第五部分 线桥隧控制 梁建昌.

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1 第五部分 线桥隧控制 梁建昌

2 主要内容 一、公路、铁路控制测量 二、桥梁施工控制测量 三、隧道施工控制测量

3 一、公路、铁路控制测量 （一）高速公路控制测量 1.几个基本概念 1）独立坐标系
任意选定原点和坐标轴，其投影面为固定基准面的平面直角坐标系。 独立坐标系是相对于国家统一坐标系而言的，以测区中某一经度线作为中央子午线，以测区某一高程面作为投影面而建立的平面直角坐标系。用该坐标系建立的控制网可与国家坐标系进行换算。 2）假定坐标系 任意假定原点、坐标轴方向，长度不经过投影变形改正的平面直角坐标系。 一般是假定一个点的坐标(不要使测区出现负值坐标)及一条边的方位角，在测量平面上直接计算的平面直角坐标系。

4 3）检测 采用某种测量手段对平面、高程控制测量点进行测量，以检查原控制测量网的精度或确认原控制测量桩是否被移动的活动。 4）复测 采用与原测量同精度的侧量方法对原有平面、高程控制测量网进行测量，并重新平差计算提供新的测量成果的活动。 5）首级控制网 为建立路线基准控制而施测的覆盖全路线的高等级控制测量网。 6）路线控制网 为满足公路路线测量而建立的控制测量网。 7）工点控制网 为满足桥、隧、交叉以及其他工点设计需要而建立的控制测量网。

5 2.平面控制测量 1）控制测量方法 平面控制网的布设原则： 应符合因地制宜、技术先进、经济合理、确保质量。
路线平面控制网宜全线贯通、统一平差。 平面控制测量应采用GPS测量、导线测量、三角测 量或三边测量方法进行。 现在高速公路主流方法是GPS测量、导线测量；

6 2）控制网等级

7 3）控制网变形控制 路线平面控制测量坐标系，应使测区内投影长度变形值 不大于2.5cm; 大型构造物平面控制测量坐标系，其投影长度变形值不 应大于1cm，投影分带位置不应选择在大型构造物处。 构造物平面控制网应联系于路线控制网上，并应保持其 本身的精度。当构造物平面控制网中检核点与路线控制测量 中横坐标差异较大时，应对构造物平面控制网进行旋转。最 终成果中检核点在两个网中的坐标差值不应大于4cm。

8 4）坐标系选择 (1)当投影长度变形值满足要求时，应采用高斯正形投影3°带 平面直角坐标系。 (2)当投影长度变形值不能满足要求时，可采用: ①投影于抵偿高程面上的高斯正形投影3°带平面直角坐标系统. ②投影于1954年北京坐标系或者1980年西安坐标系椭球面上 的高斯正形投影任意带平面直角坐标系。 ③抵偿高程面上的高斯正形投影任意带平面直角坐标系。 ④当采用一个投影带不能满足要求时，可分为几个投影带,但 投影分带位置不应选择在大型构造物处。 ⑤假定坐标系. 当采用独立坐标系、抵偿坐标系时，应提供与 国家坐标系的转换关系。

9 5）控制网设计 路线平面控制网，宜首先布设首级控制网，然后再 加密路线平面控制网。 一般首级采用GPS测量，次级采用GPS测量或全站仪 导线。 构造物平面控制网可与路线平面控制网同时布设， 亦可在路线平面控制网的基础上进行。当分步布设 时，布设路线平面控制网的同时，应考虑沿线桥梁、 隧道等构造物测设的需要，在大型构造物的两侧至 少应分别布设1对相互通视的首级平面控制点。

10 线路较短，直接采用一级GPS控制测量方法

11 点间距 平面控制点相邻点间平均边长 四等及以上平面控制网中相邻点之间的距离不得小于500m，一、二级平面控制网中相邻点之间的距离在平原、微丘区不得小于200m，重丘、山岭区不得小于100m，最大距离不应大于平均边长的2倍。 路线平面控制点宜沿路线前进方向布设，路线平面控制点到路线中心线的距离应大于50m，宜小于300m，每一点至少应有一相邻点通视。特大型构造物每一端应埋设2个以上平面控制点。

12 GPS网 GPS控制网应同附近等级高的国家平面控制网点联测，联测点数应不少于3个，并力求分布均匀，且能覆盖本控制网范围。当GPS控制网较长时，应增加联测点的数量。 同一公路工程项目的GPS控制网分为多个投影带时，在分带交界附近宜同国家平面控制点联测。 二、三、四等GPS控制网应采用网连式、边连式布网;一、二级GPS控制网可采用点连式布网。GPS控制网中不应出现自由基线。

13 导线 应尽量布设成直伸形状。 测距边应选在地面覆盖物相同的地段，不宜选在烟囱、 散热塔、散热池等发热体的上空。 测线上不应有树枝、电线等障碍物，测线应离开地面 或障碍物1.3m以上。 测线应避开高压线等强电磁场的干扰，并宜避开视线 后方反射物体。 测距边的测线倾角不宜太大。

14 3.高程控制测量 1）一般规定 宜采用1985年国家高程基准。 同一个公路项目应采用同一个高程系统，并与相邻项目高 程系统相衔接。
独立工程或三级以下公路联测有困难时，可采用假定高程。 采用水准测量或三角高程测量的方法进行，高程异常变化 平缓的地区可使用GPS测量的方法进行，但应对作业成果 进行充分的检核。 路线高程控制网应全线贯通、统一平差。 各等级路线高程控制网最弱点高程中误差不得大于 ±25mm，用于跨越水域和深谷的大桥、特大桥的高程控 制网最弱点高程中误差不得大于±10mm.

