隧道洞内控制测量技术

1．前言

1.1 隧道洞内控制测量的目的 1.1.1隧道贯通精度要求

隧道相向两施工中线在贯通面上的贯通限差应符合下表规定。

贯通误差的限差(mm) 两开挖洞口间长度 (km) <4 100 4～<8 150 8～<10 200 10～<13 300 50 13～<17 400 17～<20 500 横向贯通限差 高程贯通限差 洞外、洞内控制测量误差对每个贯通面上的贯通误差影响值应符合下表规定。

横向和高程贯通精度要求(mm)

测量部位 洞 外 洞 内 洞外、洞内总影响 <4 30 40 50 横向中误差 相邻两开挖洞口间长度(km) 4～<8 8～<10 10～<13 13～<17 17～<20 45 60 90 120 150 60 80 120 160 200 75 100 150 200 250 高程中 误 差 18 17 25 1.1.2隧道洞内控制测量的目的

隧道洞内控制测量的目的：在洞外控制测量基础上，保证隧道相向开挖的工作面能按规定的精度正确贯通，并使各项建筑物按设计位臵和几何形状修建，不侵入建筑限界，符合验收精度要求。 1.2隧道洞内控制测量的一般方法

1.2.1洞内平面控制测量: 中线法和导线测量

1.2.1.1中线法：直线隧道长度小于1000m，曲线隧道长度小于500m时，可用中线法直接标定隧道中线方向，作为指导开挖、衬砌放样和保证贯通的依据。

正倒镜延伸直线，取正倒镜位臵分中为隧道中线点，见下图。

较短的曲线隧道测量，通常是复测转向角和切线长度及方向，按设计曲线半径和缓和曲线长度计算曲线要素，实地标定ZH、HY、YH、HZ及其它中线桩点，

1

用偏角法进行闭合检核。由洞口附近的线路控制桩用测设中线的方法直接引线进洞。

1.2.1.2导线测量：导线测量是隧道洞内平面控制测量的主要方法之一。导线测量对地形的适应性比较强，在具备中、短程光电测距仪的条件下，导线测量一般应是隧道洞内平面控制的首选方案。导线的布设形式一般有以下三种：

单导线：一般用于小导坑、短隧道。为了检核，单导线必须进行两次以上测量。

导线网：限于洞内场地条件，导线网一般形成若干个彼此相连的带状闭合导线环，形式多样，边角全部观测，为隧道洞内平面控制测量的主要方法。

附和导线：隧道贯通后，在未衬砌地段一般可采用单导线附和在两端洞内导线上，在计算实际贯通误差之后，按附和导线进行平差，使贯通误差得到调整。这样处理，既符合规范规定的实际贯通误差应在未衬砌地段调整的原则，又保证了已衬砌地段中线（受已测导线控制）不作任何调整。如果贯通误差达到或超过限差时，则不宜首先按附和导线直接处理贯通误差，而应先顾及中线的实际情况，研究调线方法。

1.2.2洞内高程控制测量: 水准测量和光电三角高程测量 1.2.2.1水准测量：水准测量适用于洞内各等级高程精度的测量。

1.2.2.2光电三角高程测量：一般情况适用于洞内四等和五等精度的高程测量，更高级精度宜采用水准测量。

2．洞内控制测量设计

2.1 前期准备工作

收集相关设计文件资料\\相关的测量规范\\规程\\洞外控制测量资料 2.2确定洞内控制测量精度 2.2.1洞内平面控制测量精度确定

洞内导线测量设计，一般应先作导线边长设计，再做测量精度设计。导线边长需根据隧道长度、线路平面形状、施工方法及断面宽度作选择。原则上隧道越长，导线

2

边也应尽可能选得长一些，又必须保证在正常通风下通视良好。直线地段边长一般选择250～500米，曲线地段按C=√（8Rf）,其中R为曲线半径，f=断面宽度-0.7米。边长确定后，可利用线路设计平面图，将设计导线点沿中线绘出，并按贯通误差计算的专用坐标轴两取R（导线环在邻近隧道两洞口连线的一列测边上的各点至贯通面的X垂直距离m）和dy（导线环在邻近隧道两洞口连线的一列测边的各边在贯通面上的投影长度m），然后按导线贯通误差估算公式进行测量精度设计。

