定義

   隧道工程測量（tunnel engineering survey）是在隧道工程的規(guī)劃、勘測設(shè)計、施工建造和運營管理的各個階段進行的測量。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)填圖所需的測繪資料；勘測設(shè)計階段，在隧道沿線布測測圖控制網(wǎng)，測繪帶狀地形圖，實地進行隧道的洞口點、中線控制樁和中線轉(zhuǎn)折點的測設(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行相應(yīng)的測量，首先根據(jù)隧道線路的形狀和主洞口、輔助洞口、轉(zhuǎn)折點的位置進行洞外施工控制網(wǎng)和洞口控制網(wǎng)的布沒及施測，再進行中線進洞關(guān)系的計算及測量，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，并不斷進行施工控制導(dǎo)線的布測和中線的施工放樣，指導(dǎo)并保證不同工作面之間以預(yù)定的精度貫通，貫通后進行實際貫通誤差的測定和線路中線的調(diào)整，施工過程中進行隧道縱橫斷面測量和相關(guān)建筑物的放樣，以及進行竣工測量；在施工建造和運營管理階段，定期進行地表、隧道洞身各部位及其相關(guān)建筑物的沉降觀測和位移觀測。

實施階段

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

②導(dǎo)線測量法
   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級經(jīng)緯儀觀測，距離用光電測距儀測定，相對誤差不大于1：10000。經(jīng)洞口兩點坐標(biāo)的反算，可求得兩點連線方向的距離和方位角，據(jù)此可以計算掘進方向。
③ 三角網(wǎng)法
   對于隧道較長、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。測定三角網(wǎng)的全部角度和若干條邊長，或全部邊長，使之成為邊角網(wǎng)。三角網(wǎng)的點位精度比導(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，只需要布設(shè)洞口控制點和定向點且相互通視，以便施工定向之用。不同洞口之間的點不需要通視，與國家控制點或城市控制點之間的聯(lián)測也不需要通視。因此，地面控制點的布設(shè)靈活方便，且定位精度已優(yōu)于常規(guī)控制方法。
(2)高程控制測量
   高程控制測量的任務(wù)是按規(guī)定的精度施測隧道洞口(包括隧道的進出口、豎井口、斜井口和平響口)附近水準(zhǔn)點的高程，作為高程引測進洞的依據(jù)。高程控制通常采用三、四等水準(zhǔn)測量的方法施測。
水準(zhǔn)測量應(yīng)選擇連接洞口最平坦和最短的線路，以期達到設(shè)站少、觀測快、精度高的要求。每一洞口埋設(shè)的水準(zhǔn)點應(yīng)不少于兩個，且以安置一次水準(zhǔn)儀即可聯(lián)測為宜。兩端洞口之間的距離大于1km時，應(yīng)在中間增設(shè)臨時水準(zhǔn)點。
隧道施工測量
(1)隧道掘進的方向、里程和高程測設(shè)
   洞外平面和高程控制測量完成后，即可求得洞口點(各洞口至少有兩個)的坐標(biāo)和高程，根據(jù)設(shè)計參數(shù)計算洞內(nèi)中線點的設(shè)計坐標(biāo)和高程。坐標(biāo)反算得到測設(shè)數(shù)據(jù)，即洞內(nèi)中線點與洞口控制點之間的距離、角度和高差關(guān)系。測設(shè)洞內(nèi)中線點位。
① 掘進方向測設(shè)數(shù)據(jù)計算
   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。其中A、G為洞口點，多l(xiāng)、5z為設(shè)計進洞的第1、第2個中線里程樁。為了求得A點洞口中線掘進方向及掘進后測設(shè)中線里程樁31，用坐標(biāo)反算公式求測設(shè)數(shù)據(jù)：
對于G點洞口的掘進測設(shè)數(shù)據(jù)，可以作類似的計算。
對于中間具有 曲線的隧道，如圖12-34所示，隧道中線轉(zhuǎn)折點C的坐標(biāo)和曲線半徑只已由設(shè)計文件給定。因此，可以計算兩端進洞中線的方向和里程并測設(shè)。當(dāng)掘進達到曲線段的里程以后，按照測設(shè)線路工程平面圓曲線的方法測設(shè)曲線上的里程樁。