15 2）高程控制点的布设和观测 高程控制点应沿公路路线布设。 高程控制点距路线中心线的距离应大于50m，宜小 于300m。相邻控制点之间的间距以1-1.5km为宜;重 丘、山岭区可根据需要适当加密;大桥、隧道口及其 他大型构造物两端应增设水准点，特大型构造物每 一端应埋设2个(含2个)以上高程控制点。 水准仪i角，在作业开始的第一周内应每天测定一次， 稳定后可每隔15d测定一次，其值不得大于20“。

16 4.例 某测区为山区和丘陵区，沟壑、河渠众多，地形复杂。测区重丘最高处1559米，平原最低处40米，高差达到1519米。正线148.5Km，沿途与多条高速公路相接，并跨越多条铁路和国道。路线位于东经115°16′～115°50′和北纬39°24′～40°25′。 平面首级三等GPS，次级控制一级导线点。 一般在设计路线中心线两侧50～300米的范围内，沿路线 每隔500米左右交叉布设，埋石相邻边长一般不超过1∶3， 一级导线相邻点之间的距离在平原、微丘区不小于200米， 重丘、山岭区不小于100米，最大距离不大于1000米； 当受地形限制无法交叉布设时，在同一侧连续埋设，但一 般不超过三个点。 一般每隔2-4Km左右布设一个三等GPS点，较大隧道两侧各 布设2个以上相互通视的三等GPS点，特大桥及大型立交桥 处埋设一对三等GPS点。

17 平面坐标系统采用抵偿高程面上的高斯正形投影任意带平面 直角坐标系。全线划分为五个独立平面坐标系：
第一坐标系中央子午线115°26′，位于K98处, 处于线路K0- K15.7，投影面高程650m，坐标变形值最大为23.2mm/km； 第二坐标系中央子午线115°26′，位于K15.7-K33.6，投影面高 程850m，坐标变形值最大为24.7mm/km； 第三坐标系中央子午线115°26′，位于BK33.1-K53.4，投影面 高程1100m，坐标变形值最大为16.1mm/km； 第四坐标系中央子午线115°26′，位于K70.8-K111.1，投影面 高程400m，坐标变形值最大为22.0mm/km； 第五坐标系中央子午线115°26′，位于K111.1-k148.5，投影面 高程110m，坐标变形值最大为10.5mm/km； 高程系统采用1985国家高程基准。三等水准测量。

18 （二）高速铁路控制测量

19 二、桥梁施工控制测量 （一）桥梁施工控制网的作用 平面控制网：保证桥轴线长度和墩台定位的精度要求。
高程控制网：提供统一高程系统，使两端高程准确衔 接，也满足高程放样需要。

20 （二）桥梁控制网的特点 1.范围小，精度高，点位密度大； 南京长江大桥桥轴线长设计限差为l／40万（正桥）
桥梁墩台心定位误差应小于2cm（桥轴线方向） 2.使用频繁； 3.施工干扰大；一级。 4.平面控制网的等级应根据施工中放样精度要求最高 的几何位置中心的容许误差和最弱边的边长估算出必 要的精度。

21 1.桥轴线精度（目前《测规》依下述方法估算）
（三）桥梁控制网的精度估算 桥控网必须满足桥轴线长度的精度要求和放样要求。 1.桥轴线精度（目前《测规》依下述方法估算） 依据桥长、桥式、桥跨大小、桥结构及施工工艺。 因素影响复杂。依据：① 拼装综合误差； ② 支座安装误差。 估算分三类桥式： （1）钢筋混凝土简支梁： 通常取±10mm （2）钢板梁及短跨（ ≤<64m）简支钢桁梁： 通常取±5mm

22 若桥梁全长有 N 跨（联），则全长（桥轴线）中误差：
（3）连续梁及长跨（＞64m）简支钢桁梁： 通常取±2mm 若桥梁全长有 N 跨（联），则全长（桥轴线）中误差： 桥轴线相对中误差（ K ）：

23 例1:（混凝土简支梁）某大桥由36跨等跨39. 6m的钢筋混凝土无渣无枕箱形梁组成的铁路大桥。墩上支座间距为1
例1:（混凝土简支梁）某大桥由36跨等跨39.6m的钢筋混凝土无渣无枕箱形梁组成的铁路大桥。墩上支座间距为1.1m，桥台前背墙至两端支座中心间距为0.6m，试求桥轴线长度必要精度。 解： （1）全桥长： （2）每跨中误差： （3）全桥长度中误差： （4）全桥长度相对中误差： 宜选四等网

