定義

   隧道工程測(cè)量（tunnel engineering survey）是在隧道工程的規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工建造和運(yùn)營(yíng)管理的各個(gè)階段進(jìn)行的測(cè)量。為保證隧道能按規(guī)定的精度正確貫通及相關(guān)的建筑物與構(gòu)筑物的位置正確，從而要求：規(guī)劃階段，提供隧道選線用的地形圖和地質(zhì)填圖所需的測(cè)繪資料；勘測(cè)設(shè)計(jì)階段，在隧道沿線布測(cè)測(cè)圖控制網(wǎng)，測(cè)繪帶狀地形圖，實(shí)地進(jìn)行隧道的洞口點(diǎn)、中線控制樁和中線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的測(cè)設(shè)，繪制隧道線路平面圖、縱斷面圖、洞身工程地質(zhì)橫斷面圖、正洞口和輔助洞口的縱斷面圖等工程設(shè)計(jì)圖；施工建造階段，根據(jù)隧道施工要求的精度和施工順序進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，首先根據(jù)隧道線路的形狀和主洞口、輔助洞口、轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置進(jìn)行洞外施工控制網(wǎng)和洞口控制網(wǎng)的布沒及施測(cè)，再進(jìn)行中線進(jìn)洞關(guān)系的計(jì)算及測(cè)量，隨隧道向前延伸而階段性地將洞內(nèi)基本控制網(wǎng)向前延伸，并不斷進(jìn)行施工控制導(dǎo)線的布測(cè)和中線的施工放樣，指導(dǎo)并保證不同工作面之間以預(yù)定的精度貫通，貫通后進(jìn)行實(shí)際貫通誤差的測(cè)定和線路中線的調(diào)整，施工過程中進(jìn)行隧道縱橫斷面測(cè)量和相關(guān)建筑物的放樣，以及進(jìn)行竣工測(cè)量；在施工建造和運(yùn)營(yíng)管理階段，定期進(jìn)行地表、隧道洞身各部位及其相關(guān)建筑物的沉降觀測(cè)和位移觀測(cè)。

實(shí)施階段

地面控制測(cè)量
(1)平面控制測(cè)量
   隧道工程平面控制測(cè)量的主要任務(wù)是測(cè)定各洞口控制點(diǎn)的平面位置，以便根據(jù)洞口控制點(diǎn)將設(shè)計(jì)方向?qū)虻叵拢敢淼篱_挖，并能按規(guī)定的精度進(jìn)行貫通。因此，平面控制網(wǎng)中應(yīng)包括隧道的洞口控制點(diǎn)。通常，平面控制測(cè)量有以下幾種方法。
① 直接定線法
   對(duì)于長(zhǎng)度較短的直線隧道，可以采用直接定線法。如圖12-31所示，A、0兩點(diǎn)是設(shè)計(jì)的直線隧道洞口點(diǎn)，直接定線法就是把直線隧道的中線方向在地面標(biāo)定出來，即在地面測(cè)設(shè)出位于AD直線方向上的月、C兩點(diǎn)，作為洞口點(diǎn)火、0向洞內(nèi)弓1測(cè)中線方向時(shí)的定向點(diǎn)。
   在4點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，根據(jù)概略方位角。定出月’點(diǎn)。搬經(jīng)緯儀到B’點(diǎn)，用正倒鏡分中法延長(zhǎng)直線到C’點(diǎn)。搬經(jīng)緯儀至Cf點(diǎn)，同法再延長(zhǎng)直線到0點(diǎn)的近旁0’點(diǎn)。在延長(zhǎng)直線的同時(shí)，用經(jīng)緯儀視距法或用測(cè)距儀測(cè)定義月”、月”C’和C”D”的長(zhǎng)度，量出D’0的長(zhǎng)度。計(jì)算C點(diǎn)的位移量。在CJ點(diǎn)垂直于CfD’方向量取C”C，定出C點(diǎn)。安置經(jīng)緯儀于C點(diǎn)，用正倒鏡分中法延長(zhǎng)DC至月點(diǎn)，再從屬點(diǎn)延長(zhǎng)至A點(diǎn)。如果不與A點(diǎn)重合，則進(jìn)行第二次趨近，直至月、C兩點(diǎn)正確位于AD方向上。月、C兩點(diǎn)即可作為在人、0點(diǎn)指明掘進(jìn)方向的定向點(diǎn)，4、月、C、0的分段距離用測(cè)距儀測(cè)定，測(cè)距的相對(duì)誤差不應(yīng)大于1：5000。

