第10章 道桥隧工程测量.ppt

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1、测量学第十章道路桥梁隧道工程测量,1,93,10-1 道路工程测量概述,道路工程包括铁路和公路工程。铁路工程分为高速铁路、主干铁路、地方铁路，道路工程分为联系城市之间的公路(包括国道和高速公路)、城市道路(包括高架道路地下铁路)、工矿企业的专用道路以及为农业生产和农民生活服务的农村道路,由此组成全国道路网。,道路工程测量也应遵循“先控制后细部”的原则。道路工程为线形工程，控制网只沿线路方向布设，是一个长度达数公里、数十公里甚至数百公里而宽度只有数十米或数百米的狭长带状控制网，并且需要与国家或城市控制网联测，以纳入统一的大地坐标系统。,传统上用导线布设道路工程的平面控制网，用水准路线布设高程控制

2、网。全球导航卫星系统（GNSS）技术为道路测量建立控制网提供了新的方法。,2,93,道路GNSS控制网,某高速公路中的一段的GNSS控制网图,3,93,初测  在路线范围内，测绘带状地形图、纵断面图，收集地质、水文等资料，为初步设计提供依据。定测  在选定设计方案的路线上进行中线测量、纵、横断面测量、带状地形图测绘。,为道路工程建立高程控制的路线水准测量称为基平测量，常用三四等水准测量来建立。GNSS高程测量也可用于路线测量中的基平测量。,路线勘测一般分为“初测”和“定测”两个阶段。,道路经过定测后进行技术设计，它的平面线型、纵坡、横断面等已有设计数据和图纸，即可进行道路施

3、工。施工前和施工中，需要恢复中线、测设路基边桩和竖曲线等。这些测量工作总称为道路施工测量。以下主要介绍道路定测和施工测量。,4,93,10-2 道路中线测量,道路中线的平面几何线型由直线和曲线组成。中线测量工作主要包括：测设中线上各交点(JD)和转点(ZD)、量距和钉桩、测量交点上的偏角、测设圆曲线和缓和曲线的主点(直圆ZY,曲中QZ,圆直YZ,圆缓YH,缓圆HY)和细部点等。,ZY 直线和圆曲线连接点QZ 圆曲线的中点YZ 圆曲线和直线连接点YH  圆曲线和缓和曲线连接点HY 缓和曲线和圆曲线连接点,5,93,上图的圆曲线和缓和曲线组成一组反向曲线段,山区道路的反向曲线段,6,93

4、,一、路线的交点和转点测设交点 路线的相邻直线段的相交之点。是详细测设道路       中线的控制点。在初测的带状地形图上进行纸上       定线，设计交点的位置，然后实地测设。转点 路线直线段上的点。定线测量中，当相邻两交点       互不通视或直线段较长时，每隔2003O0m设一       转点, 以便在交点测量转折角和直线量距时作为       照准和定线的目标。,()交点测设  图上量得与地物的  关系测设路线交

5、点 (例如用距离交会法),道路中线,道路中线,交点,房屋,电线杆,7,93,根据导线点测设路线交点,8,93,穿线法测设路线交点,导线,导线,道路中线,道路中线,导线点,交点,测设的转点不严格在一条直线上。用目估法或经纬仪视准法定出一条直线，使尽可能靠近这些测设点，这一工作称为穿线。,测设点P1P2P3P4不在一直线上,导线沿道路中线布设，可按邻近的导线点用极坐标法测设交点。,路线的相邻直线段(AB,CD)用穿线法定出后,可用延长相交法测设交点(JD)。方法：将经纬仪安置于B点，瞄准A点，倒转望远镜，在视线方向上,接近交点JD的概略位置前、后打下两个桩（称为骑马桩）采用延长直线的“正倒镜分中法

6、” 在该两桩上定出a，b两点，并钉以小钉,拉上细线；将经纬仪搬至C点, 后视D点,同法在交点概略位置前,后打下两个骑马桩, 定出c,d两点,拉上细线；在两条细线相交处打下木桩 ,并钉以小钉, 得到交点JD。,D,JD,A,B,C,9,93,a,b,c,d,二、 路线转折角的测定,路线前进方向,10,93,在路线的交点上，应根据交点前、后的转点测定路线的转折角。通常测定路线前进方向的右角，用DJ2或DJ6级经纬仪观测一个测回。按角计算出路线交点处的偏角，当180时，为右偏角（路线向右转折），当180时，为左偏角（路线向左转折）。,最后定出转折角的分角线方向,三、 里程桩的设置,里程桩的作用：标定

