隧道贯通测量

工程测量学课程设计报告

－隧道贯通测量技术设计

院系：建筑工程学院

专业：测绘工程

地点：测绘专业课程设计教室

班级：

姓名：

学号：

教师：

成绩：

评语：

2012 年7月9 日至2012 年7月15 日

目录

一、工程概况 ----------------------------------------4

1-1、测区地质和测区概况--------------------------------------------4 1-2、工程任务------------------------------------------------------5 1-3、测区已有成果及资料收集----------------------------------------5 1-4、测量作业依据--------------------------------------------------6

二、控制网的布设-------------------------------------6

2-1、坐标系统的选择------------------------------------------------6 2-2、地面平面控制网------------------------------------------------6 2-3、外业测量------------------------------------------------------11 2-4、地面高程控制网------------------------------------------------12 2-5、地下隧道平面控制网--------------------------------------------13 2-6、隧道内高程控制网----------------------------------------------17

三、贯通测量方案的实施-------------------------------18

四、贯通误差预计-------------------------------------20 4-1、第一种方案----------------------------------------------------20 4-2、第二种方案----------------------------------------------------23 4-3、方案的精度评定------------------------------------------------25

五、组织安排------------------------------------------24

六、质量与安全保障措施--------------------------------24

七、经费预算-----------------------------------------25

7-1、造标费用------------------------------------------------------25 7-2、水准测量费用--------------------------------------------------25 7-3、导线测量费用--------------------------------------------------26 7-4、绘制竣工地形图------------------------------------------------26 7-5、总价----------------------------------------------------------26 八、技术总结-----------------------------------------26

8-1、坐标系选择-----------------------------------------------------26 8-2、地面导线部分---------------------------------------------------26

九、体会---------------------------------------------26

一、工程概况

1-1、测区地质和气候概况

1-1-1、测区的地质概况

测区涉及门头沟区大台街道和房山区大安山乡。其中门头沟地层由海相沉积地层和陆相地层组成，各占约50%,陆相地层又包括陆相沉积地层和火山岩地层。火山岩覆盖面积610平方公里，约占全区面积的40%。以沿河城端接为界，以北以古老的元古代沉积地层为主，以南以中生代火山岩为主。16-8亿年的元古代沉积岩360平方公里。占门头沟面积的四分之一。火山岩面积610平方公里，站门头沟面积的60%。中生代侏罗纪、白垩纪时期，门头沟境内发生过多次火山喷发，百花山系，九龙山系、南大岭都是火成岩。

1-1-2、测区的地形概况

门头沟区地处华北平原向蒙古高原过渡地带，地势西北高，东南低。地形骨架形成于中生代的燕山运动。境内总面积的98.5%为山地，平原面积仅占 1.5%西部山地是北京西山的核心部分，山体高大，层峦叠嶂。门头沟地形总的趋势是西北高东南低。由四列西南东北走向的山脉构成。形成宽山窄谷的景观。由于山地切割严重，各岭脊之间形成大小沟谷300余条。平缓的山地与陡峭的山坡交替出现，地形呈锯齿状、阶段性上升。

房山区位于北纬39°30′~39°55′，东经115°25′~116°15′，处华北平原与太行山交界地带，西部和北部是山地、丘陵，东部和南部为沃野平原。主要山脉大房山、大安山、三角山、百花山、西占山等均系太行山分支。测区所在范围为房山区和门头沟区的交界处，测区范围内属丘陵地区，小山起伏、树木茂盛，地势变化小。其中地势最高的地方高程是1313.1m,地势最低的地方高程为745.0m。

1-1-3、测区的气候概况

测区为门头沟区和房山区的交界处属中纬度大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽湿润，冬季寒冷干燥。西部山区与东部平原气候呈明显差异。年平均气温东部平原11.7℃，西部斋堂一带10.2℃。极端最高气温东部40.2℃，西部37.6℃。极端最低气温西部-22.9℃，东部-19.5℃。春季60天，夏季76天，秋季60天，冬季169天，冬季漫长是境内气候的一大特征。春