24 例2:（短跨简支钢桁梁）某大桥由 23 跨等跨64 m 的简支钢桁梁组成，每跨由8个8m长的节间组成。墩上支座间距为1
例2:（短跨简支钢桁梁）某大桥由 23 跨等跨64 m 的简支钢桁梁组成，每跨由8个8m长的节间组成。墩上支座间距为1.1m，桥台前背墙至两端支座中心间距为0.55m，试求桥轴线长度必要精度。 解： （1）全桥长： （2）每跨中误差： （3）全桥长度中误差： （4）全桥长度相对中误差： 宜选四等网或三等网

25 例3:（长跨简支钢桁梁）某大桥由 9跨等跨160 m 的简支钢桁梁组成，每跨由10个16m长的节间组成。墩上支座间距为1
例3:（长跨简支钢桁梁）某大桥由 9跨等跨160 m 的简支钢桁梁组成，每跨由10个16m长的节间组成。墩上支座间距为1.2m，桥台前背墙至两端支座中心间距为0.6m。试求桥轴线长度必要精度。 解： （1）全桥长： （2）每跨中误差： （3）全桥长度中误差： n＝10 （4）全桥长度相对中误差： N＝9 宜选二等网

26 例4:（长跨连续梁）某大桥是由 9跨等跨160 m 的连续梁组成，每跨由10个16m长的节间组成。三跨为一联，共三联，公铁两用桥。联与联之间的支座间距为2.0m，桥台前背墙至两端支座中心间距为1m。试求桥轴线长度必要精度。 解： （1）全桥长： （2）每联钢梁中误差： （3）全桥长度中误差： n＝10×3＝30！ （4）全桥长度相对中误差： N＝3! 宜选一等网

27 桥梁控制三角网等级和精度（《测规》P）84）
算例说明： （1）依据估算出的全桥长相对中误差，可选择相应等级的三角网。 桥梁控制三角网等级和精度（《测规》P）84） 等级 测 角 中 误 差 桥 轴 线 相 对 中 误 差 最 弱 边 相 对 中 误差 基 线 相 对 中 误 差 一 0.7 " 1/ 1/ 1/ 二 1.0 " 1/ 1/ 1/ 三 1.8 " 1/75 000 1/60 000 1/ 四 2.5 " 1/50 000 1/40 000 五 4.0 " 1/30 000 1/25 000 （2）从上例可看出，桥长相近，但因桥结构等不同而需精度迥异： 连续梁较简支梁高20％ 大跨度较小跨度（≤64m）简支钢桁梁高100％ 钢桥较钢混桥简支梁高30％

28 2.确定施工放样的精度 施工控制网精度确定的一般原则 设计控制网时，应使控制点误差所引起的放样点位的误差，相对施工放样的误差来说，不发生显著影响，小到可以忽略不计的程度。 即：总点位误差中，控制点误差所引起的点位误差仅是放样误差的1/10。

29 则： ＝0.1 设 M： 放样后的点位总误差 m1：控制点误差所引起的点位误差 m2：放样过程中所产生的误差
将上式展开，并取至二次项： 设由于控制点误差的影响，仅使总误差 M 增加m2的 1/10，则：

30 （1）由上述知，当控制点所引起的放样点误差m1为总误差的0.4倍时，则m1使放样总误差仅增加m2的1/10。

31 3.控制网精度估算 施工前，估算网形、观测方法及设备能否达到要求。
指控制网设计布设完毕后，根据控制网网形、观测要素、和观测方法及仪器设备条件，在施测之前对该控制可以达到的精度作一估算.

32 （四）桥梁控制网的类型 （1）三角网 用高精度全站仪（1mm+1ppm）可直接测定桥轴线，并可作 为起算数据，这是控制网的目的就是设置足够控制点；用中等 精度全站仪时，测距边只能作观测边，不能用作起算数据。 （2）边角网和测边网 测边网因多余观测数少，可靠性低，未有效利用全站仪的高精 度测角功能。边角网则效果好。必测边有桥轴线和两岸各一边。 （3）精密导线网 图形简单，控制点位置方便，大大简化外业强度。高精度全 站仪精密导线网是桥控网的趋势，也是新课题。 （4）GPS控制网

33 （五）桥梁控制网的布设形式 不能使用勘测阶段建立的测量控制网来进行施工放样工作，必须重新布测专用的施工平面控制网。 控制点位布设要点： （1）图形力求简单，便于满足精度地前方交会法对桥墩进行放样。 （2）控制网边长在0.5～1.5倍河宽的范围内变动。 （3）将桥轴线控制点、曲线交点、直缓点和缓直点或其切线上点纳入网中，桥轴线应为网中一边，以紧密联系线路与网。 （4）便于观测和保存和使用，干扰少。

34 （5）控制点应埋深至冻土层以下0.5m。 （6）图形宜方正、刚强角值控制在30°~120 °之间。 （7）根据选定图形，求算桥轴线的权倒数1/P1及其预定权倒数1/P2，若 1/P1 >1/P2 ，说明图形强度不够，须改善图形。 方法有： （1）增加基线数，基线不短于桥轴线长的0.7倍。 （2）增加测线，使条件方程式增多。 （3）改善最大角和最小角。