7、路线中线的位置,注明类别和离起点的距离；   (例: JD 3+135.12   交点,离起点3135.12m)测量路线纵、横断面的依据；便于计算工程量。,11,93,距离为50m整数的整桩,地物加桩(涵洞),曲线主点桩(ZY),方桩(标明点位),扁桩(指明方桩所在和性质),10-3 道路圆曲线的测设,一、圆曲线主点测设主点测设元素的计算:,12,93,切线长,曲线长,外矢距,曲切差,根据主点元素测设圆曲线,主点桩号的计算,计算检核：,YZ 桩号 = JD 桩号+T-J,13,93,桩号计算：,道路中线不经过交点,圆曲线中点和终点的桩号必须从圆曲线起点的桩号沿曲线的长度推算

8、而得。而交点桩的里程已由中线测量获得,因此可根据交点的里程桩号及圆曲线测设元素计算出各主点的里程桩号。,一、 圆曲线主点的测设,1.曲线起点(ZY)的测设经纬仪安置在JD点,后视相邻交点,按视线方向测设切线长T，即为ZY点。2.曲线终点(YZ)的测设经纬仪前视相邻交点,按视线方向测设切线长T,即为YZ点。3.曲线中点(QZ)的测设测设路线转折角的分角线方向(曲线中点方向),测设外矢距E,即为QZ点,14,93,（用极坐标法测设 方向,距离）,二、圆曲线的细部点测设,偏角法测设数据计算:(偏角即弦切角)细部点P1P2P3P4(整桩),l0整桩间弧长(整弧),l1 ln+1(非整弧)所对圆心角分别

9、为 0   1  n+1：,15,93,（一）偏角法(曲线上的细部点为应设置的里程桩),93,16,根据弦切角为同弧所对圆心角之半：,同弧所对的弦长为：,根据弦切角和弦长,以切线为起始方向,用极坐标法测设Pi,93,17,表10-1   圆曲线细部点偏角法测设数据(R=120m),测设方法：经纬仪(或全站仪)置于ZY点,以JD定向,转过偏角按短弦c(相邻点距离)或长弦C(起点至该点)测设点位Pi。,(二)  圆曲线细部点测设的极坐标法,18,93,计算各细部点坐标,置全站仪于控制点,用极坐标法测设点位是功效最高的方法。,主点和细部点坐标计算方法：1.按交

10、点坐标和圆曲线元素计算曲线主点坐标；2.按圆曲线起点坐标根据偏角和长弦 C计算Pi点坐标。,93,19,表10-2  圆曲线细部点坐标计算(按偏角和长弦),10-4 道路缓和曲线的测设,一、 缓和曲线计算,20,93,车辆在平面线型为圆曲线的公路或铁路上行驶，会产生离心力,正比于车速,反比于曲线的半径。离心力影响行车安全，须用公路外侧超高或铁路外轨超高使车辆向曲线内侧倾斜来抵消这种离心力。超高不应突然产生，因此需要在直线段与曲线段之间插入一段“缓和曲线“作为过渡。,高速公路的圆曲线两端必须设置缓和曲线使外侧超高均匀地增加,21,93,曲线部分的路基横断面,（一）缓和曲线的理论,22,

11、93,圆曲线半径 R缓和曲线半径 r = R缓和曲线弧长 l i缓和曲线全长 l S任意常数C,缓和曲线的数学关系式：,r =R,r =,8,半径与弧长成反比,缓和曲线和圆曲线的独立坐标系,23,93,为了求得缓和曲线长度与点位的关系,建立以ZH为原点,以切线方向为纵轴的独立坐标系。,为缓和曲线上任一点的切线方位角,o 为HY点的切线方位角, j 为圆曲线点的切线方位角,缓和曲线,圆曲线,缓和曲线点和圆曲线点的独立坐标系坐标,24,93,缓和曲线点坐标：,93,25,HY点坐标：,圆曲线点坐标：,切垂距：,内移距：,93,26,缓和曲线原素的计算公式：,切线长,外矢距,圆曲线长,曲线全长,曲线

