隧道工程测量技术要点.ppt
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1、,隧道工程测量技术要点,隧道测量技术要点,Page 2,目 录,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,Page 3,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。,概述,Page 4,地铁测量技术要点,概述,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
2、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。,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。,两井定向,Page 5,第一章 地面控制测量,第一章 地面控制测量,Page 6,Page 7,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别的GPS控制网。,Page 8,第一章 地面控制测量,GPS网的布设:根据GPS点的分布
3、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、竖井口设置至少一个高精度的GPS控制点作为下一步联系测量的近井点。,Page 9,第一章 地面控制测量,GPS控制网网图-以某地铁控制网为例,Page 10,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。,Page 11,第
4、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,并应确保相邻工程的高程控制网的衔接。,两井定向,Page 12,第二章 联系测量,Page 13,第二章 联系测量,联系测量的概念,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。,P
5、age 14,第二章 联系测量,联系测量的内容,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。,第二章 联系测量,Page 15,平面联系测量的方法,方法一:联系三角形法,Page 16,第二章 联系测量,Page 17,一井定向(联系三角形),联系三角形测量示意图,Page 18,一井定向(联系三角形),实测地面近井点A到钢丝的距离b、c及洞内近井点D到钢丝距离b1、c1;实测A点与两根钢丝夹角及D点与两钢丝的夹角1,根据余弦定理可以分别计算出井上及井下钢丝间距a和a1,且a与a1差值应2mm:,再根据
6、三角形正弦定理,可以分别计算出、和1、1,从而将地面与地下形成完整的导线网。联系三角形锐角和1应小于1,近井导线点至悬挂钢丝的最短距离b或c与两根钢丝间距离a的比值应小于1.5。,Page 19,联系三角形法,一井定向(联系三角形),竖井口测量近井导线点坐标,近井点与精密导线点应构成附和导线或闭合导线,Page 20,联系三角形法,一井定向(联系三角形),联系三角形适用于井口比较小,竖井又比较深的情况。井口大多是小于10m的口径,井深大多超过20米。,Page 21,联系三角形法,一井定向(联系三角形),在竖井悬挂两根钢丝,钢丝间的距离a应尽可能长,且与近井点的三角关系满足规范要求。宜选用直径
7、为0.3mm钢丝,在两根钢丝上下适当位置分别贴上反射片。,Page 22,联系三角形法,一井定向(联系三角形),悬吊约510KG的重锤,Page 23,联系三角形法,一井定向(联系三角形),重锤应侵没在阻尼液(例如机油等)中,保持稳定,Page 24,联系三角形法,一井定向(联系三角形),全站仪于井口某一导线点上,该导线点与两根钢丝应形成直伸形三角形,与地面控制网组成附合导线或闭合导线。联系三角形锐角宜小于1,近井导线点至悬挂钢丝的最短距离与两根钢丝间距离c的比值宜小于1.5。,Page 25,联系三角形法,一井定向(联系三角形),在井下近井点置全站仪,测量方法与井上相同,将洞内的控制点与两根
8、钢丝通过导线方法连接起来,这样地面的方向和坐标就可以传递到隧道内了。,方法二:陀螺仪、铅垂仪(钢丝)组合法,Page 26,第二章 联系测量,Page 27,陀螺仪是什么,陀螺仪定向,陀螺仪: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。,Page 28,陀螺仪特性,陀螺仪定向,陀螺仪的定轴性:首先,通过移动红球在杠杆上的位置使得杠杆达到静平衡位置,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
9、向保持不变,这种现象称为定轴性。,Page 29,陀螺仪特性,陀螺仪定向,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。,外力矩矢量,动量矩矢量,进动角速度矢量,Page 30,陀螺仪特性,陀螺仪定向,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
10、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。,Page 31,陀螺仪特性,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。,Page 32,陀螺全站仪,陀螺仪定向,陀螺仪,全站仪,电源逆变器,三脚架,Page 33,陀螺仪
11、基本结构示意图,陀螺仪定向,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。摆动的中间平衡位置即为北方向。,Page 34,陀螺仪定向测量示意图,陀螺仪定向,Page 35,平面联系测量示意图,陀螺仪定向,首先选取地面附近的一条起算边进行陀螺定向,从而计算出该位置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
12、不一致时所产生的差值。各地区的仪器常数也不相同。,Page 36,平面联系测量示意图,陀螺仪定向,在隧道内选取两个导线控制点作为地下陀螺定向边,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。,Page 37,平面联系测量示意图,陀螺仪定向,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。,方法三:两井定向(投点定向)法,Page 38,第二章 联系测量,Page 39,两井定向,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
13、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。,Page 40,两井定向,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。,Page 41,两井定向,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中的平面坐标;,Page 42,两井定向,内业计算方法:,第二步:
14、设吊锤线A为原点,A1边为X轴方向,方位角=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。,Page 43,两井定向,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 为地下导线边在地面坐标系中的方位角,而,方法四:导线直接传递法,Page 44,第二章 联系测量,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。,Page 45,导线直接传递,Page 46,第二章 联系测量,平面联系测量方法总结比较表,两井定向,Pag
15、e 47,高程联系测量,第二章 联系测量,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:经由洞口或横洞传递高程;通过斜井传递高程;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。,Page 48,概 述,高程联系测量,Page 49,传递高程时,应该同时使用两台水准仪,两根水
16、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。,两井定向,Page 50,第三章 地下控制测量,地下控制测量,Page 51,地下控制测量,Page 52,地下平面控制测量的目的是以必要的精度,按照与地面控制测量统一的坐标系统,建立地下控制系统。根据地下控制点的坐标,就可以放样出隧道中线及其衬砌的位置,指出隧道开挖的方向,保证隧道在所要求的精度范围内贯通。,地下
17、控制测量,Page 53,地下平面控制测量的一般规定:控制点应根据施工方法宜埋设于隧道底板或两侧边墙上;地下控制点的起算点应利用直接从地面通过联系测量传递到地下的近井点;从隧道掘进开始,直线隧道每掘进约200m或曲线每掘进100m时应布设控制点,直线段点间距150200m,曲线段根据曲线半径大小间距不宜小于60m,且控制点间实现距隧道侧壁应大于0.5m。,地下控制测量,Page 54,根据隧道贯通的长度,地下控制导线点在隧道贯通前应至少独立测量三次,并应与竖井联系测量同步进行。重合点重复测量坐标值的较差应小于 30d/D(mm)其中d为控制导线长度,D为贯通距离,单位均为米。满足要求后,应取逐
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- 隧道 工程 测量 技术 要点
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