35 （六）高铁桥梁施工控制网 桥涵测量应在CPⅠ、CPⅡ和线路水准基点的基础上进行。
由于特大桥、复杂大桥的施工平面和高程控制测量精度要求较高，已有的线路控制网精度难以满足需求，应建立独立的施工测量平面、高程控制网。 注：对于桥长小于800 m的桥梁，当桥址两岸已有足够数量的CPⅠ、CPⅡ控制点且能满足桥梁施工精度要求时，可直接利用之，无需另行建网。

36 1.桥梁施工独立坐标系的两种建立方法 （1）基于国家或线路坐标系统的桥梁施工独立坐标系
以施工控制网中一个稳定的控制点（一般为桥中线点）的国家或线路坐标作为起算坐标，以该点至另一点（一般为桥中线点）在国家或线路坐标系中的坐标方位角为起算方位，取桥梁墩顶或轨底平均高程平面为坐标投影面，取桥梁工程中心附近经线作为坐标投影的中央子午线。 （2）桥址里程坐标系 桥轴线（曲线桥为起端切线）为X轴方向，里程增加方向为其正向；由X轴顺时针旋转90°的方向为Y轴正向；取桥梁墩顶或轨底平均高程平面为坐标投影面，取桥梁工程中心附近经线作为坐标投影的中央子午线；起算里程值可自行设定，但全桥的X、Y坐标值不应出现负值。一般可选定桥轴线上较为稳定的一点作为坐标起算点，并以其里程值做为它的X值；桥梁平面坐标系统应与线路控制网联测，以取得坐标换算关系。

37 2.控制网形 GPS测量是桥梁施工控制网测量的首选方法，三角形网及导线测量方法可作为GPS方法的一种补充，在不具备GPS测量条件时采用。
精密导线测量方法主要用在加密控制测量中。导线测量应符合下列规定： （1）控制网应由多个闭合环组成，每个导线环的边数宜为4~6条。 （2）在方便桥梁墩台施工定位的原则下，宜采用长边，最短边长不宜小于300m。 （3）采用全站仪测量的光电测距边，必须按精密测距的要求加入必要的改正数，归算至墩顶（或轨底）平均高程面上。

38 3.高程控制网 应采用水准测量方法，统一按二等水准测量精度施测。 施工水准点应沿桥轴线两侧均匀布设，每岸不得少于3个。
水准点沿桥线方向的间距宜为400 m左右，并构成连续水准闭合环。桥墩较高、两岸坡陡时，可在陡坡上一定高差内加设辅助水准点。对复杂特大桥，或有变形观测要求时，宜在江河两岸各埋设至少1个深桩水准点，水准点埋置深度要达到有利于稳定的土层。 外业观测完成后，应对水准网中各条件方程式的不符值进行检验，限差检算合格后，进行全桥的整网平差。 全网高程宜以一个稳定可靠的高等级已知水准点起算。

39 常规网布设时，基本网形是三角形和四边形，主要有：双三角形、大地四边形、双大地四边形以及三角形与四边形结合的多边形，如图示。
（七）桥梁控制网网形 常规网布设时，基本网形是三角形和四边形，主要有：双三角形、大地四边形、双大地四边形以及三角形与四边形结合的多边形，如图示。 （1）双基线三角形 （2）双基线大地四边形

40 （3）菱形基线扩大网 （4）平行四边形加插点或过渡三角点 （5）双大地四边形 （6）双四边形加对角线

41 若有高精度短程测距仪，则可将主要控制边观测，再进行测角，组成边角网。图形强度好，精度高，是理想图形。
（7）边角网的双四边形 （8）精密导线网

42 西溪公路大桥全长1048 m,控制点间最短边长为380 m,最长边为1400 m。
平面控制按二等网精度进行施测，水平角采用Wild T3（1秒）经纬仪观测12测回,测角中误差为±0.6″,三角形最大闭合差为1.2″。边长采用Leica DI 1600测距仪 (测程3.5 km,精度3 mm+2×10-6D)往返测量,测4测回,测距相对中误差小于1/ 。 高程控制利用DS1精密水准仪施测,达到二等水准测量精度的要求。 平面控制测量采用秩亏自由网平差,平差后最弱边精度为1/ 。

43 老煤洞特大,为(8×32+5×64+5×32) m预应力混凝土箱梁结构, 全长768
老煤洞特大,为(8×32+5×64+5×32) m预应力混凝土箱梁结构, 全长 m,中心里程DK ,最高墩9号墩高82.65 m。 全桥除16、17号墩及18号台位于R= 550 m、L= 110 m缓和曲 线上外,其余均位于直线上。 为了充分发挥测角网和测边网的这些特点,布设边角网。 采用SET1000全站仪,测角六测回,测距对边测量正倒镜三测回。