秋季节，境内风、霜频繁，年平均风速为2.7米/秒，8级以上大风21次，年平均无霜期200天左右，江水河村一带无霜期仅100天。日照时数较多，年平均日照2470小时。降水量自东向西逐渐减少，受中纬度大气环流的不稳定和季风影响，降水量年际变化大，最多为970.1毫米(1977年)，最少为377.4毫米(1997年)，年平均降水量约600毫米。冻土深度为0.5m。

1-2、工程任务

为了改善北京市房山区和门头沟区（千军台坑和曲岖涧）的道路交通状况，拟在的两个居民点之间设计一条隧道，要求在1：10000地形图上设计，根据实际地形以及交通状况，设计隧道进口点、出口点，并确定进出方向，设计地面控制、洞内控制等详细内容，并进行误差预计，最终设计出最优方案指导施工，写出较为详细的贯通测量技术报告，包括方案选择图和误差预计图。千军台属木城涧煤矿，木城涧煤矿于1952年建成投产，是京煤集团所属最大的生产矿井，至今已有50多年的发展历史，现辖千军台、木城涧坑、大台井三个生产坑井，井田面积63.2平方公里，共有员工7100多名。年产优质无烟煤250万吨，约占公司总量的一半，工业总产值6.5亿元。所产无烟煤具有特低硫、低磷、低氮等特点，是洁净、环保、优质的无烟煤，产品广泛应用于冶金、电力、化工、建材等工业行业，除供应国内市场外，产品还远销日本、韩国、巴西等国际市场。是北京市推进南部发展的重要力量。因而，隧道的设计是很必要的。

1-3、测区已有成果及需资料收集

1-3-1、根据大纲中提供的任务情况，在测区内已有如下成果：

1-3-1-1、工程区测区1：1万地形图2幅。

1-3-1-2、工程区测区控制点位置。

1-3-2、需要收集的资料：

除了教师提供的已知资料以外，同学们还应该收集如下资料：

1-3-2-1、测区的人文地质资料及地理资料，冻土线深度，测区的气候状况等等。

1-3-2-2、测区其他的控制点资料、投影带投影面选择及椭球参数等资料。

1-3-3、已有成果的分析利用

同学们对已有的成果进行分析，对已有成果进行比对，分析成果的可用性，

判断控制点位置的正确性。具体要求参见规范。

1-4、测量作业依据

1-4-1、《中华人民共和国测绘行业标准》 CH/T 1004－2005

1-4-2、《中华人民国和国国家标准－工程测量规范》 GB 50026－2007

1-4-3、李青岳、陈永奇工程测量学，测绘出版社，北京，2008,8

1-4-4、郑文华，地下工程测量，煤炭工业出版社，北京，2007,10

1-4-5、工程测量学课程设计指导书

二、控制网的布设

2-1、坐标系统的选择

坐标系统的选择包括平面坐标系统和高程基准的选择，在不同的测区根据情况可以选择不同的坐标系统，以满足测绘生产任务的需要，如本测绘任务中，可以采取平面坐标系统选用1954北京坐标系，高程系统选用1985国家高程基准。

2-2、地面平面控制网

2-2-1、选点

本工程由于是在山区，地形较为复杂。此段属丘陵地区，小山起伏、树木茂盛，地势变化小，为了保证两点的通视，基本上将点选择在山脊和山顶上，而且应该避开树林等障碍物的对视线的影响。这样才能保证两点不受地形的影响。

在设计以前理论上讲，要到实地踏勘。或者对已有的1:10000的地形图进行分析，选定合理的导线点以后，到实地中定点，之后造标埋石。具体的造表标准与选用的导线标准有关，由于本工程是一项相对较大的一项工程，因而有必要采用永久导线点。

导线点的制作如下图：

永久导线点构造图

2-2-2、地面平面控制网的布设方案

2-2-2-1、第一方案（闭合线路）：

地面控制网主要布设了13个点（包括2个已知点M1、M2）点的编号曲岖涧，B1，B2，B3，B4，B5，B6,B7,B8,B9，千军台坑依次增加。组成一个闭合导线，采用的导线等级为四等。