2.2.1.1首先根据洞外控制测量对贯通误差的影响值M外，算出洞内导线测量对贯通误差的影响M内=√(Ｍ2总-Ｍ2外)。

2.2.1.2根据洞内导线测量误差对贯通误差的影响M内=√(Ｍ2yβ+Ｍ2yl),可以得出Ｍyβ=√(Ｍ2内-Ｍ2yl)，式中Ｍyβ为测角误差影响所产生在贯通面上的横向中误差(mm), Ｍyβ=(mβ/ρ”)√(∑R2X), Ｍyl为测边误差影响所产生在贯通面上的横向中误差(mm), Ｍyl =(ml/l) √(∑dy)。现在测距仪测边精度较高，可以根据实际直接选取导线边长测量相对中误差(ml/l)1/8万～1/10万。

由上面公式可以有如下关系mβ=√((Ｍ2内-Ｍ2yl)*ρ2/∑R2X)，即为洞内导线测量所需的测角中误差，据此选择洞内导线测量的精度等级和角度测回数。

2.2.2洞内高程控制测量精度确定

铁路《测规》规定各种长度的隧道，在没有竖井的情况下，每个贯通面处的高程贯通限差为±50mm，作高程测量设计时，高程贯通中误差取用±25mm，其值分配给洞外和洞内高程控制测量的影响值分别为±18mm和±17mm。

水准测量时，隧道洞内需要的测量精度MΔ内=±17/√L内, L内为洞内水准线路长度（km）,可取L内=1.1*隧道长度。

光电三角高程时，隧道洞内需要的测量精度Mw=±17√2/√L内，L内同上。 2.3确定测量方案

根据设计所需精度,结合仪器、人员实际情况,选择相应的测量方案(平面、高程)。 2.3.1平面测量测边测角测回数及限差选取。

根据测量设计的测角精度，在下表选取适当的导线测量等级。

导线测量等级 测角中误差” 二 三 四 五 1.0 1.8 2.5 4.0 仪器型号 DJ1 DJ2 DJ1 DJ2 DJ1 DJ2 DJ2 测回数 6～9 9～12 4 6 2 4 2 2

根据选定的仪器，明确外业观测（方向观测法）的各项限差。

3

仪器等级 DJ1 DJ2 光学测微器两次重合读数差 1 3 半测回归零差 6 8 同方向各测回2C互差 9 13 同方向个测回方向值互差 6 10 根据测距仪精度类型，按表选择测边测回数和限差

测量等级 二等 三等 四等 五等 测距仪等级 I I、Ⅱ I Ⅱ I、Ⅱ Ⅲ 每边测回数 同测回间各次读测回间互差对向观测较差(mm) 往 返 数互差（mm） （mm） 4 4 5 7 (a+b.D)√2 4 4 5、10 7、15 (a+b.D)√2 2 2 5 7 (a+b.D)√2 4 4 10 15 (a+b.D)√2 2 5、10 7、15 (a+b.D)√2 4 20 30 (a+b.D)√2 注：1.一测回是指照准目标一次，读数3～4次;