44 虎门大桥主桥长4.58km,桥面宽31m。主跨通航净空高60m。

45 虎门大桥施工控制网建立采用二等边角网,历时一个半月,外业人员7人。在平差计算中,进行了边角网、测边网、测角网三种方案计算。平差结果,测边网与边角网精度非常接近。
复测采用二等测边网施测,历时7d,外业人员4人。平差结果满足二等平面控制网的精度要求,工作效率比建网时提高很多,因此测边网应用于桥梁施工平面控制测量具有较大的优势。 使用的仪器为瑞士Leica公司T2型经纬仪(标准精度为每测回观测的中误差为±2″)和垂直角采用中丝法对向观测三测回,垂直角互差不超过±7″,指标差较差不超过3″。观测斜边进行气象改正。 需要注意的是测边网中短边不能太短,如二等平面控制网,边长不宜短于300m,否则由于测距仪加常数a的影响,测距相对中误差很难达到要求。

46 泸州长江大桥位于在建的隆纳高速公路长江大桥下游约2. 2km处，是新建地方铁路隆叙线泸州至纳溪段跨越长江的一座大型桥梁,大桥全长1444
泸州长江大桥位于在建的隆纳高速公路长江大桥下游约2.2km处，是新建地方铁路隆叙线泸州至纳溪段跨越长江的一座大型桥梁,大桥全长1444.5m,测区内有大片竹林、树木、苗圃以及房屋和经济林,通视条件差。两岸土质较硬,地形起伏大,通行困难。

47 C级网 在桥轴线上为了便于施工放样布设了DQ1~ DQ6共6个控制点; 在跨河部分,由于北岸下游侧无法布设基线点,故在桥轴线上、 下游布设了DQ7、DQ8、DQ9 3个基线点,与桥轴线点DQ2、DQ3共同形成了一个大地四边形加一个三角形的图形,保证了图形的强度; 在陆地部分,由于距离较短,故只布设了简单的三角形。 为了减少GPS信号被遮挡或被障碍物吸收,在观测前对控制点周围的障碍物进行了清理。

48 选于桥墩顶的平面（支座平均高程面）上进行平差。
（八）桥梁控制网的坐标系和投影面的选择 1、坐标系选择 多采用独立坐标系统。 其坐标轴采用平行或垂直于桥轴线方向，坐标原点选在工地以外的西南角上，以保证地范围内点坐标都是正值。桥轴线上两点间的长度可以方便地由坐标差求得。曲线桥梁，坐标轴可选为平行或垂直于一岸轴线点(控制点)的切线。 2、投影面选择 选于桥墩顶的平面（支座平均高程面）上进行平差。 在平差之前，包括起算边长和观测边长及水平角观测值都要化算到桥墩顶的平面上。 （放样需要的是控制点之间的实际距离）

49 （九）平面网观测数据的初步处理 1.测站平差 测站上各测回的方向平差值就等于该方向各测回观测值的。 评定一测回方向观测值精度：

50 2. 观测数据投影到桥墩顶平面上的改化计算 1）关于观测角度改化： 地面向椭球面的三化改正，一般不用； 椭球面向高斯平面的方向改化。

51 2）关于边长改化： 平面距离的获得 高精度测距仪（0.2mm+0.2ppm）测距 ，可作为起算边长； 中等精度测距仪（2mm+2ppm）测距，边长需要参与平差； 边角网时，应测桥轴线及两岸各一边； 所测距离应经加常数、乘常数、气象及周期误差改正，并顾及折光角差，算出两点平均高程面上的水平距离，最后归化到投影面上（工作水准面上----墩顶高程面）

52 v B i A 大地水准面 R

53 观测边长均为两点间平均高程面上的水平距离。
边长改化（含观测边和起算边） 观测边长均为两点间平均高程面上的水平距离。 投影面上边长 D0 Dm B H0 A Hm 实测边长 D水 大地水准面上的边长 R

54 控制网中起始边可能由已知点的高斯坐标反算出，这时欲将其投影至墩顶面，也必须进行改化（尤其是测区海拔较高、离高斯投影带中央子午线较远时 ）：
② 再将 改化至墩顶平面： ① 首先将其改化至大地水准面上的距离：

55 （十）高程控制测量 作用： ① 建立本桥统一的高程基准； ② 高程放样、（竣工后）桥梁墩台垂直变形监测之需。 基本高程控制点 桥梁高程控制点
① 建立本桥统一的高程基准； ② 高程放样、（竣工后）桥梁墩台垂直变形监测之需。 水准网 桥梁高程控制点 施工高程控制点 基本高程控制点 建立高程控制网的方法 三角高程测量 水准测量 三角高程网 高程控制网的主要形式是水准网。 桥长 ＞1000m： 一等水准测量(垂直位移监测之需) 300m＜桥长 ＜ 1000m：二等水准测量； 桥长 ＜ 300m ：三等水准测量。 桥梁水准点与线路水准点连测：可低一～二个等级。

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57 该大桥位于广东威远和南北台之间，横跨广州港出海的珠江水道，珠江水道被其中的上岛(面积约为80Qm X 500m)和下岛(面积约为500m X 500m)分割为主航道和副航道，主航道水域宽约1200米，副航道水域宽约140。米，上、下岛之间的水域宽约350米，大桥刚好在上、下岛之间的水面通过。 大桥东桥头威远方依山傍水，山边基岩裸露，风化层较薄。大桥西桥头南北台地势较平，为冲积滩地，沉积层约2米，其上游方向约200米处有一石山，山边基岩裸露，无风化层.上下岛东西岸边岩层裸露，风化层较薄，桥址周围均有裸露岩石，稳定，易于埋设水久性水准点。