2-2-2-2、第二方案（附和线路）：

地面控制网主要布设了11点（包括4个已知点M1，M2，M3,M4）,点的编号为：曲岖涧，A1，A2,A3,A4,A5,千军台坑。组成一个附和导线，其中曲岖涧和千军台坑两点为进隧道点和出隧道点，导线采用的是四等导线

两种方案的导线路线如下图。

第一种方案

第二种方案

2-2-3施测方案

两种方案均根据四等导线的要求，使用用国产三鼎STS-75R2全站仪，精度

为2"， 2+2 ppm，以每站六个测回测量水平角，每站观测的水平角角值根据四

等导线测角技术要求进行严格的检核。测边同样采用全站仪，每边往返测量边长，

往测及返测各测量四个测回，一测回内各读数之间较差不得超过5mm，单程各测

回较差不得超过7mm，往返较差不得超过2（a+bD) 。外业完毕后，进行相关的

5，要求

内业处理。导线长度相对闭合差小于35000

，方位角闭合差小于n

/1

对此导线闭合环进行严密平差，在各项闭合差满足《规程》要求的前提下，消除

误差影响。第一方案的导线全长为 5.104km，第二方案的导线全长为7.742Km 导线测量的主要技术要求

等导平测测距相测回数方相

级线长

度

(Km) 均边

长

(Km)

角

中

误

差

(

″

)

距中

误差

(mm)

对中误差

(mm)

DJ DJ DJ

位角

闭合

差(″)

对

闭

合差

三等

1

4

3 .

8

2

150000

/1

≤

6

1

－

n

6.3550

/1

≤

四等9

1

.5

.

5

1

8

80000

/1

≤

4 6 －

n

5350

/1

≤

一级4

.5

1

5

30000

/1

≤

－ 2 4

n

10150

/1

≤

二级

2

.4

.25

1

5

14000

/1

≤

－ 1 3

n

16100

/1

≤

三级

1

.2

.1 2

1

5

7000

/1

≤

－ 1 2

n

24500

/1

≤

注：①表中n为测站数；②当测区测图的最大比例尺为1:1000时，一、二、三级导线的平均边长及总长可适当放长，但最大长度不应大于表中规定的2倍。

2-3、外业测量

2-3-1、在外业测量过程中要严密的把握好各项限差, 保障每一测站上数据符合要求。导线测量时应注意以下几点要求：

a.当导线边长较短时，应控制导线边数，但不得超过相应等级导线长度和平均边长算得得边数。

b.导线宜布设成直伸形，相邻边长不宜相差过大。当附合导线长度超过规定时，应布设成结点导线网，结点与结点、结点与高级点之间的导线长度不应大于

规范中规定的长度的0.7倍。

c.当导线平均边长较短时，应控制导线边数，但不得超过表相应等级导线长度和平均边长算得的边数；当导线长度小于表规定长度的1\3时，导线全长得绝对闭合差不应大于13cm。

d.当测区测图的最大比例尺为1：1000时，一、二、三级导线的平均边长。

仪器级别

光学测微

器两次重合读

数差/″

半侧回归

零差

/″

一测回内

2C互差/″

同一方向

值各测回互差

/″

DJ1 DJ2 DJ6 1

3

-

6

8

18

9

13

-

6

9

24

2-3-2、外业测量前先对仪器进行检校

对视准轴进行检校；

对横轴的检校；

对竖轴的检验；

对圆水准器的检验；

对全站仪仪器常数的检验（采用六段解析法）；

检校完成后，提交检校的数据，以及检校数据报告。

2-3-3、内业数据处理

内业数据处理前首先对外业数据进行初步的检查，等检查完合格后才能进行数据的处理。处理软件可以选择南方公司的平差易软件对数据进行平差。处理完成后，提交评查报告，包含平差网图。

2-3-4、进洞点和出洞点的处理：

对进洞点加护桩：首先在进洞点千军台坑点架设全站仪照准N1点，在该视线方线上标定一点01，倒转望远镜标定另一点02.标定完成后，照准N1点，在该方向上标定一点03，倒转望远镜标定另一点04.所有标定点在实地用木桩标定。