②導(dǎo)線測(cè)量法
   連接兩隧道口布設(shè)一條導(dǎo)線或大致平行的兩條導(dǎo)線，導(dǎo)線的轉(zhuǎn)折角用U2級(jí)經(jīng)緯儀觀測(cè)，距離用光電測(cè)距儀測(cè)定，相對(duì)誤差不大于1：10000。經(jīng)洞口兩點(diǎn)坐標(biāo)的反算，可求得兩點(diǎn)連線方向的距離和方位角，據(jù)此可以計(jì)算掘進(jìn)方向。
③ 三角網(wǎng)法
   對(duì)于隧道較長(zhǎng)、地形復(fù)雜的山嶺地區(qū)，地面平面控制網(wǎng)一般布置成三角網(wǎng)形式，如圖12-32所示。測(cè)定三角網(wǎng)的全部角度和若干條邊長(zhǎng)，或全部邊長(zhǎng)，使之成為邊角網(wǎng)。三角網(wǎng)的點(diǎn)位精度比導(dǎo)線高，有利于控制隧道貫通的橫向誤差。

④GPS法
   用全球定位系統(tǒng)GPS技術(shù)作地面平面控制時(shí)，只需要布設(shè)洞口控制點(diǎn)和定向點(diǎn)且相互通視，以便施工定向之用。不同洞口之間的點(diǎn)不需要通視，與國(guó)家控制點(diǎn)或城市控制點(diǎn)之間的聯(lián)測(cè)也不需要通視。因此，地面控制點(diǎn)的布設(shè)靈活方便，且定位精度已優(yōu)于常規(guī)控制方法。
(2)高程控制測(cè)量
   高程控制測(cè)量的任務(wù)是按規(guī)定的精度施測(cè)隧道洞口(包括隧道的進(jìn)出口、豎井口、斜井口和平響口)附近水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，作為高程引測(cè)進(jìn)洞的依據(jù)。高程控制通常采用三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的方法施測(cè)。
水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)選擇連接洞口最平坦和最短的線路，以期達(dá)到設(shè)站少、觀測(cè)快、精度高的要求。每一洞口埋設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)不少于兩個(gè)，且以安置一次水準(zhǔn)儀即可聯(lián)測(cè)為宜。兩端洞口之間的距離大于1km時(shí)，應(yīng)在中間增設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。
隧道施工測(cè)量
(1)隧道掘進(jìn)的方向、里程和高程測(cè)設(shè)
   洞外平面和高程控制測(cè)量完成后，即可求得洞口點(diǎn)(各洞口至少有兩個(gè))的坐標(biāo)和高程，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算洞內(nèi)中線點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)和高程。坐標(biāo)反算得到測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)，即洞內(nèi)中線點(diǎn)與洞口控制點(diǎn)之間的距離、角度和高差關(guān)系。測(cè)設(shè)洞內(nèi)中線點(diǎn)位。
① 掘進(jìn)方向測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)計(jì)算
   如圖12-33所示一直線隧道的平面控制網(wǎng)，A、B、C、…、G為地面平面控制點(diǎn)。其中A、G為洞口點(diǎn)，多l(xiāng)、5z為設(shè)計(jì)進(jìn)洞的第1、第2個(gè)中線里程樁。為了求得A點(diǎn)洞口中線掘進(jìn)方向及掘進(jìn)后測(cè)設(shè)中線里程樁31，用坐標(biāo)反算公式求測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)：
對(duì)于G點(diǎn)洞口的掘進(jìn)測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)，可以作類似的計(jì)算。
對(duì)于中間具有 曲線的隧道，如圖12-34所示，隧道中線轉(zhuǎn)折點(diǎn)C的坐標(biāo)和曲線半徑只已由設(shè)計(jì)文件給定。因此，可以計(jì)算兩端進(jìn)洞中線的方向和里程并測(cè)設(shè)。當(dāng)掘進(jìn)達(dá)到曲線段的里程以后，按照測(cè)設(shè)線路工程平面圓曲線的方法測(cè)設(shè)曲線上的里程樁。

