隧道洞外控制测量
洞外GPS控制测量对隧洞贯通的误差影响分析
第八章洞外GPS控制测量对隧洞贯通的误差影响分析8.1 隧洞洞外控制测量的方法及特点8.1.1 隧洞性质及用途根据隧洞的性质和用途，隧洞的分类可分为：公路隧洞、铁路隧洞、水工隧洞、过江（河）隧洞等多种工程隧洞。
在水利工程中，较为常见的隧洞形式是输水隧洞，也就是在山体中或地下开凿的过水洞，其主要由进水口、洞身和出口段组成。
进出口布置、洞线选择以及洞身断面的形状和尺寸，受地形、地质、地应力、枢纽布置、运用要求和施工条件等因素所制约，需要通过技术经济比较后确定。
一般情况下隧洞断面大小不一，施工工序多，干扰大，施工条件差，工期较长。
隧洞控制测量包括洞外和洞内两部分，每一部分又可分为高程和平面控制。
洞外平面控制测量常采用三角网（三角锁的形式较为常见）、电磁波测距导线或GPS网。
隧洞控制测量的主要目的在于，保障隧洞的正确贯通，即确保两个或两个以上的掘进工作面在预定地点正确衔接连通。
精度要求主要取决于隧洞贯通精度的要求、隧洞长度与形状、开挖面的数量以及施工方法等。
图8.1 隧洞开挖方式（a、b、d为平洞；c为竖井；e为斜井）隧洞属于地下工程，一般情况下隧洞进行相向开挖，有时为了加快施工进度，需要增加工作面，在隧洞中心线上增开竖井，或者在适当的地方向中心线开挖平洞或斜洞，有几个洞口同时相向或相背开挖（图8.1）。
开挖时互相不通视，要求在洞轴线的某一点贯通，这样需要严格控制开挖的方向和高程。
因此隧洞施工测量的基本任务是：建立平面和高程施工控制网，标定隧洞中心线，指示开挖方向，确定坡度，保证按规定的精度贯通，使隧洞断面几何形状符合设计要求。
8.1.2 洞外控制测量布设的方法及特点洞外控制测量一般布设成独立网。
进行地面控制测量的目的，是为了确定隧洞洞口位置，并为确定中线掘进方向和高程放样提供依据，它包括平面控制测量和高程控制测量。
(1)洞外控制网布设步骤1)收集资料需要收集的资料很多，包括在该区的大比例尺地形图、路线的平面图、以前的地面控制资料，以及气象、水文、交通资料等等。
隧道地面控制测量
隧道地面控制测量一、洞外平面控制测量的建立洞外平面控制测量的主要任务，是测定两相向开挖洞口各控制点的相对位置，并与洞外线路中线点相联系，以便根据洞口控制点进洞，使隧道能以设计的精度按照设计的位置修建，保证以规定精度正确贯通。
在施工前期，隧道洞口附近已经布设了基础控制网、线路控制网、线路水准基点控制点，但点位密度还无法满足隧道施工控制测量要求，另外原有控制网的精度是按铁路类型、设计时速、轨道类型确定的，而隧道控制网的精度是根据隧道贯通精度确定的，精度要求可能高于CPⅠ、CPⅡ网和水准基点网的精度，因此，隧道施工时应根据隧道贯通长度、辅助坑道布置、隧道宽度、线路曲线半径等因素，以线路控制网CPⅠ、CPⅡ和水准基点网为依据，以满足贯通精度、轨道铺设精度为目标，设计并建立相应的隧道施工平面、高程控制网。
隧道洞外平面控制测量方法有：GNSS测量、导线测量、三角形网测量及其组合测量方法。
1.隧道洞外控制等级选用隧道洞外控制测量的等级划分、适用长度和精度要求可参考表7.1.1，公路洞外导线控制测量技术参照表7.1.2规定。
表7.1.1 隧道平面控制测量技术要求（铁路隧道）表7.1.2 隧道平面控制测量等级（公路隧道）2.导线测量目前，全站仪已普及使用，则导线测量建立洞外平面控制测量已成为主要方法。
导线法平面控制就是用导线连接进出口中线控制点，按精密导线方法实测和计算，求得隧道两端洞口中线控制点间的相对位置，作为引测进洞和洞内测量的依据。