12、独立坐标与大地坐标的变换：,式中：Xi  Yi为大地坐标, Xo  Yo为ZH或HZ点坐标, xi  yi 为      独立坐标系坐标。,五、缓和曲线利用AutoCAD计算与绘图,27,93,在AutoCAD系统软件中，用Visual-LISP语言编制“具有缓和曲线的圆曲线计算程序”(E-CURVE.LSP )，有计算、绘图和数据文件输出功能，其框图如下：,*原程序在本书CD-ROM“7.工程测量LISP程序及应用”,具有缓和曲线的圆曲线计算程序(E-CURVE.LSP）执行程序时的数据输入对话框,28,93,29,93,具有缓和曲

13、线的圆曲线计算程序(E-CURVE.LSP）执行程序后的图形屏幕输出,*路线中桩及边桩的坐标输出见书附CD-ROM“7.工程测量LISP程序及应用”,10-5 路线纵横断面测量,一、路线纵断面测量（一）基平测量 高程控制测量（按四等水准测量）,（二）中平测量 按桩号依次测定中桩的地面高程(路线                水准测量,两端附合于基平水准点),30,93,93,31,（三）全站仪路线纵断面测量,在道路工程测量中，应用全站仪的三维坐标测量和测设的方法，在测设道路中桩的同时，测定其高程，并自动记录这些点的

14、桩号和三维坐标等。这些数据可与计算机联机通讯，实现路线测量的自动化和路线纵断面图的机助成图。,（四）纵断面图的绘制及施工量计算,纵断面图是以中桩的里程为横坐标、以其高程为纵坐标而绘制的。常用的里程比例尺有15000、l2000 和l1000几种。为了明显地表示地面起伏，一般取高程比例尺比里程比例尺大10倍或20倍。例如里程比例尺用11000时，则高程比例尺取1100 或 l50。,道路设计纵断面,32,93,二、 路线横断面测量（一）横断面测量方法,33,93,路线横断面测量的主要任务是在各中桩处测定垂直于道路中线方向的地面起伏，然后按每一中桩桩号绘成横断面图。横断面图是设计路基横断面、计算土

15、石方和施工时确定路基填挖边界的依据。横断面测量的宽度一般在中线两侧各测1550m。,二、 横断面图的绘制,34,93,一般采用1100或l200的比例尺绘制路线横断面图。绘制时，先标定中桩位置(图虚线)，由中桩开始逐一将地形特征点画在图上，用线连接而成地面线，地面线上注记桩号，地面线下注记地面高程。,中桩位置,地面高程,桩号,35,93,横断面图上进行路基断面设计：图(a)为设计路基面高于地面,为路堤断面(填方断面)图(b)为设计路基面低于地面,为路堑断面(挖方断面)图(c)为半填半挖的路基断面图。  根据横断面的填、挖面积及相邻中桩的桩号(相减即得两断面间的水平距离),可以算出施工

16、的土、石方量(填、挖的土石方体积)。,填方断面,挖方断面,半填半挖断面,10-6 道路施工测量,一、 施工控制桩测设(一) 平行线法测设施工控制桩,道路边桩,道路中心线,1+260,1+220,1+240,36,93,道路边桩,平行线法是在设计的路基宽度以外,测设两排平行于中线的施工控制桩,控制桩的间距一般取1020m。,设计道路边线,设计道路边线,（二）延长线法测设施工控制桩,37,93,延长线法是在路线转折处的中线延长线上以及曲线中点至交点的延长线上测设施工控制桩，量出控制桩至交点的距离并作记录。必要时可以随时恢复JD,ZY,QZ,YZ等点的位置。,施工控制桩,JD1,JD2,施工控制桩,

17、二、路基边桩测设 （一）平坦地段路基边桩测设,38,93,路基施工前要把设计路基的边坡与原地面相交的点测设出来。该点对于设计路堤为坡脚点，对于设计路堑为坡顶点。路基边桩的位置按填土高度或挖土深度、边坡设计坡度及横断面的地形情况而定,设计数据可从CAD图上量测。,设计路堤,设计路堑,坡脚点边桩,坡顶点边桩,坡脚点边桩,坡顶点边桩,（二）山坡地段路基边桩测设,39,93,山坡地段测设路堑的路基左、右边桩离中桩的距离分别为：,边沟宽,边坡,中桩挖深,左边桩,右边桩,l左，l右  的数值可以从CAD设计图上量测而得。在实地从中桩沿横断面方向量距测设路基边桩。,路面宽,三、 竖曲线的测设,40