② 洞口掘進(jìn)方向標(biāo)定
   隧道貫通的橫向誤差主要由隧道中線方向的測(cè)設(shè)精度所決定，而進(jìn)洞時(shí)的初始方向尤為重要。因此，在隧道洞口，要埋設(shè)若干個(gè)固定點(diǎn)，將中線方向標(biāo)定于地面，作為開始掘進(jìn)及以后與洞內(nèi)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)的依據(jù)。如圖12-35所示，用1、2、3、4標(biāo)定掘進(jìn)方向，再在洞口點(diǎn)火與中線垂直方向上埋設(shè)5、6、7、8樁。所有固定點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在不易受施工影響的地方，并測(cè)定入點(diǎn)至2、3、6點(diǎn)的平距。這樣，在施工過程中可以隨時(shí)檢查或恢復(fù)洞口控制點(diǎn)的位置和進(jìn)洞中線的方向及里程。

③洞內(nèi)中線和腰線的測(cè)設(shè)
   中線測(cè)設(shè)：根據(jù)隧道洞口中線控制樁和中線方向樁，在洞口開挖面上測(cè)設(shè)開挖中線，并逐步往洞內(nèi)引測(cè)中線上的里程樁。一般，當(dāng)隧道每掘進(jìn)20m要埋沒一個(gè)中線里程樁。 中線樁可以埋設(shè)在隧道的底部或頂部，如圖12-36所示。
腰線測(cè)設(shè)：在隧道施工中，為了控制施工的標(biāo)高和隧道橫斷面的放樣，在隧道巖壁上，每隔一定距離(5-10m)測(cè)設(shè)出比洞底設(shè)計(jì)地坪高出1m的標(biāo)高線，稱為腰線。腰線的高程由引入洞內(nèi)的施工水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)設(shè)。由于隧道的縱斷面有一定的設(shè)計(jì)坡度，因此，腰線的高程按設(shè)計(jì)坡度隨中線的里程而變化，它與隧道的設(shè)計(jì)地坪高程線是平行的。
④掘進(jìn)方向指示
   隧道的開挖掘進(jìn)過程中，洞內(nèi)工作面狹小，光線暗淡。因此，在隧道掘進(jìn)的定向工作中，經(jīng)常使用激光準(zhǔn)直經(jīng)緯儀或激光指向儀，以指示中線和腰線方向。它具有直觀、對(duì)其他工序影響小、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。例如，采用機(jī)械化掘進(jìn)設(shè)備，用固定在一定位置上的激光指向儀，配以裝在掘進(jìn)機(jī)上的光電接收靶，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)向前推進(jìn)中，方向如果偏離了指向儀發(fā)出的激光束，則光電接收靶會(huì)自動(dòng)指出偏移方向及偏移值，為掘進(jìn)機(jī)提供自動(dòng)控制的信息。
(2)洞內(nèi)施工導(dǎo)線和水準(zhǔn)測(cè)量
①洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量
    測(cè)設(shè)隧道中線時(shí)，通常每掘進(jìn)20m埋設(shè)一個(gè)中線樁。由于定線誤差，所有中線樁不可能嚴(yán)格位于設(shè)計(jì)位置上。所以，隧道每掘進(jìn)至一定長(zhǎng)度(直線隧道約每隔100m左右，曲線隧道按通視條件盡可能放長(zhǎng))布設(shè)一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，也可以利用埋設(shè)的中線樁作為導(dǎo)線點(diǎn)，組成洞內(nèi)施工導(dǎo)線。導(dǎo)線的轉(zhuǎn)折角采用DJ2級(jí)經(jīng)緯儀至少觀測(cè)兩個(gè)測(cè)回。距離用經(jīng)過檢定的鋼尺或光電測(cè)距儀測(cè)定。洞內(nèi)施工導(dǎo)線只能布置成支導(dǎo)線的形式，并隨著隧道的掘進(jìn)逐漸延伸。支導(dǎo)線缺少檢核條件，觀測(cè)應(yīng)特別注意，轉(zhuǎn)折角應(yīng)觀測(cè)左角和右角，邊長(zhǎng)應(yīng)往返測(cè)量。根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)來檢查和調(diào)整中線校位置。隨著隧道的掘進(jìn)，導(dǎo)線測(cè)量必須及時(shí)跟上，以確保貫通精度。
②洞內(nèi)水準(zhǔn)測(cè)量
   用洞內(nèi)水準(zhǔn)測(cè)量控制隧道施工的高程。隧道向前掘進(jìn)，每隔；200-500M應(yīng)設(shè)置一個(gè)洞內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)，并據(jù)此測(cè)設(shè)腰線。通常情況下、可利用導(dǎo)線點(diǎn)作為水準(zhǔn)點(diǎn)，也可將水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)在洞頂或洞壁上，但都應(yīng)力求穩(wěn)固和便于觀測(cè)。洞內(nèi)水準(zhǔn)線路也是支水準(zhǔn)線路，除應(yīng)往返觀測(cè)外，還須經(jīng)常進(jìn)行復(fù)測(cè)。
(3)盾構(gòu)施工測(cè)量
    盾構(gòu)法是隧道施工采用的一項(xiàng)綜合性施工技術(shù)，它是將隧道的定向掘進(jìn)、運(yùn)輸、襯砌、安裝等各工種組合成一體的施工方法。其工作深度可以很深，不受地面建筑和交通的影響，機(jī)械化和自動(dòng)化程度很高，是一種先進(jìn)的土層隧道施工方法，廣泛用于城市地下鐵道、越江隧道等工程的施工中。
盾構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)外形是圓筒形，也有矩形、半圓形等與隧道斷面相近的特殊形狀。圖12-37所示為圓筒形盾構(gòu)及隧道襯砌管片的縱剖面示意圖。切口環(huán)是盾構(gòu)掘進(jìn)的前沿部分，利用沿盾構(gòu)圓環(huán)四周均勻布置的推進(jìn)千斤頂，頂住己拼裝完成的襯砌管片(鋼筋混凝土預(yù)制)，使盾構(gòu)向前推進(jìn)。

