1、1隧道洞内测量QB/ZTYJGYGF-SD-0402-2011第五工程有限公司 谯生有1 前言1.1 工艺工法概况洞内测量的主要目的是使隧道各开挖面之间正确贯通，洞内各结构物建筑界限满足规范要求，主要测量内容有洞内控制测量、贯通测量、施工测量。70 年代以前，洞内控制测量多采用钢尺量距导线，中线测量多采用偏角法、正倒镜穿线法，断面测量一般采用皮尺花杆进行测量。70 年代以后，随红外测距仪、全站仪广泛应用于测量领域，洞内控制测量采用光电测距导线，中线放样多采用极坐标法，断面测量采用全站仪极坐标法进行测量。1.2 工艺原理在隧道洞内布设导线点，自洞外控制网向洞内导线点引测坐标、高程，保证洞内外导线
2、点成果为统一的坐标系统，利用洞内导线点成果指导隧道的开挖、衬砌，确保相邻贯通面正确贯通，隧道几何尺寸满足界限要求。2 工艺工法特点应用全站仪导线测量测设洞内控制点坐标，水准测量或者光电测距三角高程测量测量洞内水准点高程，采用全站仪极坐标法进行施工放样和断面测量，利用常规测量仪器即可完成洞内测量任务，测量原理简单，测量工艺经济合理。3 适用范围适用于铁路、公路、地铁、水利、水电、矿山等隧道工程洞内测量。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
3、工程测量规范GB 500265 洞内测量施测方法2洞内控制测量采用闭合环导线施测，导线环边数为 46 条，导线环随开挖向前推进，对中短隧道洞内导线布设为平面、高程三维网，对于特长隧道，洞内高程采用高精度几何水准测量施测，中线放样和断面测量采用全站仪极坐标法施测，贯通误差的调整采用导线平差法或中线调整法进行调整。6 工艺流程及操作要点6.1 洞内测量工艺流程洞内测量主要包含洞内控制测量、贯通测量、施工测量三大部分，测量流程如下图。收集资料方案设计选点埋桩外业观测数据质量检核编制控制测量成果报告数据处理与平差合格不合格贯通测量贯通误差调整洞内控制测量洞内测量施工测量断面测量施工放样成果资料归档3图
4、 1 洞内测量工艺流程图6.2 操作要点6.1.1 收集资料应收集与洞内控制测量、施工放样有关的规范、标准、作业指导书等，作为测量工作的技术依据。另外还应收集隧道平面图、纵断面图、隧道所在曲线要素、各辅助导坑几何形状及平面位置设计图、隧道断面及细部设计图纸、计单位的洞外控制点成果、隧道控制测量成果报告、施工单位编制的施工组织设计等，作为洞内控制测量精度估算和施工放样数据计算的依据。6.1.2 洞内控制测量方案设计隧道长度大于 1500m 时，应根据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
5、行高程控制网设计。1 洞内控制网技术设计内容1）根据洞外平面控制测量精度估算贯通误差，验算洞外控制网测量的横向贯通误差影响值。2）根据洞口不同控制点组合估算的横向贯通误差，选择引测进洞联系边。3）根据洞内允许横向贯通误差设计洞内导线测量精度。4）洞外高程控制测量施测后，按洞外高程测量平差精度验算高程贯通误差影响值，设计洞内高程控制测量精度等级。2 洞内平面控制网设计要素表 1 洞内平面控制网设计要素测量部位 测量方法 测量等级适用长度（km ）测角中误差（） 边长相对中误差二 920 1.0 1/100 000隧道二等 69 1.3 1/100 000三 36 1.8 1/50 000四 1.