18、,93,在设计路线纵坡的变更处，考虑行车的视距要求和行车的平稳,在竖直面内用圆曲线连接,这种曲线称为竖曲线。  如图所示：路线上有三条相邻的纵坡，其坡度分别为：i1(+ 上坡)、i2（- 下坡）、i3(+ 上坡)在坡度为i1和i2的纵坡之间设置凸形竖曲线，在坡度为i2和i3的纵坡之间设置凹形竖曲线。,路线前进方向,三、竖曲线的测设,41,93,竖曲线的设计半径为R, 竖曲线的计算元素: 竖向偏角,切线长T,曲线长L,外矢距E,高差改正yi。可以采用与平面圆曲线计算主点测设元素同样的公式。竖曲线的设计半径R 较大，而角又较小，因此可以用下列近似公式计算：,偏角：,切线长：,曲线长：,外

19、矢距：,按 yi在曲线范围内里程桩上测设竖曲线的高程,10-7 桥梁工程控制测量,42,93,在铁路公路和城市道路等的线路上，通过河流、山谷或与其他道路立交需要修建桥梁。有铁路桥梁,公路桥梁,铁路公路两用桥梁等。高架道路也是属于桥梁结构。桥梁工程在勘测设计建筑施工和运营管理阶段都需要进行测量工作。,南京长江大桥铁路公路两用桥,93,43,一、桥梁平面控制测量,桥梁平面控制网的图形一般为包含桥轴线的双三角形、具有对角线的四边形或双四边形。桥梁平面控制网的观测可以采用常规观测角度和边长的边角网，计算各平面控制点的坐标。大型桥梁平面控制网也可以采用GNSS方法测定。,桥梁轴线,桥梁平面控制网,桥梁平

20、面控制网,（一）过河水准测量,44,93,过河水准测量主要问题:前后视距不等 远尺距离过长,解决方法:测站河立尺点布设对称图形,采用对向观测；         远尺上加装觇牌,有利于远距离瞄准；         用多测回观测取平均值,提高精度。,测站,近尺视线,远尺视线,二、桥梁高程控制测量,45,93,由观测者根据水准仪横丝指挥远尺立尺者上下移动觇牌，使觇牌中部的横条或三角形图案被水准仪的横丝所平分。,由立尺者根据觇牌中心孔的指标线在水准尺上读数。,觇牌上图案设计成有利于瞄准,93,46,（二）电磁波测距三角高程

21、测量,（三）GNSS高程测量,用全站仪可进行电磁波测距三角高程测量。在河的两岸布置A、B两个临时水准点,在A点安置全站仪,量取仪器高 i；在B点安置棱镜，量取棱镜高l；全站仪瞄准棱镜中心,测观天顶距Z和斜距S,计算出A,B点间的高差。由于过河的距离较长,高差测定受到地球曲率和大气垂直折光的影响。应采用对向观测的方法,能抵消地球曲率和大气垂直折光的影响。,用GNSS测量布设的桥梁平面控制网也可以用GNSS高程测量的方法进行两岸控制点高程的联测。河面宽阔的特大桥梁，用过河水准测量和三角高程测量有困难时更为合适。,10-7 桥梁工程施工测量,47,93,一、中小型桥梁施工测量,（一）桥梁中轴线和施工

22、控制桩测设    根据道路中线上的桥位施工控制桩k1,k2,k3,k4，测设出桥台和桥墩的中心桩位A,B,C,D点,然后分别在这些点上安置全站仪，在与桥梁中轴线垂直的方向上测设桥台和桥墩的施工控制桩位a1,a2,b1,b2,，每侧要有两个控制桩。,（二）桥梁基础施工测量根据桥台和桥墩的中心线定出基坑开挖边界线。基坑上口尺寸应根据坑深、边坡坡度、土质情况和施工方法而定。基坑挖到一定深度后，应根据水准点高程在坑壁测设距基底设计面为一定高差（例如1米）的水平桩,作为控制挖深及基础施工的高程依据。,93,48,基础完工后，应根据上述的桥位控制桩和墩、台控制桩用经纬仪或全站仪在基础面