   盾構(gòu)施工測(cè)量主要是控制盾構(gòu)的位置和推進(jìn)方向。利用洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)定盾構(gòu)的位置（當(dāng)前空間位置和軸線方向）。用激光經(jīng)緯儀或激光定向儀指示推進(jìn)方向，用千斤頂編組施以不同的推力，進(jìn)行糾偏，即調(diào)整盾構(gòu)的位置和推進(jìn)方向。
豎井聯(lián)系測(cè)量
   在隧道施工中，除了通過開挖平峒、斜井以增加工作面外，還可以采用開挖豎井的方法來增加工作面，將整個(gè)隧道分成若干段，實(shí)行分段開挖。例如，城市地下鐵道的建造，每個(gè)地下站是一個(gè)大型豎井，在站與站之間用盾構(gòu)進(jìn)行開挖，并不受城市地面密集的建筑物和繁忙交通的影響。
為了保證地下各方向的開挖面能準(zhǔn)確貫通，必須將地面控制網(wǎng)中的點(diǎn)位坐標(biāo)、方位和高程，通過豎井傳遞到地下，這項(xiàng)工作稱為豎井聯(lián)系測(cè)量。豎井施工前，根據(jù)地面控制點(diǎn)把豎井的設(shè)計(jì)位置測(cè)設(shè)于地面。豎井向地下開挖，其平面位置用懸掛大錘球或用垂準(zhǔn)儀測(cè)設(shè)鉛垂線，可以將地面的控制點(diǎn)垂直投影至地下施工面。工作原理和方法與高層建筑的平面控制點(diǎn)垂直投影完全相同。高程控制點(diǎn)的高程傳遞可以用鋼卷尺垂直丈量法或全站儀天頂測(cè)距法。參見第ll章的有關(guān)內(nèi)容。