对于曲线隧道，还应将两切线上控制点纳入导线，通过导线精确求算隧道所在曲线转向角，以确定曲线各要素。
通过导线获取两端洞口控制点与交点的相对位置。
精密导线布设要求及观测方法已在前面阐述。
施工控制网导线布设要求：洞外平面控制网应沿两洞口连线方向布设成多边形组合图形，构成闭合检核条件，每个导线环由4～6条边构成，导线网图形简单。
导线边长应根据隧道长度和辅助坑道数量及分布情况，结合地形条件和仪器测程确定，宜采用长边导线。
公路隧道洞外控制测量复测技术
法固帮、 ， 护顶 防止因煤壁片落 、 顶板破碎导致 冒顶事故
的发 生 。 ３ 经 济效益 和社 会效益
［］ 钱鸣 高， ４ 刘听成． 山压 力及其控 制［ ］北 京 ： 矿 Ｍ． 煤炭工业 出
版社 ，９ １ １９．
维普资讯
１２ ５
西 部探矿 工程
岩性 较软 ， 造成 支柱 钻 底 严 重 ， 支柱 初 撑 力 难 以达 到 质
工作面最初采用 Ｄ ２ 型单体支柱 ， Ｚ８ 由于留有底煤 ， 量标准化要求。在 留底煤 以及软底情况下， 为保证支柱 采高控制在 ２ ５ ． ｍ左右 ， 顶板支护效果较差， 工作面施工 初撑 力 ， 采取 了支柱 下垫 尼龙柱 鞋 和红松底 梁 等措施 。 环境 差 ， 全 隐 患 多 ， 产进 度 较 为 缓慢 。采 取 上述 技 安 生 术措施后， 工作面支柱初撑力 由原来的 ８ ａ ＭＰ 提高到了 ２ ３２ 增加工作面支护密度 ．． ０ ａ工作面采高提高到了 ３０ ． ｍ左右 ， 按每天两个循 根据矿压经验计算公式可知 ： 随着工作面采高的增 １ＭＰ ， 环 ， 月就 多生产 ７０ 吨 ， 煤率 和 回采 率也 有所 提 每 ００多 块 加 ， 山压 力 也会 相 应增 加 。在 此 情 况 下 ， 取 了在 老 矿 采 质量标准化水平也有 了实质性提高， 生产安 塘一侧安设连锁抬棚和加强柱 的方法 ， 增加了工作面的 高。同时 ，
维普资讯
２０ 年第 ９ ０７ 期
・
西部探矿工程
１１ ５
隧道 工 程 ・
公 路 隧 道 洞 外 控 制 测 量 复 测 技 术
秦 宝军
（ 中铁 隧 道股份 有 限公 司测量 队 ， 南 新 乡 ４ ３０ ） 河 ５００
隧道洞内外导线测量方法及注意事项
隧道洞内外导线测量方法及注意事项隧道洞内外导线测量方法及注意事项一、隧道导线点布设1、洞外平面控制网一般采用GPS测量,每个洞口应沿洞口连线的方向布设4个控制点,形成大地四边形,点间尽量相互通视,点间的距离不小于300ｍ为宜(规范中无明确规定),各点间的距离相差不宜过大,一般相邻点间边长之比不能超过1:3。
并且有不少于2个点与隧道洞口通视,作为与洞内传递方向的洞外联系边,且该联系边长度不宜小于300ｍ。
洞外控制点连线以与隧道中心线方向平行或垂直为宜,以减小点位误差对贯通面横向误差影响。
点位的埋设应稳定,便于长期保存。
布点时还应注意进洞联系边的俯仰角不应过大,规范要求:GPS控制网进洞联系边最大俯仰角不宜大于5°,导线网、三角形网的最大俯仰角不宜大于15°。
2、洞外水准点一般每个洞口应埋设不少于2个以上的水准点。
水准点应尽可能与洞口等高,两水准点间的高差应以水准测量1～2站即可联测为宜。
水准点应埋设在洞口附近不受施工影响的地方,且便于与隧道洞内联测为宜。
3、洞内导线一般大于1、5km的隧道应布设双导线,形成多边形闭合环,每个闭合环一般由4～6条边构成。
导线点间距一般在200m 左右,不宜过长或过短。
相邻导线边长不宜相差太大,相邻边长之比不能超过1:3。
一般导线点离障碍物的距离不宜小于0、2ｍ。
4、洞内水准点一般200ｍ～500ｍ设置一对,应选择在稳定便于长期保存。