23、上测设墩、台中心及其相互垂直的纵、横轴线，根据纵、横轴线即可放样桥台、桥墩的外廓线，作为砌筑桥台和桥墩的依据。,（一）桥梁墩台定位测量,93,49,二、大中型桥梁施工测量,大型桥梁的施工必须布设平面控制网和高程控制网。控制网布设后, 用较精密的方法进行墩台定位和架设梁部结构的定位。,大桥的水中桥墩,大桥的梁部结构,方向交会法测设桥墩,93,50,A-B为桥轴线，C,D为桥梁平面控制网中的控制点，Pi点为第i个桥墩设计的中心位置。用方向交会法测设桥墩中心位置时，需要计算在桥梁控制点上的交会角： , ,  ,  。,桥梁轴线,控制点,控制点,方向线相交的角度应近于90,方向交会

24、法的误差三角形,51,93,由于测量误差的影响，从C,A,D点指来的三条方向线一般不可能正好交会于一点，而构成方向交会定点位的“误差三角形”(Pa-Pb-Pc) 。,如果误差三角形在桥轴线上的边长(Pa-Pb)为容许范围之内 (一般规定：对于墩底放样,为2.5cm; 对于墩顶放样，为1.5cm），则取C,D 两点指来方向线的交点PC在桥轴线上的投影点Pi作为桥墩放样的中心位置。,误差三角形,桥墩中心点,极坐标法测设桥墩           在使用全站仪进行桥梁墩台定位时，用极坐标法放样桥墩中心位置，则更为方便。对于极坐标法，原则上可以将仪器放于

25、任何控制点上，按计算的放样数据（角度和距离）测设点位。,93,52,测设桥墩中心位置，最好是将仪器安置于桥轴线点A或B上，瞄准另一轴线点作为定向，然后指挥棱镜安置在该方向上测设APi或BPi的距离,即可定出桥墩中心位置Pi点。,（二）桥梁梁部架设施工测量    桥梁的梁部结构一般较为复杂,要求对墩台的方向、距离和高程用较高精度测设，作为架梁的依据。,93,53,桥梁中心线方向测定,在直线部分采用准直法,用经纬仪或全站仪正倒镜分中法,刻划方向线。如果跨距较大( 100m),应逐个桥墩观测左、右角。在曲线部分则采用偏角法或极坐法。相邻桥墩中心点间距离用测距仪观测，在中心标板上刻

26、划里程线,与已经刻划的墩台方向线正交,形成代表墩台中心的十字。,墩台顶面高程用精密水准测定,构成水准路线,附合到两岸水准点上。,如果梁的拼装系自两端悬臂、跨中合拢，则合拢前的测量重点应放在两端悬臂的相对关系上。中心线方向偏差,高程差和距离差要符合设计和施工的要求。,三、 大型斜拉桥施工测量,大型斜拉桥主要由索塔 (墩塔)、斜拉索、主梁三大部分组成，塔、索、梁三者之间的联系一般常用双塔三跨连续梁布置。,93,54,固定于索塔的斜拉索每隔一定索距对梁进行提拉，将梁的荷载传至索塔，再传至塔墩基础。斜拉桥的结构特点有利于用悬臂法架设主梁。(包括预制拼装或现场浇注),双塔三跨连续梁的斜拉桥上海杨浦大桥,

27、55,93,下图的上半部分为斜拉桥完成索塔建造后主梁开始用悬臂法施工,下半部分为悬臂施工,中间合拢后的示意图。,斜拉桥的施工,施工中的斜拉桥,预制梁块的分段吊装,56,93,两端悬臂施工逐步向中间合拢,93,57,竣工后的斜拉桥, 典型的双塔三跨连续梁,（一）塔柱施工测量    索塔的下半部分为基础和塔墩，其施工定位测量同一般大桥的定位。其上半部分为塔柱，其结构较为复杂，一般由下塔柱、下横梁、中塔柱、上横梁、上塔柱等几部分组成，如右图所示。,58,93,塔柱施工测量的重点是保证塔柱各部分的倾斜度、铅垂度和外形几何尺寸以及一些构件的空间位置等符合设计要求。,索塔平面基准投影索

28、塔建造的平面基准是塔墩的中轴线和桥梁的中轴线(相互垂直),塔墩中心点的垂直投影是塔柱施工测量的关键。在墩中心点及两边平面控制点的旁边预留有垂准孔，垂直投影(铅垂线测设)的方法有垂准仪法和全站仪天顶观测法。,59,93,通过垂准孔向上垂直投影施工索塔上部结构,桥梁中轴线,索塔中轴线,60,93,（二）主梁施工测量    斜拉桥的主梁施工是由索塔下双向对称悬臂架设、跨中合拢的动态施工方法。主梁架设分为现场浇注和预制标准构件拼装两种基本方法。主梁施工是从索塔下的“零号梁块”开始,向两侧悬臂伸展。,主梁施工测量是保证斜拉桥成桥线型符合设计要求。,零号梁块,零号梁块,矩形控制网,主梁