对出洞点也做类似的处理。并做好点之记。

2-4、地面工程高程控制网 2-4-1、水准点的选取

在两个导线点之间根据四等水准测量的要求，要求视距长度不超过100m ，而且在导线点之间布设偶数测站。观测顺序后后前前。仪器使用北京仪器公司生产S3水准仪。尽量保证两水准点之间的通视。

2-4-2、水准点的制作

地面水准测量等级及使用仪器要求 等级

两洞口间水准线路长度/km

水准仪型号

标尺类型 二

＞36

5.0S 、1S

线条式因瓦水准尺

三 13～36

1S

线条式因瓦水准尺

3S

区格式木质水准尺

四

5～13

3S

区格式木质

水准尺2-4-3、外业测量前的准备

仪器检校：i角的检验和三轴的检验

检验完后提交检验报告。

2-4-4、外业数据处理

外业数据处理之前首先对外业数据进行检查，等检查合格之后。在对数据进行处理，计算闭合差，，计算出各导线点的高程。对闭合差进行分配。

2-5、地下隧道平面控制网

2-5-1、隧道内导线点的选取

选点时应考虑的因素：

2-5-1-1、相邻导线点之间通视良好，并应尽可能是点间距距离大一些，各级导线边长均应符合要求。

2-5-1-2、为了避免运输干扰，应尽量将点设在远离运输轨道的一侧。

2-5-1-3、导线点应当选在巷道稳定，安全，便于安置仪器进行观测的地方，避开淋雨，偏帮落实和其他不安全因素。

2-5-2、选点

主要沿隧道的一边进行布设，导线点主要设置在隧道的一侧。导线往往不是一次全面布网，而是虽经下巷道掘进而逐步敷设。随着隧道的掘进每延长30-100m延长一次，当隧道掘进到300-500m时，再敷设基本控制导线。用开检查前面敷设的低等控制导线是否正确。

煤矿测量地下导线主要技术要求

导线类别

井田

（采区）

一翼长度

/km

测角中

误差

/（"）

一般

边长

/m

导线全长相对闭合差

闭（附）

合导线

复测支

导线

基本控制导线≥5 ±7

60～

200

1/8000 1/6000 ＜5 ±15

40～

140

1/6000 1/4000

采区控制导线

≥

1 ±15 30～90

1/4000 1/3000 ＜1

±30

——

1/3000

1/2000

2-5-3、隧道导线的施测方案 2-5-3-1、隧道腰线的标定

腰线的标定

隧道中已有一组腰线点1.2.3.隧道的设计坡度为i ，需要向前标设一组新的腰线点4.5.6.组间距一般为30m 左右。标设时水准仪安置在两组点之间，先照准原腰线点1.2.3.上的小钢尺并读数，然后计算各点间的高差，以检查原腰线点是否移动。确定其可靠后，记下3点的读数a 的符号一视线为准来定，点在视线之上为正，在视线之下为负。然后丈量3至4的距离34l ,则可按下式算出腰线点4距视线高度b ：

B=a+34h =a+34l ×i

式中34h ---3与4点之间的高差。 2-5-3-2、隧道的中线的标定 隧道中线示意图：

中线示意图 中线测量的步骤：

标定时，现在Ａ点安置经纬仪，根据角β'和距离AB l 可标定出Ｂ 点。然后将仪器移至Ｂ点，后视Ａ点标设（180°+γ）角，这时仪器视线方向就是边线的方向。再在视线上连续标示1点和2点，则B ，1，2即为一组边线点。

2-5-3-3、平面掘进方向的标定

当隧道采用全断面开挖法进行施工时，通常采用中线法。如下中线标定示意图，P1,P2为导线点，A 为隧道中线点，已知P1 ,P2的实测坐标及中线点A 的设计坐标和隧道中线的设计方位角ɑ，采用坐标反算等有关公式计算出放样点Ａ所需的放样数据。然后用极坐标法放出Ａ点，在Ａ点埋设与导线点相同的标志，并且还要用经纬仪重新测量出Ａ点的坐标，以资检核。标定开挖方向是将仪器安置在Ａ点，后视导线点2p ，i 拨角A β，即可得掘进的中线方向，在中线方向上埋设３个中线点作为一组中线点，用一组中线点可指示直线隧道掘进30——40ｍ。也随着开挖面向前推进，设置一组新的中线点。