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65 三、隧道施工控制测量 直线隧道 曲线隧道

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67 （一） 总述 如线路平面控制网（CPⅠ、CPⅡ）精度能够满足隧道平面 控制测量要求，应在线路平面控制网草础上扩展加密，建 立隧道平面控制网；
如线路平面控制网精度不能满足要求或者隧道洞口两端线 路平面控制网点不在一个投影带内，应建立隧道独立平面 控制网，并与隧道洞口附近线路平面控制点联测。 独立的隧道平面控制网坐标系宜采用以隧道平均高程面为 基准面，取隧道工程中心的经线作为坐标投影的中央子午 线；以隧道长直线或曲线隧道切线为坐标纵轴（X）的施 工独立坐标系。 隧道高程系统应与线路高程系统相同。

68 隧道两相向开挖洞口施工中线在贯通面上的横向和高程贯 通误差应符合下表的规定。
隧道长度大于1500 m时，应根据横向贯通误差进行平面控 制网设计，估算洞外控制测量产生的横向贯通误差影响值， 并进行洞内测量设计。

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70 水准路线长度大于5000m时，应根据高程贯通中误差进行 高程控制网设计。

71 隧道平面控制测量应结合隧道长度、平面形状、辅助坑道位置以及线路通过地区的地形和环境条件等采用GPS测量、导线测量、三角形网测量等方法。
图6-9 线路控制网CPⅡ模式下的洞外控制测量

72 （二）隧道洞外控制测量 1. 一般要求 每个洞口应测设不少于2～3个平面控制点（包括洞口投点及其相联系的三角点或导线点）2个高程控制点。
直线隧道上，两端洞口应各确定一个中线控制桩作为隧道的中线；在曲线隧道上，应在两端洞口的切线上各确定两个间距不小于200 m的控制桩，以精确曲线元素。 洞口传算方位角的边长不宜小于300m; 避免使用高标； 同时进行高程控制测量,联测各洞口水准点的高程，以便引测进洞，保证隧道在高程方向准确贯通。 主网与插网（点）作整体平差。 多采用直伸型，故减少方向测量误差，是提高横向贯通精度的关键。

73 三角测量、导线测量等级和测角精度 水准测量等级和测量精度（mm） 光电测距仪测距限差（mm） 测量等级 测 角 中 误 差 仪器精度等级 Ⅰ
一 二 三 四 五 测 角 中 误 差 0.7 " 1.0 " 1.8 " 2.5 " 4.0 " 水准测量等级和测量精度（mm） 《测规》P2 往返测 不符值 附合路线 闭合差 ≤7.5 五 ≤5.0 四 ≤3.0 三 － ≤1.0 二 左右路线 环闭合差 检测已测段高差之差 限 差 每km水准测量中数的偶然中误差 M△ 水准等级 注：表中 R 为测段长度，L 为附合路线长度，F 为环线长度，均以 km 计 光电测距仪测距限差（mm） 仪器精度等级 测距中误差 同一测回各次读数互差 测回间较差 往返测平距较差 Ⅰ ＜5 5 7 Ⅱ 5~10 10 15 Ⅲ 11~20 20 30

74 2. 网类形 （3）导线网 （4）GPS网 （1）三角锁 特点： 图形结构坚强，精度高； 多余观测数多）；
上世纪80年代前，80％以上采用三角锁控制。成昆铁路隧道共427座中，123座实施了控制网。 特点： 图形结构坚强，精度高； 多余观测数多）； （2）边角网（全部角和部分或全部边） 可以放宽对传距角大小限制，对曲线隧道尤为合适。 （3）导线网 尽量沿中线布设成直伸型； 布设为闭合环，尽可能增多环数，减少各环中导线点数； 导线边边长尽量均匀、倾角不宜过大； 可布设成单导线、单闭合导线和狭长多环导线锁； 用全站仪时主、副导线环意义不大. （4）GPS网

75 3. 高铁洞外网要求 洞外平面控制网应沿两洞口连线方同布设成多边形组 合图形，构成闭合检核条件。
每个洞口平面控制点布设不应少于3个，便于向洞内 引测导线。视线应离开旁遮障碍物1 m以上，通过水 田、沙滩时，应适当增加视线高度。 用于向洞内传递方向的洞外联系边不宜短于500 m。 隧道进、出口的中线控制桩或CPⅠ、CPⅡ应纳入隧道 控制网。

76 GPS控制网应由各洞口子网联结组成，应控制全隧道 （包括各种辅助坑道）的长度和方向，并将标定隧道 中线（包括与隧道相关的线路中线）的控制点纳入控 制网。各控制点至少应有2条GPS基线向量的观测值， 多数点应有3条以上GPS基线向量的观测值。 洞口子网一般应布设成三角形或大地四边形，各控制 点间应尽量通视。进洞联系边应为直接观测边，最大 俯仰角不宜大于5°。 洞口GPS控制点应方便用常规测量方法检测、加密、 恢复和向洞内引测。