29、横断面线型测量   主梁横断面的梁底线型是每一节段由前端梁底1，2，3，4四个测点的标高来表示。用水准测量方法测定梁顶面上高程线性点23点的标高，推算出梁底测点的标高,用斜拉索调整。,61,93,梁体中轴线,主梁横断面,斜拉索,斜拉索,62,93,索道管定位测量    斜拉索是连接索塔和主梁并使之构成整体斜拉桥的重要组成部分，而索道管是将缆索两端分别锚固在索塔和主梁上的重要构件。为了使缆索能正确定位，对索道管顶口和底口中心的三维坐标位置的定位提出了很高的精度要求（例如5mm）,93,63,1.塔柱索道管定位测量    塔墩靠近岸边，可以在岸上布

30、置平面控制点，建立通过塔柱中线和墩中线的竖直基准面。在控制点上安置经纬仪或全站仪，瞄准基准点的方向后，利用望远镜视准轴的上、下转动建立上述基准面，再用测距、方向交会等方法测设待放样的索道管口中心点的三维坐标。    远离岸边的塔墩，可以利用塔柱施工测量时留下的控制点和垂准孔建立垂准线和竖直基准面。高程测设可以采用高层建筑高程传递的方法。,2.主梁索道管定位测量    利用主梁施工矩形控制网,用经纬仪或全站仪,水准仪和钢卷尺测设索道管口中心的三维坐标。,10-9 桥梁工程变形观测           &nb

31、sp;桥梁工程在施工和建成后的运营期间，由于各种内在因素和外界条件的影响，会产生各种变形。例如，桥梁的自重对基础产生压力，引起基础、墩台的均匀沉降或不均匀沉降，从而会使墩柱倾斜；梁体在动荷载的作用下产生挠曲；高塔柱在日照和温度的影响下会产生周期性的扭转或摆动；等等。为了保证工程施工质量和运营安全，验证工程设计的效果，应对大型桥梁工程定期进行变形观测。,93,64,93,65,一、桥梁变形观测内容  垂直位移观测 对各桥墩、桥台进行沉降观测  水平位移观测 对桥墩、桥台在水平方向位移的观测             &

32、nbsp;  （桥轴线方向和垂直于桥轴线方向）  倾斜观测 对高桥墩和斜拉桥的塔柱进行铅垂线方向             的倾斜观测  挠度观测 对梁体在静荷载和动荷载的作用下产生的             挠曲和振动的观测,二、桥梁变形观测方法  常规测量仪器方法 用精密水准仪测定垂直位移,用全              站仪测定水平位移，用垂准仪作倾斜观测 &nb

33、sp;专用仪器测量方法 用流体静力水准仪测定挠度等  摄影测量方法 用地面近景摄影测量方法  GNSS方法 桥梁的变形观测已可用GNSS方法  激光三维扫描法 采集桥梁的点云数据用于变形分析,10-10 地下工程测量概述,地下建筑工程包括铁路,公路,水利工程方面的隧道,城市地下道路,地下铁道,越江隧道,人防工程的地下洞库,工厂,电站,医院等。先在地面建立测量控制网,再从地面通过地下工程的洞口或竖井传递到地下，建立地下控制网，据此开挖建造各种形式的地下建筑物、构筑物和通道(公路隧道,越江隧道,地下铁道)。,93,66,山区隧道的对向开挖,山区公路直线隧道,93,67

34、,68,93,地下建筑工程中,测量工作的重要性：例如隧道和地下铁道施工的掘进方向在贯通前无法与终点通视,完全依据敷设支导线的坐标和方位角指示掘进位置和方向,指导施工。,城市地下铁道掘进施工示意图,69,93,地下工程施工中对测量工作的精度要求，要视工程的性质、隧道长度和施工方法而定。在对向开挖隧道的贯通面上，其中线如果不能完全吻合，这种偏差称为“贯通误差”:纵向误差t、横向误差u、高程误差h。其中，纵向误差仅影响隧道中线的长度，一般只规定贯通面上横向限差u 及高程限差h，例如规定：u 50mm100mm，h 30mm50mm。,贯通面,贯通误差,10-11 地下工程地面控制测量,70,93,一