中线标定示意图

2-5-3-4、洞口开挖位置和进洞方向的标定

标定时先要检查和熟悉设计图纸，弄清地面控制测量布设的洞口点和附近控制点和水准点测量坐标值和高程值，检查核对设计图上的设计数据，所用测量数据和设计数据必须准确无误。然后根据地面控制测量所得的洞口点坐标和它以其他控制点的连线方向，以及设计的隧道开挖点坐标和中线方向，用坐标反算公式计算出所需的标定数据，用全站仪极坐标法标定洞口开挖位置和进洞方向,同时根据洞口所设高程控制点的高程值，确定东路口开挖点在竖直面内的高程位置

2-5-3-5、线路施工过程中，进行路线纵断面图和横断面图的测绘。

2-5-3-5-1、纵断面图的绘制

线路的平面位置在实地测设之后，应测出各里程桩处的高程。从而绘制沿线起伏情况的纵断面图，以便进行线路纵向坡度、桥涵位置、隧道洞口位置的设计。线路纵断面图是线路设计的基础文件之一。定测阶段的高程测量，应尽量采用初测水准点的高程数据。但须要逐一检测，限差为 mm（K为相邻水准点间的路线长度，以km计），当水准点被破坏或将受到施工影响时，应补设新点。新设水准点的测量要求与基平测量相同。初测水准点检测后，以中平测量的要求测出各里程桩、加桩处的高程，并绘制纵断面图。

2-5-3-5-2、线路横断面图的测绘

在线路设计中，只有线路的纵断面图往往不能满足路基、隧道、桥涵、站场等专业设计以及计算土石方数量等方面的要求。因此，必须测绘出表示线路两侧起伏情况的横断面图。在线路上，一般应在曲线控制点、公里桩和线路纵、

横向地形明显变化处测绘横断面。在大中桥头、隧道洞口、档土墙等重点工程地段，适当加密横断面。

2-6、隧道内高程控制网

高程的起始点其为进洞点和出洞点。采用的是国产的北京光学仪器厂生产的S3水准仪。每300m设计一个高程控制点。在施工工程中为了满足放样的需要，一般是是先用低等级高程测量给出隧道在数值面内的掘进方向，然后再用高等级的高程测量进行检测，并建立永久高程点，每个高程点应设立3个，永久高程点间的间距以300——500m为宜。水准点布设在隧道的一侧。而且水准点的布设是按四等水准测量规范要求进行布设的。具体要求如下表：地下水准测量等级及使用仪器要求