2.对向较差是指将斜距化算到同一高程面上后的长度比较； 3. (a+b.D)是测距仪的标称精度

2.3.2水准测量方法及限差选取

水准测量时，根据测量设计需要的测量精度MΔ，在下表选择仪器等级和水准标尺的类型。仪器的选取，低等级测量可以选择高等级仪器。

每km高差中数水准等级 中误差MΔ(mm) 二 三 四 五 ≤1.0 ≤3.0 ≤5.0 ≤7.5 相邻两开挖洞口见水准线路长度水准标尺类型 R(km) DS1\\电子水平仪 >32 线条式因瓦标尺\\条码尺 DS1\\DS3 11～32 线条式因瓦标尺\\区格尺 DS3 5～11 区格尺 DS3 <5 区格尺 水准仪 等 级 根据选定的水准测量等级，确定测量限差。 每km高差中数水准等级 检测已段高中误差MΔ(mm) 差之差 二 ≤1.0 6√R 三 ≤3.0 20√R 四 ≤5.0 30√R 五 ≤7.5 30√R 限 差(mm) 往返测 附和线路 左右线路 环闭合差 不符值 闭合差 高差不符值 4√R 4√L 4√F -- 12√R 12√L 12√F 8√R 20√R 20√L 20√F 14√R 30√R 30√L 30√F 20√R 注：表中R为测段长度，L为附和路线长度，F为环线长度，均以千米计。

光电三角高程时，根据测量设计需要的精度Mw选取测量等级及各项观测限差，见下表。

测量 等级 四 五 测距仪 每km高差中数竖直角 指标差精度等级 中误差Mw(mm) 测回数 较差” I、Ⅱ ±7.0 3 7 I、Ⅱ ±10 2 10 竖直角对向观测较差” 较差(mm) 7 30√D 10 50√D 环闭合差(mm) 20√D 30√D 2.4仪器设备及人员组织

2.4.1人员配备：4～5人，观测、记录各一人，对点2～3人，条件允许时再配备2～3人配合对点、照明等工作。

2.4.2仪器配备:平面控制测量：全站仪一台、反射棱镜及支架2～3套、觇牌或对

4

点标杆2～3套、对讲机3～4台、钢卷尺一把、便携式计算机1～2台、精密水准仪及相应的水准尺一套（光电三角高程不配），此外还须配备照明、埋桩的工具和材料。

2.4.3质量控制:测量仪器检定、测量人员培训、测量人员持证上岗 测量仪器的鉴定：全站仪和水准仪必须在有效的检定合格期内。

测量人员：参加测量工作的人员均应参加过测量专业培训，并应取得测量上岗证（测绘局颁发的测绘作业证），测量负责人应是中专以上毕业的技术人员。

3．洞内控制测量作业

3.1 测量仪器的检校 3.1.1全站仪及配套设备检校

测量前应对全站仪的圆水泡、长水管、2C、指标差、横轴误差、光学对中器、棱镜觇标的圆水泡、长水管、光学对中器检校；仪器内部加乘常数、气压和温度设臵检查及棱镜的常数检测等。

3.1.2水准仪及配套设备检校

测量前应对水准仪圆水泡、长水管、i角、水准尺圆水泡等作常规检校；另还应检测水准尺零点、常数有无异常。

3.2 洞内控制点布设

3.2.1洞内平面控制点的布设：参见1.2.1.2条导线测量方法中图形布臵。 3.2.1.1单导线:一般在洞内大致沿中线附近、通视良好、便于使用和不易破坏的位臵布设即可。

3.2.1.2导线网：一般在洞内大致沿中线附近、通视良好、便于使用和不易破坏的位臵布设即可。导线点可以成对依次布臵，也可前后交替、交叉布臵。

3.2.1.3附和导线：同单导线。

3.2.2洞内高程控制点的布设：为满足洞内衬砌施工需要，高程点的密度要达到臵镜后，既可直接后视已知高程点又能测设施工放样的位臵而不需转镜。所以水准点的密度一般不大于200m，三角高程点的密度不大于400米。高程控制点可以结合施工中线点和导线点埋设，位臵稳固、便于使用即可。

3.3野外观测

3.3.1平面控制点的检测

洞内导线点通过检测，一是必须判明起算的已知导线点是否发生位移；二是验证起算点的点位精度是否可靠。如果通过检测证实起算点精度不合格或已发生位移，则需首先考虑补测和重测原有导线之后才能向前引伸新建的导线。否则将可能导致施工

5

中线位臵不正确和贯通误差超限，潜藏着极大危害。由于洞内施工的种种不利因素，检测工作需特别重视。

3.3.2高程控制点的检测

洞内高程点由于受不良地质及施工条件影响，高程可能发生变化，尤其软弱围岩、膨胀土等施工后可能发生较大变化。因此洞内高程点的检测十分重要，引测新的高程点时，必须对已知的起算高程点检测合格方能使用。