77 当洞口采用GPS测量特别困难时，可以只布设一条GPS定向联系边，然后选设两个辅助导线点一起构成洞口施工控制网。
洞外导线网应沿隧道两洞口连线方向布设成多边形闭合环，每个导线环由4~6条边构成。导线边长应根据隧道长度和辅助分坑的分布情况，结合地形条件和仪器测程确定，宜采用长边。 三角形网应布设成线形三角锁或大地四边形，宜采用边角网进行观测。 导线网、三角形网进洞联系边最大俯仰角不宜大于15°。控制网观测应在成像清晰稳定的时间内进行。地形和地面条件复杂、旁折光影响较大的地方，应选择最有利的观测时间观测。

78 ②两洞口点进1（TC2）和出1 （TC8）纳入主网，进2 和出2为插点，进出洞口处各有三个控制点。
图7-3 隧道贯通面 ④ ③ ① ② 隧道为双洞直线型，全长3.02km和3.01km，三维导线网作平面控制。 ①导线网包含四个闭合环 ②两洞口点进1（TC2）和出1 （TC8）纳入主网，进2 和出2为插点，进出洞口处各有三个控制点。 ③主网平均边长617.9m，最短边长315m，最长边1173m。洞口点至后视点（定向点）的最短边长（进2-TC1的边长）为301.6m，导线边最大倾角24，平均倾角815'。 ④由TCl610全站仪施测，测距标称精度为2mm+2ppm，测角精度1.5。主网水平角观测12个测回，附网观测9个测回（亦应观测12个测回为好），竖直角观测3个测回，边长观测3个测回。 ⑤估算的横向贯通误差为11.7mm，实际为5.9mm，限差为55mm。

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80 隧道较短（1.7km），洞外直接采用一级导线控制测量方法

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85 洞外高程控制测量： 应从隧道一端的线路水准基点联测至另一端线路水准基点。每个洞口的水准点不应少于2个，两水准点间高差以水准测量1~2站即可联测为宜。洞口附近的水准点宜与隧道洞口等高。 可利用全站仪，平面、高程控制测量同时进行，实践表明光电测距三角高程可以代替三、四等水准。

86 （三）隧道洞内控制测量 洞内平面控制常采用: 中线法 或 导线法两种形式。 1．中线法
适用于小于500 m的曲线隧道和小于1 000 m的直线隧道。 以洞外控制测量定测的洞口投点为依据，向洞内直接测设隧道中线点，并不断延伸作为洞内平面控制。 这是一种特殊的支导线形式，即把中线控制点作为导线点，直接进行施工放样。 若将测设的中线点，辅以高精度的测角、量距，可以计算出新点实际的精确点位，并和理论坐标相比较，根据其误差，再将新点移到正确的中线位置上，这种方法也可以用于较长的隧道。

87 2．导线法 1）洞内导线特点 洞内导线是随着隧道的开挖而向前延伸，因此只能敷设 支导线或狭长形导线环；
测量工作间歇时间取决于开挖面的进展速度； 导线的形状完全取决于坑道的形状和施工方法； 只能用重复观测的方法进行检核，定期进行精确复测， 以保证控制测量的精度； 洞内导线点不宜保存，观测条件差，标石顶面最好比洞 内地面低20～30 cm，上面加设坚固护盖。

88 2）洞内导线形式 （1）单导线 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。 （2）导线环 是长大隧道洞内控制测量的首选形式； 每增设一对新点，可按两点坐标反算距离，然后与实地 丈量比较。

89 （四）高速铁路隧道洞内控制测量 高速铁路上曲线隧道与直线隧道的洞内控制测量没有较大的区别。 洞内洞外平面控制网宜以边连接。
洞内平面控制网宜布设成多边形导线环，每个环由4~6条边构成。一般情况下导线边长不宜小于400m，相邻边长的比不宜小于1：3。 长隧道宜布设成交叉双导线形式，以增加网的内部检核条件、提高网的可靠性。

90 隧道内导线点间视线应旁离洞内设施0. 2 m以上。
导线测量前应充分通风、避免尘雾。 洞口站测角工作宜在夜晚或阴天进行； 洞内测量前应先将仪器开箱放置20 min左右，让仪器与洞内温度基本一致； 目标应有足够亮度，受光均匀柔和、目标清晰，避免光线从旁侧照射目标； 反射镜应有适度照明，仪器和反射镜面应无水雾； 完成规定测回数一半后，仪器和反射镜均应转动180°重新对中整平，观测剩余测回数。 洞内四等及以上导线平差应采用平密平差，一级导线可采用近似平差。

91 洞内高程控制点应每隔200~500m设置一对，采用水 准测量往返观测。
洞内平面控制网（包括洞口3个平控制点）、高程控 制网（包括洞口2个高程控制点）应定期检查复测。 隧道竣工后应与隧道内CP II控制点和水准点联测。

92 （五）隧道洞外控制网投影面的选定 选取隧道地面设计高程的平均高程面，通常取进、出洞口点的设计高程的平均高程面。
洞外网平差时，应把所有的已知边和观测边长化算到这一平面上； （因洞外网的角观测值化算到该平面上时改正数较小，可认为洞外的角观测值即为该投影面上的角观测值）。