测量等级

每公里高

差中数的偶然

误差/mm

两开挖洞

口间水准路线

长度/km

水准

仪等级

水准标尺类

型

二三四≤1.0

≤3.0

≤5.0

＞32

11～32

5～11

S1

S3

S3

线条式因瓦

水准标尺

区格式水准

标尺

区格式水准

标尺

水准测量进行往返测量，往返测量的高差互差为50L，其中L为水准路线的长度。

水准测量观测的技术要求

等级

仪

器级别

视

线长度

/m

前

后视距

差/m

前

后视距

累积差

视

线离地

面最低

基本

分划辅助

分划黑红

基

本分划

辅助分

/m 高度/m 面读数差

/mm 划黑红面高程差/mm

三等S1

S3

100

75

3 6 0.3 1.0

2.0

1.5

3.0

四

等

S3 100 5 10 0.2 3.0 5.0

等

外

S10 100 10 50 0.1 4.0 6.0 表7

项目等级

测段路线

往返测高差不

符值/mm

附合路线

闭合差/mm

环线闭合

差/mm

检测已测

测段高差之差

/mm

一等二等三等±2K

±4K

±12K

±2L

±4L

±12L

±2F

±4F

±12F

±3R

±6R

±20R

三、测量方案的实施

根据选定的测量方案和测量方法进行施测并计算。每一施测和计算工作环节，均须有可靠的检核，要进行复测复算，防止产生粗差。并将施测实际测量精度与所要求的精度进行比较，若发现实际测量精度低于设计中所要求的精度时，找出原因，采取提高实测精度的相应措施，进行重测，严格把握各项限差。根据掘进工作的需要，及时延长隧道的中线和腰线。在直线段每隔50m，设一中线点，并测有高程；在施测中我们坚持每炮放线，用红漆绘好炮眼后方可开钻，并进行检查测量。

具体做到以下各项要求：

3-1、调查了解待贯通井巷的实际情况，根据贯通的容许偏差，选择合理的测量方案与测量方法。对重要的贯通工程，要编制贯通测量设计书，进行贯通测量误差预计，以验证所选择的测量方案，测量仪器和方法的合理性。

3-2、依据选定的测量方案和方法，进行施测和计算，每一施测和计算环节，均须有独立可靠的检核，并要将施测的实际测量精度与原设计书中要求的精度进行比较。若发现发现实测精度低于设计中所要求的精度时，应当分析其原因，采取提高精度的相应措施，返工重测。

3-3、根据有关数据计算贯通巷道的标定几何要素，并实地标定巷道的中线和腰线。

3-4、根据掘进巷道的需要，及时延长巷道的中线和腰线，定期进行检查测量和填图，并按照测量结果及时调整中线和腰线。贯通测量导线的最后几个测站点必须牢固埋设。最后一次标定贯通方向时，两个相向工作面之间的距离不得小于50m 。当两个掘进工作面之间的距离在岩巷中剩下15—20m ，煤巷中剩下20—30m,测量负责人应以书面形式报告矿（井）技术负责人以及安全检查和施工区队等有关部门[1]。

3-5、巷道贯通之后，应立即测量出实际的贯通偏差值，并将两端的导线连接起来，计算各项闭合差。此外，还应对最后一段巷道的中线和腰线进行调整。

3-6、等施工竣工后实地的测量隧道贯通误差，并对中腰线做进一步的调整，并重新对其做出标定。并撰写技术总结报告，认真做出总结和体会。

四、贯通误差预计

用国产的三鼎全站仪，测角精度为2″，测距精度为±（0.005+5×610-），以六个测回测量水平角。每边往返测量边长，往返各测4个测回。由于煤矿在本矿区过去积累了较多的实测资料，因此各项测量的误差参数均根据以前的实测资料分析求得，少部分误差参数（如地面水准和导入高程等）根据《煤矿测量规程》中的限差规定反算求得:

（1）地面导线的测角中误差：m β上=±4.8″

（2）地面量边误差：导线平均边长为200m ，按王庄煤矿全站仪的 测距标称精度取：

66200l m --???=上

=0.002+210D=0.002+210±2.4mm （5-1）

（3）联系测量：一井定向一次定向中误差0m α=±32″ （4）井下导线测角误差m β下=±5.6″

（5）井下导线量边误差：按导线平均边长120m ，根据仪器的标称精度：

66120l m --???=下

=0.002+210D=0.002+210±32mm （5-2）

（6）地面水准测量误差：按规程限差反算四等水准每1Km 的高程中误差

=

=22

20

m 上

公里±7mm

（7）导入高程误差：一次导入高程的中误差=m ±下公里15mm （8）井下水准测量误差：每1Km 的高程中误差=m 经公里±32mm 4-1、第一种方案：

∑Ry 2值计算表（第一种方案）

导线点号

Ry/m 地面导线Ⅰ

隧道入口 666 B1 545 B2 298 B3 18 B4 292 B5 551 隧道出口 666 ∑Ry 2 1662130 导线点号

Ry/m 地面导线Ⅱ

隧道出口 666 B6 527 B7 321 B8 37 B9 326 隧道入口 666 ∑Ry 2 1375527 导线点号

Ry/m 隧道导线

K1

642