隧道洞内外导线测量方法及注意事项 隧道洞内、外导线布设示意图洞外控制点洞外控制点洞外控制点洞外控制点洞口投点进洞方向线，距离不小于300ｍ进洞方向线，距离不小于300ｍ洞内导线，间距控制在200ｍ左右二、隧道导线测量方法与注意事项1、隧道导线测量主要内容:洞外平面、高程测量,洞口投点测量,进洞联系测量,洞内导线、高程测量。
2、洞外平面、高程测量2、1洞外平面GPS测量:洞外平面测量目前一般均采用GPS测量,按要求布设好各洞口控制点,按照规范要求的测量等级、精度与方法组织测量即可,测量计算方法项目用的较小,不详细叙述。
隧道洞内外导线测量方法及注意事项
隧道洞内外导线测量方法及注意事项一、隧道导线点布设1、洞外平面控制网一般采用GPS测量，每个洞口应沿洞口连线的方向布设4个控制点，形成大地四边形，点间尽量相互通视，点间的距离不小于300ｍ为宜（规范中无明确规定），各点间的距离相差不宜过大，一般相邻点间边长之比不能超过1：3。
并且有不少于2个点与隧道洞口通视，作为与洞内传递方向的洞外联系边，且该联系边长度不宜小于300ｍ。
洞外控制点连线以与隧道中心线方向平行或垂直为宜，以减小点位误差对贯通面横向误差影响。
点位的埋设应稳定，便于长期保存。
布点时还应注意进洞联系边的俯仰角不应过大，规范要求：GPS控制网进洞联系边最大俯仰角不宜大于5°，导线网、三角形网的最大俯仰角不宜大于15°。
2、洞外水准点一般每个洞口应埋设不少于2个以上的水准点。
水准点应尽可能与洞口等高，两水准点间的高差应以水准测量1～2站即可联测为宜。
水准点应埋设在洞口附近不受施工影响的地方，且便于与隧道洞内联测为宜。
3、洞内导线一般大于1.5km的隧道应布设双导线，形成多边形闭合环，每个闭合环一般由4～6条边构成。
导线点间距一般在200m 左右，不宜过长或过短。
相邻导线边长不宜相差太大，相邻边长之比不能超过1：3。
一般导线点离障碍物的距离不宜小于0.2ｍ。
4、洞内水准点一般200ｍ～500ｍ设置一对，应选择在稳定便于长期保存。
隧道洞内、外导线布设示意图洞外控制点洞外控制点洞外控制点洞外控制点洞口投点进洞方向线，距离不小于300ｍ进洞方向线，距离不小于300ｍ洞内导线，间距控制在200ｍ左右二、隧道导线测量方法和注意事项1、隧道导线测量主要内容：洞外平面、高程测量，洞口投点测量，进洞联系测量，洞内导线、高程测量。
2、洞外平面、高程测量2.1洞外平面GPS测量：洞外平面测量目前一般均采用GPS测量，按要求布设好各洞口控制点，按照规范要求的测量等级、精度和方法组织测量即可，测量计算方法项目用的较小，不详细叙述。
隧道洞外平面和高程控制测量
导线 的 角度 通 常采 用Ｊ 经 纬 仪 ， 以测 回法进 行观 测 。 洞外 导线的量 距精度 要求较高 。 —般 要求ｌ ０ ／１ ００ ／５ ０ １ ０ ０ 。 ０ 在 山岭 地 区 以钢 尺 丈量 达 到 这样 的精 度 是较 为 困难 的 。过 去 曾 采 用２ｍ 钢横 基 尺 以视 差 法测 距 ； 可用 经 过 检 定 的钢 尺 或 铟 铟 还
来 ， 为开 挖放样 的依 据 。随着 坑道 的 向前 掘进 ， 将 洞 口控 制 作 必须 桩坐 标 、 向及洞 口水 准点 的高 程传 递到洞 内 ， 用导 线测 量 的方 方 再 法建 立洞 内的平 面控 制 ， 准 测量方 法建 立高 程控 制 。 用水
１ 洞 外平 面 控 制测 量
正倒镜分中延 长直线法或拨 １０ ８。分 中取平均点位 的方法从一
端 洞 口的控 制 点 向另 一端 洞 口的延长 直 线 。如 图２ 示 。 所
