隧道与地铁测量
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| en_title | Tunnel and Metro Surveying |
|---|---|
| core_concept | 贯通误差、导向测量、洞内控制网、变形监测 |
| image_caption | 隧道测量的基本原理：通过地面控制网将坐标引入隧道内，实现导向控制和贯通测量。 |
| application | 公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、水利隧洞、矿井巷道 |
| equipment | 全站仪、水准仪、GNSS接收机、激光铅垂仪、陀螺经纬仪 |
| principle | 通过精密测量技术，为隧道和地铁工程的施工提供空间位置控制，确保工程按设计要求准确贯通。 |
| field | 工程测量 |
隧道与地铁测量（Tunnel and Metro Surveying）是工程测量中的一个专业分支，主要为隧道和地铁工程的施工提供精密的空间位置控制。它的核心任务是确保隧道按设计线路准确贯通，并在施工和运营期间监测隧道结构和周边环境的变形。
隧道测量的难度在于：工作环境封闭、通视条件差、施工干扰大、精度要求高、贯通误差不可逆。因此，它需要特殊的测量技术和方法，以及高精度的专业仪器。
主要工作内容
1. 地面控制测量
- 地面控制网：在隧道出入口及其附近建立高精度的平面和高程控制网，作为后续所有测量工作的基准。
- 坐标引入：通过竖井、斜井或洞口，将地面控制点的坐标精确地引入隧道内。常用方法包括：
* 激光铅垂仪：通过竖井将坐标垂直引入。 * 陀螺定向：使用陀螺经纬仪测定方位角，适用于长隧道。 * GNSS静态测量：在洞口区域进行高精度的GNSS测量，建立与地面控制网的联系。
2. 洞内控制测量
- 洞内导线测量：在隧道内布设高精度导线网，为施工放样和贯通测量提供控制。由于环境封闭，导线往往呈单一方向延伸，对测角和测距精度要求极高。
- 高程传递：通过精密水准测量将高程基准引入隧道内，并沿隧道轴线布设水准点。
3. 施工放样
- 中线放样：根据设计资料，在隧道内放样轴线控制点，指导掘进方向。
- 断面放样：放样隧道横断面的关键点，控制开挖轮廓。
- 导向测量：为盾构机、TBM等机械化掘进设备提供实时的位置和姿态信息，确保其按设计路线精确掘进。
4. 贯通测量
- 贯通预计：在隧道贯通前，通过对已完成测量数据的分析，预计两个掘进工作面相遇时可能的位置偏差。
- 贯通误差控制：采取各种技术措施（如增加测站、提高仪器精度、采用陀螺定向等），确保贯通误差在允许范围内。
5. 变形监测
- 隧道结构监测：监测隧道衬砌的变形、收敛和沉降。
- 地表沉降监测：特别是在城市地铁工程中，需要密切监测隧道施工对地表建筑物、管线等的影响。
- 自动化监测：对重要或风险较大的区段，采用自动化监测系统进行连续观测。
特殊技术与方法
陀螺测量
在长大隧道中，由于导线测量误差的累积效应显著，常使用陀螺经纬仪进行方位角的独立测定。陀螺经纬仪利用陀螺效应，可以测定真北方向，从而为导线测量提供方位角检核。
激光导向系统
现代隧道施工中广泛采用激光导向系统。该系统由激光发射器、目标靶和计算机组成。激光发射器安装在隧道内的已知点上，发射一束与设计轴线平行的激光束。盾构机或TBM上安装的目标靶接收激光信号，实时计算出机器的位置和姿态偏差，为操作手提供直观的导向信息。
参见
惯性导航系统
在某些特殊条件下（如急弯隧道），可以采用基于惯性测量单元（IMU）的导航系统。该系统通过加速度计和陀螺仪连续测量运动参数，计算出掘进机的位置和姿态。
精度要求
隧道测量的精度要求因工程类型和用途而异：
- 高速铁路隧道：由于高速列车对线形的要求极高，其贯通误差通常要求控制在±20mm以内。
- 地铁隧道：考虑到城市环境的复杂性，一般要求贯通误差不超过±30mm。
- 公路隧道：相对宽松，贯通误差一般允许在±50mm范围内。
- 水利隧洞：要求因输水坡度而异，一般为±50~100mm。