3.3.3洞内平面控制网观测

3.3.3.1角度测量：洞内导线测角的基本方法仍是方向观测法。当只有两个方向时，也可以采用左右角观测法。

洞内测角特别注意以下两个问题：

洞口投点观测：投点通常距贯通面最远，因此测角误差对贯通的影响最大；同时投点又是由洞外引向洞内的测角站，由于测角条件的诸多不利因素，该测站通常不易测得质量良好的成果，此外该站对洞外联系边的选择不同，也对洞外贯通误差的估算有所不同。为使洞口投点测角获得较好成果，观测时间宜选在夜间气温较稳定后进行；夜间测量有困难时，可选择气象稳定的阴天观测。

仪器、目标多次臵中：因为洞内导线边长较短，仪器和目标对中误差对水平角观测影响较大。为减小此项误差影响，导线测角可采用在测回间将仪器和觇标多次重新臵中的方法。

3.3.3.2边长测量：导线边长测量可以采用光电测距仪、2m因瓦横基尺和经鉴定的刚卷尺进行。现在测距仪已经普及，控制测量中距离测量一般均使用光电测距仪。

3.3.4洞内高程控制网测量：根据测量设计，采用相应的水准测量和光电测距三角高程测量，测量方法、仪器等级、作业要求详见测量规范。

3.3.5外业观测数据的检查与保存 外也观测记录手簿数据检查:

本站完成后,对本站观测成果作正确性检查，方向观测法各项限差检查。 本天完成后,对本天观测成果作正确性检查，主要是闭合环闭合差检查。 资料保存：宜在两个以上介质上保存，防止丢失毁坏。 3.4外业观测数据精度评定 3.4.1平面控制测量精度

测角中误差Mβ=±√（[f2β/n]/N），应不低于洞内测量设计的测角中误差，观测成果方能用于平差计算。

6

3.4.2高程控制测量精度

每千米水准测量的偶然中误差M△=±√（[△2/R]/4n）, 应不低于洞内测量设计的每千米水准测量的偶然中误差，观测成果方能用于平差计算。

3.5注意事项 3.5.1质量控制要点：

洞内测量设计、配套测量仪器检校、已知点检测、外业测量数据质量控制、测距时加乘常数的正确使用、气象影响的正确改正、测量精度评定。

3.5.2安全注意事项：隧道内光线昏暗、电线密布、常有落石、过往运输车辆繁多，测量是必须注意人身安全和测量仪器安全。

4．内业计算

4.1控制网坐标及高程成果计算

4.1.1外业记录手簿检核：检查各项记录是否齐全、有无记错、算错；检查各项外业测量限差指标是否超限、成果的重测和取舍是否符合规范要求。

4.1.2控制点坐标、高程计算：有条件时宜采用软件严密平差计算各控制点坐标和高程，无软件时采用近似平差计算各控制点坐标和高程, 用于指导施工放样。

4.1.3隧道施工中线检核：在控制测量时联测了施工中线点（高程点）时，将测得的中线点坐标(高程)与该点理论坐标(高程)比较，计算出施工中线偏移量；当未联测中线点时，在控制测量成果计算完毕后，在控制点基础上放样检核中线点（高程点）,及时更正。

4.2控制测量成果比较与检验(检测已知点) 4.2.1控制测量成果与计算的比较

导线的检测：一般按原有导线最前端的相邻三点点位、通过同精度测角测边检测。如果角和边的差值均在允许范围内，则可认为原导线点的精度和点位均为可信，如果超出，应沿原有导线依次倒退检测边和角，直至精度合格为止。检测结果与原成果之差值，应不大于按后式计算的限差。Md=±2√(m2原+m2检)。