点（ 包括洞 Ｉ插点及其附近的三角点 ， ＝ １ 导线点） 。以便于进洞时进
行 检测 ， 某个 点 在施 工 中被 破 坏后 ， 于 补测 。 或 易
中线 法 就是 在 隧 道洞 顶 地 面 上 用直 接 定 线 的方 法 ，把 隧 道
的中线 ， 每隔一定距离用控制桩精确地标定在地面上 ， 作为隧道
施 工 引测 进洞 的依据 。如 图 １ 示 。 所
▲ 、 ● ｔ
曲线交点上的总偏角可根据导线测量结果计算 出来 ，据此可将 定测 时所测得 的总偏 角加 以修正 ，用得到的较精确的数值来求
钢基线尺设置短基线的视差法测距方法。如今大都用全站仪测
距。
１３ 三 角 测 量 法 ．
距离可用钢尺直接丈量或采用测距仪等方法取得，但应保证其 相对精度不低于１ ４００ ／ 。施工时将经纬仪置于洞 口控制桩Ａ ０ 或
隧道控制测量及监控量测
•一、洞内外控制测量
2、隧道洞外控制测量
隧道平面独立控制网测量方法：
首先在隧道进出口各布设4个平面控制点，同时将原勘测网的部分
GPS控制点和洞口附近的线路中心点一并纳入进出洞口子网，然后通过大
地四边形联测将各洞口的GPS子网联系成一个整体的平面网，进行一等GPS
测量。
内业计算时，把独立网控制点纳入勘测网进行平差，得出坐标（也
导线的形状（直伸或曲折）完全取决于坑道的形状和施工方法；
支导线或狭长形导线环只能用重复观测的方法进行检核，定期导线点不宜保存，观测条件差，标石顶面最好比洞内地面低
2～3cm，周围用钢圈保护。
•一、洞内外控制测量
3、隧道洞内控制测量
洞内导线可以采用下列几种形式： （1）单导线 导线布设灵活，但缺乏检测条件。测量转折角时最好半 数测回测左角，半数测回测右角，以加强检核。施工中应定期检查各 导线点的稳定情况。 （2）导线环 是长大隧道洞内控制测量的首选形式，有较好的检核条 件，而且每增设一对新点，如5和5′点，可按两点坐标反算5～5′的 距离，然后与实地丈量的5～5′距离比较，这样每前进一步均有检核。
以GPS9201-GPS9209方向作为约束方向，中央子午线L0 117 °56′2.04″
，投影面高程H=332.10m。 通过解算，得出独立网坐标。独立网和勘测网在出口处存在偏差， 横向为0.104m，纵向为0.370m。横向偏差较大，应调整隧道内线路左 线坐标，或修改整个曲线在独立网坐标系的曲线要素。
边名 GPS9205-GPS9207 GPS9207-GPS9208 GPS9201-GPS9203 GPS9201-GPS9202 GPS9201-GPS9204 GPS9209-GPS9212 GPS9209-GPS9210 GPS9210-GPS9212
隧道施工的基本要求
隧道施工的基本要求一、隧道工程测量1、洞外控制测量1。
1隧道洞外平面控制，应符合测规的有关精度要求和作业要求。
高程控制应采用水准测量进行施测。
1.2洞外控制测量应在每个洞口附近测设不少于三个平面控制点和两个水准点,作为洞内测量的起测依据。
1.3隧道水准测量的高程应利用一端洞口线路定测水准点的高程作为起始高程进行测量，并传算到隧道另一端洞口进行闭合。
2、洞内控制测量布设洞内导线应以洞口投点为起始点组成多边形闭合导线环。
导线边的边长应根据测量设计要求，并考虑通视条件，宜选择长边,在直线地段不宜少于200米，曲线地段不宜短于70米。
3、洞内施工测量及竣工测量3。
1洞内施工测量3。
1。
1用导线测设，中线点间距直线地段150～250米，曲线地段60～100米;应根据导线设立，其距离可用导线边长距离；用中线法进行洞内控制测量的隧道，中线点间距距离直线地段不宜短于100米，曲线地段不宜短于50米。
