隧道施工控制网布设优秀PPT.ppt

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1、隧道施工限制网的布设隧道施工限制网的布设一、隧道概述简介隧道简介隧道 隧道是指修建在地层中的地下工程建筑物。它被广隧道是指修建在地层中的地下工程建筑物。它被广泛用于马路、铁路、矿山、水利、市政和国防等方面。泛用于马路、铁路、矿山、水利、市政和国防等方面。在高等马路建设中，为了满足技术标准，克服地形和高在高等马路建设中，为了满足技术标准，克服地形和高程上的障碍，改善马路的平面线形、提高车速、削减对程上的障碍，改善马路的平面线形、提高车速、削减对植被的破坏、爱护生态环境，避开山区马路的各种病害植被的破坏、爱护生态环境，避开山区马路的各种病害(如落石、坍方、雪崩、泥石流等如落石、坍方、雪崩、泥石流等

2、)，常常需修建隧道。，常常需修建隧道。修建隧道既能保证线路平顺，行车平安，提高舒适性和修建隧道既能保证线路平顺，行车平安，提高舒适性和节约运费，又能增加隐藏性，提高防护实力和不受气候节约运费，又能增加隐藏性，提高防护实力和不受气候影响。影响。隧道分类隧道分类铁路隧道：铁路隧道：500m500m以下为短隧道，以下为短隧道，5005003000m3000m中隧道，中隧道，3000300010000m10000m长隧道，长隧道，10000m 10000m 特长隧道特长隧道马路隧道：马路隧道：500m500m以下为短隧道，以下为短隧道，5005001000m1000m为中隧道，为中隧道，1000100

3、03000m3000m为长隧道，为长隧道，3000m3000m以上为特长隧道以上为特长隧道二、隧道施工限制网的布设隧道工程施工的特点 隧道工程施工，是一个困难的系统工程，其特点是除洞口和洞门是在露天施工外，余各项工程都在地下进行施工作业。由于它空间有限，工作面狭小，光线暗，劳动条件差，施工难度较大。而长隧道的施工须要通过竖向或侧向的通道（竖井、斜井、平峒）增加工作面，加快施工进度。很多工作面同时施工时，测量人员应保证隧道最终正确贯穿。隧道施工测量的主要任务 隧道施工测量的主要任务是保证对向开挖的隧道能依据规定的精度贯穿并使各建筑物依据设计的位置修建放样过程中仪器所标出的方向距离都是依据限制网和

4、图纸上设计的建筑物计算出来的，因而在施工放样之前需建立具有必要精度的施工限制网。隧道地面限制网的布设 隧道施工限制网的地面部分用以确定洞口点，竖井近井点和方向照准点之间的相对位置，作为洞内限制网的真实数据。网的图形向隧道轴线方向延长，布网形式常接受以下几种形式：1 狭长的三角网2 边角混合网或环形导线网GPS限制网等 但由于当今，铁路、马路都在高速发展，而且线路长和直是其特点，因此大量建筑长隧道也在所难免，传统的隧道限制测量方法费事和速度慢，而用于须要大量进行洞口区域连测的GPS隧道测量却可以缩短工期获得很高的效益，同时能够保证隧道贯穿的精度和建筑物的精度。隧道洞内限制网的布设 隧道洞内狭长形

5、态的空间使洞内限制网的设计没有选择的余地，只能接受支导线的形式。为了进行检核,一般布设两个等级的导线。在掘进的同时首先布设施工导线,为掘进指明方向,为其他施工供应依据；当隧道掘进至12km时，布设边长较长的,具有较高精度的主导线，用于检核及修正施工导线。隧道在曲线部分时,可以跳站观测，构成跳点,最终在新点处交会,它不但能使测量数据有足够的牢靠性,还可以提高导线的精度。例如在我国晋南的云台山隧道，全长8.1公里，施测了GPS限制网,同地面限制网的坐标比较,较差小于10mm:又如奥地利在一条6公里长的马路隧道上,为了与地面测量比较,又用了GPS重测了ROPPEN隧道网,结果与地面网比较坐标互差为1

6、6mm:此外,日本山梨大隧道35公里,英吉利海峡大隧道,也都施测了GPS限制网.因此现在一般都接受GPS限制网。GPS定位作业模式 GPS定位作业模式可依据基准点的不同分为确定定位模式和相对定位模式。确定定位是相对于GPS坐标系统（如WGS-84系）而言的，其观测值结果为三维坐标X,Y,Z；而相对定位是测站相对于某一点的定位，其观测值结果为GPS坐标系下的基线向量（三维坐标差）；又可依据定位观测过程中天线所处状态（运动或静止）划分为动态定位或静态定位。动态定位时观测天线处于运动中，定位结果实时计算输出或显示，但定位精度较静态低；静态定位在观测过程中，GPS接收机天线位置是不动的，其观测数据离线