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

③洞內(nèi)中線和腰線的測設(shè)
   中線測設(shè)：根據(jù)隧道洞口中線控制樁和中線方向樁，在洞口開挖面上測設(shè)開挖中線，并逐步往洞內(nèi)引測中線上的里程樁。一般，當(dāng)隧道每掘進20m要埋沒一個中線里程樁。 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)測設(shè)出比洞底設(shè)計地坪高出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)點進行測設(shè)。由于隧道的縱斷面有一定的設(shè)計坡度，因此，腰線的高程按設(shè)計坡度隨中線的里程而變化，它與隧道的設(shè)計地坪高程線是平行的。
④掘進方向指示
   隧道的開挖掘進過程中，洞內(nèi)工作面狹小，光線暗淡。因此，在隧道掘進的定向工作中，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、對其他工序影響小、便于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。例如，采用機械化掘進設(shè)備，用固定在一定位置上的激光指向儀，配以裝在掘進機上的光電接收靶，當(dāng)掘進機向前推進中，方向如果偏離了指向儀發(fā)出的激光束，則光電接收靶會自動指出偏移方向及偏移值，為掘進機提供自動控制的信息。
(2)洞內(nèi)施工導(dǎo)線和水準(zhǔn)測量
①洞內(nèi)導(dǎo)線測量
    測設(shè)隧道中線時，通常每掘進20m埋設(shè)一個中線樁。由于定線誤差，所有中線樁不可能嚴(yán)格位于設(shè)計位置上。所以，隧道每掘進至一定長度(直線隧道約每隔100m左右，曲線隧道按通視條件盡可能放長)布設(shè)一個導(dǎo)線點，也可以利用埋設(shè)的中線樁作為導(dǎo)線點，組成洞內(nèi)施工導(dǎo)線。導(dǎo)線的轉(zhuǎn)折角采用DJ2級經(jīng)緯儀至少觀測兩個測回。距離用經(jīng)過檢定的鋼尺或光電測距儀測定。洞內(nèi)施工導(dǎo)線只能布置成支導(dǎo)線的形式，并隨著隧道的掘進逐漸延伸。支導(dǎo)線缺少檢核條件，觀測應(yīng)特別注意，轉(zhuǎn)折角應(yīng)觀測左角和右角，邊長應(yīng)往返測量。根據(jù)導(dǎo)線點的坐標(biāo)來檢查和調(diào)整中線校位置。隨著隧道的掘進，導(dǎo)線測量必須及時跟上，以確保貫通精度。
②洞內(nèi)水準(zhǔn)測量
   用洞內(nèi)水準(zhǔn)測量控制隧道施工的高程。隧道向前掘進，每隔；200-500M應(yīng)設(shè)置一個洞內(nèi)水準(zhǔn)點，并據(jù)此測設(shè)腰線。通常情況下、可利用導(dǎo)線點作為水準(zhǔn)點，也可將水準(zhǔn)點埋設(shè)在洞頂或洞壁上，但都應(yīng)力求穩(wěn)固和便于觀測。洞內(nèi)水準(zhǔn)線路也是支水準(zhǔn)線路，除應(yīng)往返觀測外，還須經(jīng)常進行復(fù)測。
(3)盾構(gòu)施工測量
    盾構(gòu)法是隧道施工采用的一項綜合性施工技術(shù)，它是將隧道的定向掘進、運輸、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，機械化和自動化程度很高，是一種先進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)掘進的前沿部分，利用沿盾構(gòu)圓環(huán)四周均勻布置的推進千斤頂，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。

   盾構(gòu)施工測量主要是控制盾構(gòu)的位置和推進方向。利用洞內(nèi)導(dǎo)線點測定盾構(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方向，用千斤頂編組施以不同的推力，進行糾偏，即調(diào)整盾構(gòu)的位置和推進方向。
豎井聯(lián)系測量
   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，將整個隧道分成若干段，實行分段開挖。例如，城市地下鐵道的建造，每個地下站是一個大型豎井，在站與站之間用盾構(gòu)進行開挖，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)中的點位坐標(biāo)、方位和高程，通過豎井傳遞到地下，這項工作稱為豎井聯(lián)系測量。豎井施工前，根據(jù)地面控制點把豎井的設(shè)計位置測設(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)儀測設(shè)鉛垂線，可以將地面的控制點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垂直投影完全相同。高程控制點的高程傳遞可以用鋼卷尺垂直丈量法或全站儀天頂測距法。參見第ll章的有關(guān)內(nèi)容。

    豎井施工到達設(shè)計底面以后，應(yīng)將地面控制點的坐標(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較短(一般僅為3-5m)，垂直投影的點位誤差會嚴(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投影點，垂直投影至井下。由于投點誤差，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″。一般要求投點誤差應(yīng)小于0．5mm。兩垂直投影點的距離越大，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)系測量工作中，方位角傳遞是一項關(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。
隧道竣工測量
    隧道工程竣工后，為了檢查工程是否符合設(shè)計要求，并為設(shè)備安裝和運營管理提供基礎(chǔ)信息，需要進行竣工測量，繪制竣工圖。由于隧道工程是在地下，因此隧道竣工測量具有獨特之處。
驗收時檢測隧道中心線。在隧道直線段每隔50m、曲線段每隔20m檢測一點。地下永久性水準(zhǔn)點至少設(shè)置兩個，長隧道中每公里設(shè)置一個。

    隧道竣工時，還要進行縱斷面測量和 橫斷面測量。縱斷面應(yīng)沿中線方向測定底板和拱頂高程，每隔10-20m測一點，繪出竣工縱斷面圖，在圖上套繪設(shè)計坡度線進行比較。直線隧道每隔10m、曲線隧道每隔5m測一個橫斷面。橫斷面測量可以用直角坐標(biāo)法或極坐標(biāo)法。如圖12-39a所示，用直角坐標(biāo)法測量隧道竣工橫斷面。測量時，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)法測量竣工橫斷面。用一個有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。用長桿挑一皮尺零端指著斷面上某一點，量取至圓盤中心的長度，并在圓盤上讀出角度，即可確定點位。在一個橫斷面上測定若干特征點，就能據(jù)此繪出竣工橫斷面圖 。