高程点的检测：按水准测量或三角高程测量检测原已测测段高差或相邻水准点间高差，检测结果与原成果之差分别应符合2.3.2条和下表的规定。

水准测量等级 二 三 四 五 检测相邻水准点高差之差mm 1.0 3.0 5.0 5.0 4.2.2与设计不符值的处理

7

利用检测合格的导线点和高程点作为起算点往前建立新导线和高程点，检测不合格部分成果应予作废，用检测合格的已知点重新计算新成果使用。

4.3成果整理 4.3.1控制测量说明

对工程概况、测量执行规范标准、测量基本情况、参加人员、使用仪器设备、测量成果最后评定出所达到的精度等作出简洁扼要的说明。

4.3.2控制网示意图

示意图准确描述出布网情况、导线点间相互几何关系、导线点间通视连接等即可。 4.3.3坐标及高程成果

坐标及高程成果，有简单的桩点类型和位臵描述，便于使用者查找点位和区分相邻控制点位，有平差软件的情况下附精度报表。

4.3.4贯通误差及调整方法（隧道贯通） 4.3.4.1纵横贯通误差

纵横贯通误差测定：采用中线法测量的隧道，由测量的两方向分别延伸中线并定出贯通点，两实际贯通点的横向距离和纵向距离即为横向和纵向贯通误差；采用导线测量的隧道，在贯通面附近钉一临时点，由两端导线分别测量该点坐标，该点的坐标闭合差分别投影至贯通面及其相垂直的方向上，即为横向和纵向贯通误差。并测量该点的水平角求算方位角贯通误差。

纵横贯通误差的调整：详见《新建铁路工程测量规范》55、56、57页。 4.3.4.2高程贯通误差

高程贯通误差的测定：由两端的高程点分别测量出贯通面处临时点的高程，其高程差即为高程贯通误差。

高程贯通误差的调整：由两端测得贯通点高程，取平均值作为调整后的高程然后在该点两端未衬砌地段的各高程点间的高差按长度比例调整，求得各高程点调整后高程，作为未衬砌地段高程放样的依据。

4.3.5测量仪器检定证书和测量单位测量资质及人员证件。

5．成果验收与交底

5.1成果验收：测量成果资料整理完毕后，组织测量单位和业主单位进行测量成果验收，填写测量成果验收报告。

5.2资料交付、技术交底：成果验收完毕后，组织现场测量人员进行资料交付和技术交底，针对资料的使用和特别注意事项要详细交代。

8

6 控制测量实例

6.1工程简介

以大支坪隧道洞内控制测量为例,介绍相关洞内测量设计情况

大支坪隧道位于湖北省巴东县大支坪镇，是宜万铁路重点控制性工程之一。隧道前期施工为部分双线，并在线路右侧设施工平行导坑(预留线路右线)。隧道全长8772 m，其进口里程DK130+142，出口里程DK138+913，隧道施工平均高程面高程797.44 m。根据洞外控制测量提交成果中对地表控制测量贯通误差估算

大支坪隧道贯通点：DK134+530

洞外贯通路线：GS2~GS3~贯通点～GW3～GW1。

GPS测量所产生的贯通误差为：横向0.032m，纵向0.012m。 隧道洞内控制导线测量设计

为安全计，地表GPS控制测量误差对隧道横向贯通误差的影响值取40mm，留给洞内导线控制测量的贯通误差影响值为100240291.6mm。

洞内导线边长按不短于400m，测边精度不低于1/20000设计，则：

∑Rx＝1088868.26，∑dy＝238.25 Myl＝±8.0mm，Myβ＝91.628291.3mm

Ｍβ＝±Myβ/

22

Rx2＝±1.80″。

根据上述计算成果，洞内导线布设成闭合双导线，闭合环以４～６条边为宜。距离对向观测其精度不低于１/20000，测角用J2经纬仪方向观测六测回，测角精度不低于三等导线控制的测量精度(±1.80″)。

测量后按导线闭合环闭合差计算的测角中误差为Mß=±0.9秒<±1.8秒(三等导线测角中误差)，满足三等导线测量精度。

6.2经验心得

按测量设计的测量精度用于测量作业，既能保证隧道贯通精度要求，又不会盲目提高测量精度而浪费大量人力物力。

2007.09.18

9