7、后处理，后获得定位结果。GPS测量特点 1 GPS测量定位是借助后方距离空间交会原理定位。进行精密限制测量至少须要运用3台或以上GPS接收机进行同步观测4颗以上卫星，通过实时或后处理观测数据获得定位结果。2 具有实时确定定位和实时相对定位特点。用于隧道限制因为其相对精度高和牢靠性高的要求，故予接受GPS静态相对定位方法实施。三、隧道GPS限制网3 限制点间无需通视。可干脆把隧道两洞口投点联系起来，从而大大削减地面限制点的数量。4 GPS定位相对精度高，尤其接受较长长度（1000m）测量基线边构成的限制网。5 全天候作业。自动化程度高，作业简便。速度快。6 限制网的图形结果简洁，相应地观测工作量

8、较常规测量手段大为削减。7 因5、6特点，可大幅度缩短测量生产工期，提高经济效益。GPS网形分类GPS网的图形设计主要取决于用户的要求、经费、时间、人力和仪器等条件。依据用途的不同，GPS网的图形可设计为点连式，边连式、网连式和边点混连四种。1点连式 点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接。这种方式布点所构成的图形几何强度很弱，没有或极少有非同步图形闭合条件，一般不单独运用，多是和边连式一起运用。2边连式边连式是指同步图形之间由一条公共基线连接。这种布网方案，网的几何强度较高有较多的复测边和非同步图形闭合条件。在相同的仪器台数条件下，观测时段数将比点连式大大增加。这种布网方式在网点数较

9、少，对于精度要求较高的状况下，如水库施工测量，高等级的城区限制网测量等，都可以接受这种布网方式。3网连式网连式是指相邻同步图形之间有两个以上的公共点相连接，这种方法须要4台以上的接收机。这种布图方法的几何强度和牢靠性指标相当高，但花费的经费和时间较多，一般仅用于高精度的限制测量，在一般的测量工作中不建议接受。4边点混连式边点混连是指把点连式和边连式有机的结合起来，组成GPS网，既能保证网的几何强度，提高网的牢靠指标，又能削减外业工作量，降低成本，是一种较为志向的布网方法。GPS的基准设计GPS测量的干脆观测量不是测点间的边长和角度，且其干脆观测成果是属于WGS-84系下的，施工好用的坐标系统一

10、般为地方坐标系的坐标值，因此，GPS网平差后须要把GPS网成果转化为地方坐标系中的坐标成果。GPS网应明确其所用位置基准（起算点坐标）、方位基准（已知边方位角）和尺度基准（已知边距离及统一的距离度量单位），且同测区实际相符。隧道限制测量坐标系统可以是国家高斯平面坐标系统（如北京54，西安80等）或随意经度的中心子午线高斯平面坐标系统，但一般仍较多接受独立坐标系统。通常规测量网一样为了施工便利，常以隧道主轴线进口至出口方向为X轴正向，隧道的某一线路中线里程为X坐标系统起算值，右旋90确立Y坐标轴，坐标原点处。坐标值可以为正常数，也可以为0。取隧道设计路面的平均高程为坐标系统投影面。GPS限制网的

11、精度设计隧道测量最终的要求是保证相向开挖的隧道正确贯穿,因此，GPS网的设计也必需满足这一要求。坑口限制点的精度 按隧道规范规定:当隧道长 L 4 km,其横向贯穿误差的限差应 10 cm,即中误差 m 5 cm;当隧道长 48 km 时,其横向限差应 15 cm,m 7.5 cm;当 L 8 km 时,限差还可放宽一些。明显,贯穿误差是由洞外限制测量误差与洞内导线测量误差所引起。因此,其横向贯穿中误差 m的计算式为 式中:为洞内导线的测量误差,为坑口限制点误差。技术参数如下表 GPS限制网的精度无论GPS网取什么形态，最终都应达到隧道贯穿对坑口限制点的精度要求，为此目的，可将坑口限制点的坐标