供衬砌用的临时点必须用经纬仪测定，其间距可视放样需要适当加密，以不大于10米为宜。
3.1。
2洞内施工用的水准点应根据洞外、洞内已设定的水准点按施工需要加设，并应经常复核，其精度可按中线复测精度执行。
待控测后该水准点应再作修正.为保证隧道底部按图纸所示的纵坡开挖并满足衬砌的正确放样，洞内每隔50米应设一个水准点，隧道中线测桩之间距，在直线上不得超过10米，在曲线上不得超过米。
3。
1。
3隧道的衬砌内轮廓应符合设计要求，在立模前应复核中线和高程，并放出横断面十字线方向，标出拱架顶、边墙底和起拱线高程。
立模后必须进行检查及校正，以确保无误。
3.1.4隧道贯通后，应将相向两方向测设的中线，各自向前延伸一适当距离,如贯通面附近有曲线始终点时，则应延伸至曲线以外的直线上一定距离，以确定中线调整。
3.1.5当隧道贯通后，中线及高程的实际贯通误差应在未衬砌地段进行调整。
该段的开挖及衬砌均应以调整后的中线、高程进行放样。
其调整方法按«测规»办理。
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每千米高程测量偶然中误差（mm）
5 洞外控制测量施测方法
洞外平面控制测量采用导线测量、GPS测量施测，高程控制测量采用光电测距三角高程或几何水准测量施测。中长隧道洞外控制网可布设为平面、高程三维网，平面控制网与光电测距三角高程网“两网合一”进行观测，导线网闭合环得边数宜为4～6条。隧道洞外平面控制测量应优先采用GPS测量，GPS测量点与点之间无需通视，在隧道各开挖洞口布设3个以上控制点，由大地四边形或三角形网构成GPS带状网。对精度要求高得特长隧道、高速铁路隧道，洞外高程控制测量采用精密几何水准测量方法施测。
测角中误差（″）
边长相对中误差
洞外
GPS测量
一
6～20
1、0
1/250 000
二
4～6
1、3
1/180 000
三
＜4
1、7
1/100 000
导线测量
二
6～20
1、0
1/200 000
4～6
1/100 000
三
＜4
1、8
1/80 000
四
1、5～4
2、5
1/50 000
4 洞外高程控制网设计要素
表3洞外高程控制网设计要素
隧道洞外控制测量
QB/ZTYJGYGF-SD-0401-2011
第五工程有限公司谯生有
1前言
1、1工艺工法概况
随着测量技术得发展与测量器具得更新，隧道洞外控制测量技术得到了日新月异得发展。隧道平面洞外控制测量最初就是通过铟钢线尺测量基线然后用高精度经纬仪测角布设三角锁进行控制测量，70年代以来，随着红外测距仪广泛应用于测量领域，精密导线测量逐渐取代劳动强度大得三角锁测量而成为隧道洞外控制测量得主要方法，90年代以后，GPS静态精密定位技术逐渐应用于隧道洞外平面控制测量，目前，隧道平面控制测量优先选用GPS技术，只有部分中短隧道洞外平面控制测量使用导线测量。洞外高程控制测量长期以来一直采用几何水准测量得方法，红外测距仪、全站仪广泛使用后，光电测距三角高程广泛用于中长隧道高程控制测量，对于测量精度要求高得特长隧道目前仍然采用几何水准测量。
3适用范围
适用于铁路、公路、地铁、水利、水电、矿山等隧道工程洞外控制测量。
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
《工程测量规范》GB 50026
2）根据洞外控制测量精度估算贯通误差，估算洞外控制网测量得横向贯通误差影响值。
3）高程控制网测量设计应根据勘测选得洞外高程路线长度与洞内贯通长度，估算洞外高程贯通误差，确定洞外高程测量精度。
3洞外平面控制网设计要素