    豎井施工到達(dá)設(shè)計(jì)底面以后，應(yīng)將地面控制點(diǎn)的坐標(biāo)、高程和方位作最后的精確傳遞，以便能在豎井的底層確定隧道的開挖方向和里程。由于豎井的井口直徑（圓形豎井）或?qū)挾龋ň匦呜Q井）有限，用于傳遞方位的兩根鉛垂線的距離相對(duì)較短(一般僅為3-5m)，垂直投影的點(diǎn)位誤差會(huì)嚴(yán)重影響井下方位定向的精度。如圖12-38所示，Vl、V2是 圓形豎井井口的兩個(gè)投影點(diǎn)，垂直投影至井下。由于投點(diǎn)誤差，至井底偏移到V1、認(rèn)。設(shè)VlV=Vz八，則產(chǎn)生的方位角誤差為：
凸”=2嚴(yán)I/11/；/I/lI/z (12-13)
式中ρ為206265″。
設(shè)V11/z=5m，VlVL=1mm，則產(chǎn)生的方位角誤差么。=l’23″。一般要求投點(diǎn)誤差應(yīng)小于0．5mm。兩垂直投影點(diǎn)的距離越大，則投影邊的方位角誤差越小。該邊的方位角要作為地下洞內(nèi)導(dǎo)線的起始方位角。因此，在豎并聯(lián)系測(cè)量工作中，方位角傳遞是一項(xiàng)關(guān)鍵性工作，主要有一井定向、兩井定向、陀螺經(jīng)緯儀定向等方法。
隧道竣工測(cè)量
    隧道工程竣工后，為了檢查工程是否符合設(shè)計(jì)要求，并為設(shè)備安裝和運(yùn)營(yíng)管理提供基礎(chǔ)信息，需要進(jìn)行竣工測(cè)量，繪制竣工圖。由于隧道工程是在地下，因此隧道竣工測(cè)量具有獨(dú)特之處。
驗(yàn)收時(shí)檢測(cè)隧道中心線。在隧道直線段每隔50m、曲線段每隔20m檢測(cè)一點(diǎn)。地下永久性水準(zhǔn)點(diǎn)至少設(shè)置兩個(gè)，長(zhǎng)隧道中每公里設(shè)置一個(gè)。

    隧道竣工時(shí)，還要進(jìn)行縱斷面測(cè)量和 橫斷面測(cè)量。縱斷面應(yīng)沿中線方向測(cè)定底板和拱頂高程，每隔10-20m測(cè)一點(diǎn)，繪出竣工縱斷面圖，在圖上套繪設(shè)計(jì)坡度線進(jìn)行比較。直線隧道每隔10m、曲線隧道每隔5m測(cè)一個(gè)橫斷面。橫斷面測(cè)量可以用直角坐標(biāo)法或極坐標(biāo)法。如圖12-39a所示，用直角坐標(biāo)法測(cè)量隧道竣工橫斷面。測(cè)量時(shí)，是以橫斷面的中垂線為縱軸，以起拱線為橫軸，量出起拱線至拱頂?shù)目v距ti和中垂線至各點(diǎn)的橫距)”，還要量出起拱線至底板中心的高度z’等，依此繪制竣工橫斷面圖。如圖12-39b所示，用極坐標(biāo)法測(cè)量竣工橫斷面。用一個(gè)有0。一360’刻度的圓盤，將圓盤上0。一180’刻度線的連線方向放在橫斷面中垂線位置上，圓盤中心的高程從底板中心高程量出。用長(zhǎng)桿挑一皮尺零端指著斷面上某一點(diǎn)，量取至圓盤中心的長(zhǎng)度，并在圓盤上讀出角度，即可確定點(diǎn)位。在一個(gè)橫斷面上測(cè)定若干特征點(diǎn)，就能據(jù)此繪出竣工橫斷面圖 。