12、精度m2，用GPS的观测精度用m0表示之：式中，m0GPS接收机的测量误差，由仪器的性能所确定；Q设计的GPS网的图形强度，由网的几何形态所确定，或由GPS网矢量的协方差矩阵求得。因此，m0用GPS接收机的标称精度表示，即 为了实现隧道网的布设和精度设计，可以依据隧道总长度和测区地形及各坑口的初步位置，以不同边长模拟几种GPS测量网的方案，依据图形和他的GPS矢量的协方差矩阵解求Q值，并求出坑口限制点的精度，选择既满足精度又具有高效率的网作为优化方案。为保证观测值成果精度及质量牢靠性，GPS工程网选点及布网须要遵循如下原则：当利用城市已有限制点时，应检查该点的稳定性及完好性。地面上的限制点应选

13、在利于保存、施测便利的地方。限制点上应视野开阔，并避开多路径效应的影响，在1015高度角以上不能有成片的障碍物。限制点应远离高压输电线和无线电放射装置，其间距分别不小于50和200。限制点应埋设坚固并应绘制点之记。GPS限制网的布设应满足的要求 限制网由隧道各开挖口德限制点点群组成，每个开挖口至少应布测4个限制点。GPS定位点之间，一般不要求通视，但不设同一洞口限制点时，考虑到用常规测量方法检测，加密或复原的须要，应当通视。基线最长不宜超过30km，最短不宜短于300m。每个限制点有3个或3个以上的边与其连接，极个别的点才允许由两个边连接。点位上空视野开阔，保证至少能接受到4颗卫星的信号。测站

14、旁边不应有对电磁波有猛烈吸取或反射影响的金属及其它物体。各开挖口德限制点及洞口投点高差不宜过大，尽量减小垂涎偏差的影响。GPS限制网必需由非同步独立观测边构成闭合环或附合路途（按长边和短边分别连接），每个闭合环或附合路途中的边数应符合本规范表四、实例分析简介长梁山隧道及限制网布设简介长梁山隧道及限制网布设 长梁山隧道是一长约13km的直线隧道位于山西省朔黄铁路途上，是目前我国较长的铁路隧道之一，在隧道进出口间布设有四个斜井，以提高施工进度和质量.在定测的基础上于实地标定进出口及各斜井进洞限制点位,然后布设隧道洞外限制网。GPS测量由于无需通视，因此只需布设个洞口干脆服务于进洞测量的点位，每个洞

15、口有三到四个点，形成了由23个点组成的隧道GPS网，如图 GPS网中各洞口点间的相互基线均有相互独立的观测值，相邻洞口的独立基线不少于4条，进口与出口也进行了干脆联测，以分析GPS在长隧道限制测量中的应用实力。观测时接受4台Leica 200GPS接收机，选择良好的观测窗口，对于相邻洞口及同一洞口内的基线观测一个时段，每时段1.5小时，对于进出口见得长基线，观测两个时段，每时段2小时。GPS网选用相互独立的基线构成36个独立闭合环，由不同洞口点构成的闭合环其环的长度相对于由相同洞口点组成的环的长度要长，此类闭合环的结果统计如表7由各洞口内部点间构成的闭合环统计如表8从两类闭合环统计结果可以看出

16、GPS网外业观测结果是牢靠的。GPS短边方位测定的精度分析 进洞方位的精度干脆影响到横向贯穿，由于隧道进洞方位边均较短，因此对GPS短边方位测定的精度探讨是特别重要的。在长梁山隧道进行的试验中共有六个洞口，每个洞口均有3个限制点且边长均较短，一般在300500m，在这些点上均有常规导线及GPS的观测成果，常规导线验后方向中误差为士0.8，每个洞口短边按9个测回观测，则验后方向中误差为士1.0，角度中误差为士1.4，由GPS观测得到各条基线，不进行平差处理而干脆由观测基线转化到高斯平面而得到由观测值算得的不同方向间的角度，各洞口导线及GPS观测的角度可算出两者之差的中误差：GPS短边方位观测的中误差为解算得到士0.68，当然这里只计算了偶然误差的影响，方位测量的精度中有可能还会受到系统误差的影响，但可以看出GPS短边方位测量具有很高的精度，可以在隧道测量中大显身手。从长梁山铁路隧道GPS网和精密导线网的比较分析中可以看出，利用GPS布设隧道洞外平面限制网不仅能满足隧道施工的要求，与常规方法相比具有1点数少：整个导线网共有38个点,GPS网共23个点；2工期短，精度高等优点，可大大提高经济和社会效益，可以认为GPS是布设隧道洞外平面限制的志向方法；所以，可以认为GPS是布设隧道洞外平面的志向方法。