35、、平面控制测量,（一）直接定线法,对于长度较短的山区直线隧道,采用直接定线法。A,D两点是设计选定的直线隧道的洞口点,在地面测设出位于A-D直线方向上的B,C 两点，作为洞口点A，D 向洞内引测中线方向时的定向点。,（二）三角网法,71,93,对于隧道较长、地形复杂的山岭地区或城市地区的地下铁道，地面的平面控制网一般布设成三角网形式，其中包括隧道洞口控制点A 和B，用全站仪测定三角网的边角，使成为边角网。,（三）GNSS法,用GNSS 定位技术作地下建筑施工的地面平面控制时，只需要在洞口布设洞口控制点和定向点。,直线隧道,具有圆曲线的隧道,洞口控制点,二、地下工程高程控制测量,72,93,地下

36、工程高程控制测量是按规定的精度施测隧道洞口（包括隧道的进出口、竖井口、斜井口和坑道口）附近水准点的高程，作为高程引测进洞内的依据。,水准路线应选择连接洞口最平坦和最短的线路，达到到设站少,观测快,精度高的要求。 每一洞口埋设的水准点应不少于3个，且以能安置一次水准仪即可联测，便于检测其高程的稳定性。两端洞口之间的距离大于1km 时，应在中间增设临时水准点。,高程控制通常采用三、四等水准测量的方法，按往返观测或闭合水准路线施测。,一、隧道洞口联系测量,10-12 地下工程联系测量,73,93,（一）掘进方向测设数据计算,为了求得A 点洞口隧道中线掘进方向及掘进后测设中线里程桩S1，计算下列极坐标

37、法测设数据：,（二）洞口掘进方向标定,74,93,隧道贯通的横向误差主要由测设隧道中线方向的精度所决定,进洞时的初始方向尤为重要。在隧道洞口,要埋设若干个固定点，将中线方向标定于地面上，作为开始掘进及以后洞内控制点联测的依据。,用1，2，3，4号桩标定掘进方向。再在洞口点A 和中线垂直方向上埋设5，6，7，8号桩作为校核。,山区公路曲线隧道洞口,75,93,（三）洞内施工点位高程测设,对于平洞，根据洞口水准点，用一般水准测量方法，测设洞内施工点位的高程。对于深洞，则采用深基坑传递高程的方法(见第九章“建筑工程施工测量”),测设洞内施工点的高程。,93,76,二、竖井联系测量,在隧道施工中,可以

38、用开挖竖井的方法来增加工作面，将整个隧道分成若干段，实行分段开挖。城市地下铁道的建造,每个地下车站是一个大型竖井,在站与站之间用盾构进行掘进，施工可以不受城市地面密集建筑物和繁忙交通的影响。,为了保证地下各开挖面能准确贯通，必须将地面控制网中的点位坐标、方位角和高程经过竖井传递到地下，建立地面和井下统一的工程控制网三维坐标系统，项工作称为“竖井联系测量”,其中关键是方位角传递。,77,93,方位角传递误差    ：,由于竖井的井口直径（圆形竖井）或宽度（矩形竖井）有限，用于传递方位的两根铅垂线的距离相对较短（一般仅为35m），垂直投影的点位误差会严重影响井下方位定向的精度。

39、,设V1V2=5m,V1V1=V2V2=1mm，则产生的方位角误差=112”要求投点误差应小于0.5mm。,竖井的方位角传递误差,78,93,（一）一井定向,通过一个竖井口，用垂线投影法将地面控制点的坐标和方位角传递至井下隧道施工面，称为“一井定向”。,全站仪,全站仪,垂准仪垂直投影,投影接受觇牌,一井定向联系三角形,1井上联系三角形解算(A-V1-V2),79,93,井上部分,井下部分,反算已知点方位角,b,c边方位角,计算V1V2点坐标,计算联系边边长方位角,2井下联系三角形解算(B-V1-V2),93,80,计算三角形内角,推算V2B边方位角,计算B点坐标,推算BT边方位角,(二)二井定

