(7)</b></p><p>　　第二貫通段（東溝斜井至出口段）：</p><p><b>

34、　　(8)</b></p><p><b>　　(9)</b></p><p><b>　　(10)</b></p><p>　　鑒于上述預計是按單導線公式計算，而實施中采用主#副導線網方案，其精度顯然高于前者，因此本估算方案有較大的安全余地，這時，按本設計方案實施洞內控制測量所能達到的預計橫向貫通中誤差滿足了

35、《新建鐵路工程測量規(guī)范》所規(guī)定的貫通中誤差的精度要求，可以達到隧道高精度貫通的設想[7]。</p><p>　　3.5 洞內控制測量方案實施</p><p>　　為保證隧道準確貫通,增加洞內導線的檢核條件洞內布設成附合導線[8]。為減少觀測誤差及布點工作量, 可將洞內部分中線點作為導線點,導線易布設成折線直伸形,按照由高級到低級的控制原則,洞內導線為一級導線,按四等導線技術要求進行觀測,布

36、設見圖1。</p><p><b>　　圖1 隧道導線網圖</b></p><p>　　這種布設方法的優(yōu)點是,將部分中線點納入導線中,一可以檢查中線點精度(根據中線點里程, 推算中線點的設計坐標與實測坐標進行比較，另外,由于采用了部分中線點,減少了埋點的工作量。</p><p>　　洞內外聯測，應選在陰天，氣溫穩(wěn)定，無風情況下進行。洞內控制測量

37、的水平角觀測在不同時段采用方向觀測法測4個測回[9]。測距采用對向觀測，其中豎直角觀測4個測回，測距6次，邊長歸算考慮氣象改正，投影改正。投影面高度為隧道內軌頂面平均高程210m（GPS網投影高程面）。</p><p>　　高程測量嚴格按照《新建鐵路觀測規(guī)范》三等水準測量要求進行，采用往返不同線路進行施測，在往返閉合差滿足要求時，取往返平均值[10]。洞內控制測量應在施工不影響時進行，并加強通風，保證照明充分，提

38、高精確度。以良好的施測環(huán)境，確保測量的精度。洞內導線向前延伸，施測時必須聯測三個以上同等級控制點，在確定前面點位正確無誤后方可向前延伸。</p><p><b>　　4 結束語</b></p><p>　　分析了隧道建設過程中的總體方案設計方法,主要包括以貫通誤差為指導下的對洞內、洞外、高程控制網的布設,測量路線的確定、數據處理方法、質量檢查方法等,利用測量精度計算貫

39、通誤差的影響的估計值,若出現問題,必須再次進行檢查或者修訂測量方案,保證測量精度、貫通誤差均滿足要求,使隧道正確掘進。提出了施工過程中應當注意的事項,可為其他隧道施工的設計提供一套標準作為參考,指導施工測量工作的順利進行。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 祝國瑞,郭禮珍,尹貢白,等.地圖設計與編繪[M].2版.武漢:武漢

40、大學出版社,2010</p><p>　　[2] 馬晨燕,祝國瑞,邱險高.基于DEM的地貌暈渲地圖的研制:以“深圳市掛圖”為例[J].北京：測繪信息與工程,2004,29(5):17-18</p><p>　　[3] 陳軍,史培軍,王東華,等.汝川地震災害地圖集編制工程[J」.武漢：中國工程科學，2009,11（8）：24-28</p><p>　　[4] 趙虎,李

41、霖,龔健雅.通用地圖投影選擇研究[J].武漢：信息科學版，2010,35（2）：224-247</p><p>　　[5] 胡云崗,陳軍,趙仁亮,等.地圖數據縮編更新中道路數據匹配方法[J].武漢：信息科學版,2010,35(4):451-456</p><p>　　[6] 成英燕,程鵬飛,顧旦生,等.三維4參數模型實現地圖到CGcS2000的轉換[J].武漢：信息科學版,2010,35(

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44、e traditional method of measuring control system of tunnel is triangulation, edge angle measurement or wire measurement. But due to tunnel engineering are mostly located in the high mountains and lofty hills complex terr

45、ain area, often make the ground control measurement has the following two problems, one is the intervisibility difficult, site selection must find high even build high standard, the long construction period, high cost, t