93 （六）洞外控制测量对横向贯通误差影响值的估算
贯通面 出口贯通点 理论贯通点 进口贯通点 1.贯通误差 因洞外、洞内控制测量、联系测量等的误差，导致相向开挖中放样出来的具有相同里程（贯通里程）的中线点在 称为贯通误差。 空间不相重合，此两点的空间线段

94 全微分 高程误差对坡度影响 纵向误差对坡度影响 fy fx 仅考虑纵向贯通误差时： fh 仅考虑高程贯通误差时：

95 2.贯通误差的限差： 贯通误差的限值，一般取中误差的2倍。与两相向开挖洞口的长度及行业和规范有关。 纵向限差： 与在哪里贯通无关
贯通限差 (《铁路测量技术规则》表4.1.3) 两相向开挖洞口的长度(km) ≤4 4～8 8～10 10～13 13～17 17～20 横向贯通误差（mm） 100 150 200 300 400 500 高程贯通误差（mm） 50 贯通限差 (《公路勘测规范》) 两相向开挖洞口的长度(km) ≤3 3～6 ＞ 6 横向贯通误差（mm） 150 200 ※ 高程贯通误差（mm） 70 视仪器及现场而定

96 3.贯通误差分配 1）横向贯通误差分配 设 若无竖井或斜井，则对横向贯通误差的影响因素有3个（假设相互独立）：
指在测量设计时横向贯通中误差（允许值）给予洞外、洞内控制的中误差分配值。作为测量设计时的允许值使用，即计划测量精度时不得超过它。见下表： 对横向、高程贯通精度要求(《铁路测量技术规则》表4.1.4 ) 测量部位 横向中误差（允许值）（mm） 高 程 中误差（mm） 两开挖洞口间长度（km） ≤4 4～8 8～10 10～13 13～17 17～20 洞外控制 30 45 60 90 120 150 18 洞内控制 40 80 160 200 17 洞外、洞内总和 50 75 100 250 25 本表不适于设有竖井 1）横向贯通误差分配 进口洞内控制的所引起的横向中误差： 设 若无竖井或斜井，则对横向贯通误差的影响因素有3个（假设相互独立）： 洞外控制的所引起的横向中误差： 出口洞内控制的所引起的横向中误差： 总的横向贯通中误差：

97 可见，开挖面愈多，则对洞外控制的精度要求就愈高。
称为：对横向贯通误差的“影响值” 容易知道：当设有 i 个竖井时： 公式 可见，开挖面愈多，则对洞外控制的精度要求就愈高。 对于平行导坑施工方式（贯通面很多），则需如下分析： 仍是“三分天下”，整个隧道进、出口对于横向贯通误差分别的 影响值为： 它们总的影响值为： 若整个隧道通过平行导坑的横向坑道共具有 n 个贯通面，则每个贯通面上横向贯通中误差容许值为： 例：4km隧道， ，有30个平行导坑，则每个贯通面上 横向中误差的容许值：

98 2)高程贯通误差分配 洞内、外水准特点： 洞外山路崎岖，高差大，视野开阔； 洞内路线短，高差小，也有烟尘、水气、亮度差等不利因素
分配原则：将洞外与洞内按等影响原则分配（“二分天下”）。 ：隧道总的高程贯通中误差允许值 ：洞外（内）高程贯通中误差的允许值 公路隧道 还要长 按四等水准测量 观测， 则洞外（内）高程贯通允许 中误差不超过18mm的线路最大长度为： 易得，三等时的最大长度为：

99 结论：一般地，隧道高程控制采用三、四等水准测量即可满足要求；这时也可光电测距三角高程法，与平面一起进行（边长控制在300 m 之内）。
例[7-1]：设铁路隧道长度为9km，施工方案分别有0、1、2个竖井。 试问： （1）洞外平面控制对横向贯通的影响值最大为多少? （2）为满足洞外高程贯通的精度要求应采用何等水准测量? 解： （1）查表知横向贯通误差的限差为200mm，则横向贯通中误差允许值为Mq=100mm。 依公式： 不设竖井： 设1个竖井： 设2个竖井： （2）对于高程 故： 依据规范，采用四等水准即可。

100 4.洞外平面控制测量对横向贯通误差影响值的估算
思路：视洞内及洞内外联系测量的所有观测值都看作为无误差的观测值，只考虑洞外控制测量的误差，然后从两边相向推算出贯通点的坐标，其坐标差即为 x 和 y 轴方向的贯通误差。

101 o x y si αi s2 α2 sn s1 αn α1 (B) βi-1 βi β2 βn-1 β1 贯通面方向 (A) 出口 进口
(A) αA 出口 进口 E 隧道中线

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103 1．导线测量 —由于测角误差影响所产生在贯通面上的横向中误差（mm）， —由于测边误差影响所产生在贯通面上的横向中误差（mm.

104 2．三角测量 —由于测角误差影响所产生在贯通面上的横向中误差（mm）， —由于测边误差影响所产生在贯通面上的横向中误差（mm.

105 3.GPS网法估算横向贯通误差 设贯通面P与Y轴平行，点A、E为后视定向点，点B、F为检验点，后视定向边CA和DE的边长及方位角值分别为S CA ,SDE.和α CA 、 αDE。

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