40、向,81,93,井上和井下的联系测量可以采用“两井定向”的方法，以克服因一井定向时两个投影点相距过近而影响方位角传递精度的缺点。,井上联系测量,井下联系测量(无定向导线),A,B,C地面控制点,V1-E-F-V2地下导线,V1V2垂直投影点,（三） 陀螺全站仪(经纬仪)测定井下方位角,82,93,在经纬仪或全站仪的支架上方安装陀螺仪,组合而成陀螺经纬仪或陀螺全站仪。图a所示为全站仪上安装陀螺仪，图b所示为陀螺仪目镜中的读数和“逆转点法”读数示意。,陀螺仪指标在正北方向摆动,逆转点,逆转点读数,陀螺仪定向原理：因受地球自转影响而产生一个力矩，使高速旋转的陀螺仪转子的轴指向通过测站的子午线方向，即

41、真北方向；再加测站的子午线收敛角改正。,加装陀螺仪的全站仪,83,93,用于隧道,地铁,矿井等封闭坏境中的定向工作定向精度20,陀螺仪读数目镜,陀螺仪全站仪遥控器,按计算所得真方位角和子午线收敛角自动完成仪器的后视定向,(三) 陀螺全站仪(经纬仪)测定方位角,84,93,用陀螺全站仪(经纬仪)作地面和井下的联系测量时,在井口的地面控制点A（近井点）安置陀螺全站仪，分别瞄准另一地面控制点S 和垂线投影点V（垂线钢丝或垂准仪投影时的觇牌），观测水平角和距离，推算A-V方向的坐标方位角 和V点的坐标 。,然后开动陀螺仪,测定A-V方向的真方位角,计算近井点A 的子午线收敛角：,93,85,然后安置仪

42、器于洞内导线点B，瞄准铅垂线V和洞内另一导线点T，进行和地面点A同样的观测；根据陀螺仪测定的真方位角ABV ，计算洞内导线边B-V 的坐标方位角：,根据投影点V 的坐标和B-V 边的边长和坐标方位角,计算B点的坐标；根据观测的水平角，计算B-T 边的坐标方位角BT,作为洞内的起始方向。,洞内观测,（四）竖井高程传递,86,93,根据井口地面水准点A 的高程,测定井下水准点B 的高程,井上、井下各安置一台水准仪进行观测：,（一）中线测设    根据隧道洞口中线控制桩和中线方向桩,在洞口开挖面上测设开挖中线,并逐步往洞内引测隧道中线上的里程桩。隧道每掘进20m，要埋设一个中线里

43、程桩。中线桩可以埋设在隧道的底部或顶部。,93,87,10-13 地下工程施工测量一、隧道洞内中线和腰线测设,（二）腰线测设    在隧道施工中，为了控制施工的标高和隧道横断面的放样，在隧道岩壁上，每隔一定距离(510m)测设出比洞底设计地坪高出lm的标高线(“腰线”)。腰线的高程由引测入洞内的施工水准点进行测设。腰线的高程按设计坡度随中线的里程而变化,它平行于隧道底设计地坪高程线。,93,88,二、隧道洞内施工导线测量和水准测量（一）洞内导线测量  洞内施工导线只能布置成支导线的形式，并随着隧道的掘进逐渐延伸。导线的转折角应观测左角和右角，导线边长应往返测量。为

44、了防止施工中可能发生的点位变动，导线必须定期复测，进行检核。,（二）洞内水准测量  用洞内水准测量控制隧道施工的高程。每隔50m应设置一个洞内水准点，并据此测设中腰线。洞内水准测量均为支水准路线，除应往返观测外，还须经常进行复测。,（三）掘进方向指示  根据洞内施工导线和已经测设的中线桩可以用激光经纬仪或激光全站仪，以及专用的激光指向仪，用以指示掘进方向。,洞内水准测量,93,89,三、盾构施工测量     盾构法隧道施工是一种先进的、综合性的施工技术，它是将隧道的定向掘进、土方和材料的运输、衬砌安装等各工种组合成一体的施工方法。广泛用于城市地下铁道、越江隧道等的施工中。,93,90,盾构的标准外形是圆筒形,也有矩形、双圆筒形等与隧道断面一致的特殊形状。右图为圆筒形盾构在竖井中安装，准备掘进。切削钻头是盾构掘进的前沿部分，利用沿盾构圆环四周均匀布置的推进千斤顶，顶住已拼装完成的衬砌管片（钢筋混凝土预制）向前推进，由洞内导线和激光指向仪控制盾构的推进方向。,93,91,92,93,盾构掘进至另一竖井，从预设的孔洞中贯通，其前沿部为切削钻头。,盾构施工掘进贯通和衬砌完成后的隧道,测量学第十章道路桥梁隧道工程测量放映结束,93,93,