6、5 3 2.5 1/50 000洞 内 导线测量一级 1.5 4.0 1/20 0003 洞内高程控制网设计要素4表 2 洞内高程控制网设计要素测量部位 测量等级两开挖洞口间高程路线长度（km）每千米高程测量偶然中误差（mm）二 32 1.0三 1132 3.0四 511 5.0洞 内五 5 7.56.1.3 洞内导线控制测量1 选点埋桩洞内导线边长应根据测量设计确定，导线边长在直线段不宜短于 200m，曲线段不短于 70m，在条件许可的情况应尽量设置长边，导线点布设在施工干扰小、稳固可靠、便于设站的地方，视线应旁离洞内设施 0.2m 以上。洞内水准点应每 200500m 设置一对点，点位设置
7、在洞内不易被碾压破坏的地方。控制点可采用混凝土现场浇注的方法埋设。2 洞内导线施测1）洞内导线的布设形式洞内导线应布设为多边形闭合环，每个导线环由 46 条边构成，如图 2 所示，长隧道宜布设为交叉双导线。当采用辅助平行导坑进行施工时，平行导坑方案的主要特点是平行导坑相向独头掘进先于正洞贯通，在平行导坑中形成多个工作面进行正洞的开挖，从而达到正洞快速施工的目的。平行导坑与正洞长度相当，最后将导坑扩挖与正洞形成双线。由于平导独头掘进，便于在平导内布设高精度的导线网，导线网随施工的掘进不断向前推进，平导贯通后，可对平导高精度导线进行统一平差及贯通误差调整，由于平导5需要二次扩挖，采用平差法调整贯通
8、误差既可以提高洞内精密导线网的整体精度，又不会对平导扩挖造成影响，贯通误差调整后的导线网成果可指导正洞开挖和平导的扩挖。由于先调整贯通误差，后指导平导的二次扩挖和正洞的后续开挖，贯通误差的调整对隧道建筑界限的影响相对较小。这种施工模式控制网一般按图 3 布设。平行导坑内导线布设为多边形闭合环，正洞导线由平导经横通道向内引测，采用主副导线进行测量，各横通道间分段贯通。平导独头相向贯通后贯通误差采用导线平差法进行调整，采用调整误差后的平导导线成果指导正洞未贯通段的施工中线。2）洞内导线测量注意事项 洞内导线测角、测距技术要求可参照洞外控制导线测量的相关要求。 洞内导线应尽量沿线路中线布设或与线路中
9、线平移一适当距离左右交叉布设，边长要接近等边。 对于大断面的长隧道，可布设成多边形闭合导线环。有平行导坑时，平行导坑的单导线应与正洞导线联测，以资检核。 长边导线的边长应按贯通要求进行设计，当导坑延伸至两倍洞内导线设计边长时，应进行一次导线引伸测量。每测定一个新导线点时，都需对以前的导线点作检核测量。 进行角度观测时，应尽可能减小仪器对中和目标偏心误差的影响。一般在测回间采用仪器和觇标重新对中，在观测时采用两次照准两次读数的方法。若照准的目标是垂球线，应在其后设置明亮的背景，建议采用对点器觇牌照准，用较强的光源照准标志，以提高照准精度。 边长测量中，当采用电磁波测距仪时，应防强灯光直接射入照准
10、头，应经常拭净镜头及反射棱镜上的水雾。凡是构成闭合图形的导线网（环） ，都应进行平差计算，以便求出导线点的新坐6标值。当隧道全部贯通后，应对地下长边导线进行重新平差，用以最后确定隧道中线。 对于大断面的长隧道的地下导线，由于采用全站仪测距，地下导线在布设上有较大的改变，例如不再是支导线而成环状，导线点不再严格地布设在隧道中线上，而是布置在便于观测，干扰小、通视好且坚固稳定的地方。 对于短边（斜井平坡段） ，宜采用强制对中的三联脚架法测角测边，以提高精度。 洞口进洞边引测时，应选择阴天或者夜间气象稳定的时间段进行观测，避开阳光照射、洞内外光线和温度变化剧烈的时间段。 单口掘进导线长度较长时，应加
11、测不低于 6的陀螺定向边。 洞内四等及以上导线平差应采用严密平差法进行平差计算。6.1.4 洞内高程控制测量洞内高程一般采用水准测量进行往返观测，按照测量设计要求的精度施测，其技术指标及观测限差参照洞外测量对高程测量的技术要求。隧道较短时可采相应水准测量等级要求的光电测距三角高程施测。洞内水准点应定期复测，水准点向前沿伸测量时，应复核起算点高程无误后方可进行。6.1.4 施工测量1 施工放样洞内施工放样时，可在主控导线基础上布设边长 50150m 的施工导线，用于进行洞内施工放样测量，可采用全站仪极坐标法进行放样。采用导线测设的中线点，一次测设不少于 3 个，并相互进行复核。2 断面测量每次钻