表2洞外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）
洞口联系边方向中误差（″）
6工艺流程及操作要点
6、1量测工艺流程
洞外控制测量前应收集隧道设计资料，已有测量成果资料，并根据隧道规模、贯通精度要求等进行方案设计，确定控制测量方案。测量流程如图1：
图1洞外控制测量流程
6、2操作要点
6、2、1收集资料
测量前，应收集有关规范、标准及隧道所在地区得大比例尺(1：2000～1：5000)地形图、隧道所在地段得线路平面图、隧道得纵横断面图，各竖井、斜井或水平坑道与隧道得相互关系位置图，隧道施工得技术设计以及各个洞口得机械、地面构筑物布置得总平面图等。其次还应收集勘测单位过去所完成得测量资料或巳做过得地面控制资料。最后还要收集隧道地区得气象、水文，地质以及交通运输等方面得资料。
1隧道贯通误差得分类及其限差
隧道得贯通误差包括：纵向贯通误差、横向贯通误差、高程贯通误差。其在线路中线方向得投影长度称为纵向贯通误差，在垂直于中线方向得投影长度称为横向贯通误差，在高程方向得投影长度称为高程贯通误差。
在测量过程中，最重要得就是横向误差与高程贯通误差，根据两开挖洞口间得长度,《铁路工程测量规范》规定横向贯通误差与高程贯通误差得限差如表1。
1、2工艺原理
通过在各开挖洞口布设控制点，并采用相应得测量设备与技术方法测量控制点得坐标及高程，从而建立隧道各开挖面之间得空间几何关系，为洞内控制测量提供测量基准，确保隧道施工过程中测量控制及贯通精度。
2工艺工法特点
基于测量设备得更新换代，摒弃了选点困难劳动强度大得三角测量技术，优先采用GPS技术进行洞外平面控制测量，无需翻山越岭即可实现洞外平面控制测量，大大提高了测量效率，降低了测量成本。根据隧道贯通精度要求，在满足贯通精度得条件下，洞外高程控制测量采用光电测距三角高程测量，对精度要求高得特长隧道、高速铁路隧道，洞外高程控制测量采用精密几何水准测量，既能满足精度要求，又能最大限度提高测量效率。
表1贯通误差得限差
项目
横向贯通误差
高程贯通误差
相相开挖隧道长度
（km）
L＜4
4≤L
＜7
7≤L
＜10
10≤L
＜13
13≤L
＜16
16≤L
＜19
19≤L
＜20
洞外贯通中误差（mm）
30
40
45
55
65
75
80
18
洞内贯通中误差（mm）
40
50
65
80
105
135
160
17
洞内外综合贯通中误差
50
65
80
等收集完资料后，测量人员就应该对该工程有了一个比较详细得了解，作到心中有数，控制网该怎么布设、采用什么仪器、控制网得等级、控制误差得调整等等。
6、2、2洞外控制测量方案设计
根据相应工程测量规范，按照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得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行高程控制网设计。测量设计应结合隧道长度、平面形状、辅助坑道位置及线路经过得位置以及线路通过地区得地形与环境条件、测量设备、人员情况，以满足隧道洞外控制测量精度为主要指标选择合理得测量方法，确定测量技术指标及技术要求。
100
125
160
180
25
贯通限差（mm）
100
130
160
200
250
320
360
50
注：本表不适用于利用竖井贯通得隧道，利用竖井贯通得隧道还应考虑竖井联系测量误差得影响；相向开挖长度大于20km得隧道应作特殊设计。
2洞外控制网技术设计内容
1）根据洞外控制测量得横向贯通中误差，结合实际布网条件估算贯通误差，设计洞外平面控制网得精度等级。