12、爆前，应在开挖断面上标示隧道中线，轨顶高程线和开挖轮廓线。断面测量可采用自动断面仪法，或采用具有无接触目标测量功能的全站仪配置相应的软件进行测量，还可以采用全站仪极坐标法或者断面支距法进行测量。6.1.5 贯通测量1 贯通误差测定1）采用中线法测量的隧道，贯通之后，应从相向测量的两个方向各自向贯通面延伸中线，并各钉一临时中桩，丈量出两临时中桩之间的距离，即得隧道的实际横向贯通7误差，两临时桩的里程之差，即为隧道的实际纵向贯通误差。2）采用导线作洞内控制的隧道，可由进测的任一方向，在贯通面附近钉设一临时桩点，然后由相向的两个方向对该点进行测角和量距，各自计算临时桩点的坐标。其Y 坐标的差数即为实
13、际的横向贯通误差，其 X 坐标之差为实际的纵向贯通误差。在临时桩点上安置经纬仪测出角度，以便求得导线的角度闭合差(也称方位角贯通误差)。3）由两端的水准点分别测出贯通面附近的临时点的高程，其高程差即为实际的高程贯通误差。2 贯通误差调整调整贯通误差的工作，原则上应在隧道未衬砌地段上进行，不再牵动已衬砌地段的中线，以防减小限界而影响行车。在中线调整之后，所有未衬砌地段的工程，均应以调整后的中线指导施工。对于用地下导线精密测得实际贯通误差的情况，当在规定的限差范围之内时，可将实测的导线角度闭合差平均分配到该段贯通导线各导线角，按简易平差后的导线角计算该段导线各导线点的坐标，求出坐标闭合差。根据该段
14、贯通导线各边的边长按比例分配坐标闭合差，得到各点调整后的坐标值，并作为洞内未衬砌地段隧道中线点放样的依据。高程贯通误差调整时候，贯通误差采用高程平差法进行调整。7 劳动力组织洞内测量内容主要有洞内导线测量、高程测量、施工测量，应根据不同测量内容进行劳动力组织，各工序一个作业组劳动力组织见下表 3、表 4、表 5。7.1 洞内导线测量劳动力组织表 3 洞内导线测量劳动力组织人 数序号 工作项目 主要作业内容测量技术员 测量工1 全站仪观测 操作全站仪、全面协调 12 记录 记录观测数据、量仪器高 13 前视点 找点、安置对点器、量仪器高 1 14 后视点 安置对点器、量仪器高 13 小计 2 3
15、7.2 洞内水准测量劳动力组织表 4 洞内水准测量劳动力组织序号 工作项目 主要作业内容 人 数8测量技术员 测量工1 水准仪观测 操作水准仪、全面协调 12 前尺 扶尺、照明 23 后尺 扶尺、照明 24 记录 记录观测数据 15 小计 1 57.3 洞内施工测量劳动力组织表 5 洞内施工测量劳动力组织人 数序号 工作项目 主要作业内容测量技术员 测量工1 全站仪观测 操作全站仪、全面协调 12 记录计算 记录观测数据、量仪器高 13 放点 放样点位、照明 24 小计 1 38 主要机具设备一个开挖作业面需要的测量机具见下表 6：表 6 洞内测量主要测量机具序号 机具设备名称 规格型号 单位
16、 数量 用途1 全站仪 2级或以上 导线测量、施工放样2 对点器 对中相对精度 1/3000 套 2 导线测量、对后视点3 对中杆 付 1 施工放样4 水准仪 DS3 台 1 高程放样5 塔尺 对 1 高程放样6 精密水准仪 DS1 或以上 台 1 水准测量7 水准尺 因瓦 对 1 水准测量8 尺垫 5kg 只 2 水准测量9 钢卷尺 3m 把 3 丈量尺寸、量仪器高9 质量控制9.1 易出现的质量问题9.1.1 洞内导线闭合差超限。9.1.2 洞内导线点发生位移或沉降。9.1.3 洞内水准点往返闭合差超限。9.1.4 洞内中线放样错误造成隧道超欠挖。9.1.5 贯通误差超限。9.2 保证措施
17、9.2.1 测量使用的仪器必须经法定计量检定单位检定合格，并在检定有效期内，使9用过程中应及时进行校正，使仪器设备处于良好的工作状态。9.2.2 洞内导线测量测量前应对隧道内进行通风，确保观测视线清晰，并应用碘钨灯对觇牌对称照明，提高水平角观测精度。9.2.3 控制点埋设时，应尽量避开施工车辆经常碾压的地方，控制点埋设时混凝土没有完全凝固时，应对控制点做好防护标志，确保控制点埋设稳固，不得将控制点埋设在虚碴上。9.2.4 洞内导线点每次使用前应对导线点稳定性进行检测，掌子面距离最近导线点的距离大于洞内导线设计边长的 2 倍时，应对原导线点进行复测，并对导线网进行延伸测量。9.2.5 洞内导线点
18、经复测发生位移或沉降时，应及时与洞内控制测量单位联系解决，由控制测量单位对位移或沉降导线的成果进行再次确认和修正。9.2.6 洞内水准测量时，周围施工机械应停止施工，防止机械震动影响观测精度。9.2.7 洞内施工测量放样时，放样计算资料及放样点必须经过复核，点位放样完后应重新后视进行复核，或者置镜不同导线点进行检核。9.2.8 导线点使用前应采用检测相邻导线点之间的角度、距离，高程控制点应检测相邻高程点之间的高差，当发现导线点发生位移或者高程点发生沉降，应逐站检测至稳固可靠的控制点上，重新计算发生位移和沉降的控制点成果，避免因控制点位移或沉降造成测量误差过大造成贯通误差超限。10 安全措施10
19、.1 主要安全风险分析洞内测量作业过程中，对测量人员和测量设备可能造成伤害的风险因素主要有高空坠物、触电、围岩坍塌及隧道内的施工车辆碰撞等。10.2 保证措施10.2.1 应加强测量人员的安全教育。10.2.2 测量人员进洞作业必须戴安全帽。10.2.3 测量作业时，测量人员或设备上空的其他高空施工作业应停止。10.2.4 量测过程中应随时保持警惕，注意观察作业面附近的围岩稳定情况，一旦有塌方迹象，应立即将人员和设备撤离至安全地带。10.2.5 测量作业时，应设置灯光警戒，防止测量施工车辆对测量人员和测量设备造成伤害。1010.2.6 加强洞内电力、通风、排水管线路的管理，防止漏电、漏风伤人。
20、11 环保措施隧道内进行测量作业时，不乱丢弃杂物，不得对施工通风、排水等设施造成影响和破坏。12 应用实例12.1 工程简介西安安康线秦岭特长隧道线全长18.456km，采用常规的钻爆法施工，全隧仅中间一个贯通面，工程设计要求横向贯通中误差为100mm ，远远高于现行新建铁路工程测量规范中规定的1720km隧道贯通中误差250mm 的规定。并且线隧道超前线隧道贯通，为线首次使用TBM掘进机提供可靠的测量数据，而洞内控制测量的精度又是决定全隧能否按规定限值正确贯通的关键。因此，线隧道洞内控制测量精度的好坏对整个工程的意义将十分重大。长大隧道洞内施工作业繁忙，循环紧凑，工程工期紧，没有多余时间用于
21、控制测量；洞内机动柴油车运输对测量工作干扰；通风只能保证齐头的通视条件良好，而隧道中部烟尘较大。这些不仅给测量工作增加了难度，相应地也提出了很高的技术要求。12.2 施测情况秦岭隧道洞内导线测量按一等导线布设，设计测角中误差0.7，测边相对中误差：1/200 000，洞内导线布设为6边形闭合环，导线平均边长800m，测量采用碘钨灯照明，导线网图形如图2所示，每次导线沿伸后，与前面已经施测的导线网观测数据统一平差，导线测量使用的仪器为徕卡TC2002全站仪，标称测角精度0.5，测距精度1mm+1ppm。高程采用二等水准测量施测，每800m设置一对二等水准点，水准测量采用蔡司NI007自动安平水准
22、仪施进行往返观测，水准标尺立于打入隧底的尺桩上。每150m加密一个施工导线点，施工导线点采用四等导线施测，每200m加密一个施工水准点，加密施工水准点采用四等水准测量施测，中线测量、断面测量采用极坐标法。12.3 工程结果评价 秦岭洞内导线共形成6个闭合环，两个三角形，按菲列罗公式计算的测角中误差为0.4“，平差后的单位权中误差为0.34。不考虑洞外起始方位角、起算点坐标误差，则靠近贯通面的导线点ID25相对于J1的横向位差为m=30mm。测量精度满足一等导线技术要求，隧道贯通后，横向贯通误差为12mm（限差为200mm），高程贯通误差为1mm（限11差为50mm），贯通精度远高于限差要求，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 4 TC2002 全站仪联测进洞边 图 5 TC2002 全站仪洞内导线测量图 6 碘钨灯为觇标照明 图 7 NI007 精密水准仪引测二等水准图 8 隧道断面测量 图 9 中线放样使用的对中杆12
