隧道测量
轮胎常识-春宵福利院
2023年3月20日发(作者：贵州茅台纪念酒)施工前期测量工作
一、领桩及接桩、踏勘施工现场
施工前期必须由甲方测量人员会同乙方测量人员踏勘施工现场，并由甲方测量人员负责
对现有平面控制点与高程控制点进行现场认领，做好领桩及接桩工作。甲方必须做到认真交
桩，并提供桩位点标记图；乙方必须做到认真接桩，并根据现场通视情况拟建施工控制网等
一系列测量内容，提出一些测量技术性问题，由甲方现场解释清楚；最后，以双方在交桩领
桩书上签名为准，这时才算领桩及接桩任务结束。这里必须强调每个区间隧道，甲方必须提
供四个平面控制点和两个以上的高程控制点（图7-1），否则，以控制点不足为理由，乙方
可拒绝接桩。
图控制点布置
二、布设测量施工控制网M
A
隧道施工对测量精度的要求，要根据隧道长度和施工方法而定。所谓精度要求，主要是
指横向贯通的误差限值。
为隧道工程施工而建立的地面控制，包括平面控制和高程控制。地面控制的主要任务是：
保证盾构按实际要求的精度推进，确保隧道正确贯通。
通常在建立地面控制前，地面已选好竖井位置，选点时地面控制点应可能包括隧道的进
出口控制点，这样可以在测量时提高贯通的精度，又可以减少工作量。
布设地面控制网可以采用三角锁法、导线法、三角锁和导线结合法。进行三角锁可以
避免大量量距工作，图形扩展灵活，但受通视条件限制，一般很难建成理想的三角锁形，特
别在高层集中的城市中更难布设。导线法布设控制网已成为目前隧道施工中布设地面控制的
热点，它灵活、简便，为了减少测角对横向贯通精度的影响，对导线测量方法加以选择，对
测量仪器的精度加以提高等方法满足控制精度要求。由于全站仪的发展，地面控制测量采用
导线方法来进行起来越显示它的优越性。
地面高程控制测量一般都采用几何水准测量的相应等级精度来满足隧道施工要求。水
准点应埋设在便于观测且不受施工破坏的地方。
三、仪器及人员配备
隧道测量是盾构掘进的眼睛，为了确保盾构沿理论轴线跟踪，测量工作主显
得特别重要。测量工作的质量包括仪器设备的精度与测量技术力量强弱，为此，
必须引起足够重视。一般规定每个隧道施工区间段配备J2级经纬仪两台，S3准
仪两台，全站仪一台，测量高级工一名，中级工两名，初级工三名。以上仪器及
人员配备为既经济又合理的配备。他们的工作内容包括地面控制网测量、地下导
线测量、地下施工测量、隧道贯通测量和竣工测量。
四、盾构仪安装及测定
盾构掘进时，在土层的姿态（平面位置、高程位置、横向坡度、纵向坡度）
必须通过测量的方法来测定。如何测定，测定精度的高低将直接影响盾构在土层
中姿态的正确性。
盾构测量标志，它的术语称盾构仪，它的设定精度将直接影响盾构姿态的正
确性。盾构仪由前靶、后靶横向坡度、纵向坡度组成（图7-2）。
图盾构仪安装
后
靶
盾
尾
前
靶
切
口
通过前靶和后靶的测定，根据盾构的横坡和纵坡进行一系列几何关系转换计
算切口和盾尾中心的位置(图7-3)。
虚线代表设计轴线，实线代表盾构姿态
高程
平面，类同
图7-3盾构在土层中姿态
第二节建立地面控制网
隧道是铁路、公路建筑中的一项重点工程，对于长隧道或曲线隧道来讲，如
何确保盾构推进能正确地沿着设计轴线进行和全线贯通。其主要取决于地面控制
测量和地下控制测量以及施工测量技术手段来实现。由于地面测量误差所引起的
横向贯通中误差的允许值m可用下面式子表达：
m=±△/√3=±0.58△(7-1)
式中：△-总的横向贯通中误差
足见地面控制测量误将是总的横向贯通中误差的0.58倍，绝不能忽视。
一、地面控制测量
地面控制测量误差对地下横向贯通误差的影响较为复杂，主要控制其测量终
点横向点位误差（终点的横向位移）。
终点的横向点位误差是测角误差和边长误差共同影响结果，但这里必须指出
其终边方位角所致的误差，尽管终点横向点位误差由测角误差和量边误差共同影
响所致，但是这并非是影响横向贯通误差的两项独立误差因素而用误差传播定律
来处理横向误差计算公式。
地面控制网的布设，必须因地制宜，既从当前工程建设需要出发，又适当考
虑竣工需要。
地面控制网的布设，可采用三角网、导线网和测边网等方案。一般三角网布
设过程中受地形限制相当严重，因而出现非等边的任意三角形平锁，并且三角点
只是分布于隧道中线的两侧，严格地讲三角锁中的边长误差和测角误差的关系与
导线测量不一样，不是互相独立的，只有在边长误差不计其起始边的误差时，它
才是测角误差的函数，再说三角网锁的误差传播及平差关系也不同于导线测量。
因此，若将三角网中最弱边的精度来代表三角锁中的边长精度求得贯通误差显然
是不适当的。
隧道工程受现场地形通视情况的限制，故三角网不宜作为布设方案。根据各
类隧道形状的地形情况，导线测量方案作为布设方案为优。其导线布设如下：将
导线横跨隧道区间段敷设在区间两端的两个高级点上，为了减少导线量距误差对
隧道横向贯通的影响，应尽可能将导线沿着隧道的中线敷设。这样导线点数可减
少，大大减少测角误差对横向的影响。在导线测量中，测角误差引起的横向坐标
误差可用下式表示：
m
yN(ß)
=
m
β
ρ″
√（（X
N
-X
i
）2-
（X
N
-X
i
）2
N
）(7-2)
量距误差引起的横向坐标坐标误差可用下式表示：
m
yN(s)
=
m
s
S
√[△y
i
2]（7-3）
最后得到地成控制导线测量误差所引起的终点横向坐标误差为：
m
yN
=√(m2
yN(ß)
+m2
yN(s)
)
=√{（
m
ρ
ρ″
）2[(X
N
-X
i
）2-
（X
N
-X
i
）2
N
]+(
m
s
S
)2(△y
i
2)}(7-4)
因此，采用导线测量布网其估算横向误差公式具有直观，精确的特点。可是
导线终点的变动对横向贯通误差影响显著。从隧道工程测量误差来看，平面误差
均在10mm内，高程误差控制均在5mm内。
二、高程控制测量
一般来讲基点到基点（包括临时水准基点）之间即为一测段，由于M
⊿
是测
段往返高差中数的每公里中误差，故单次测量每公里的中M
1
应为M
⊿
的√2倍。
即：M
1
=±√2√（
1
4n
△△
R
）=±√(
1
2n
△△
R
)（7-5）
式中：△-测段往返高差的差值（mm）
R–测段长度（km）
n-测段数
故往返差值允许值为：d
n
=2√（2M
1
）=±4M
△
故该差值为50mm，中误差为25mm，
地表与地下各为
25
√2
=17mm，允许的贯通中误差m
h
=M△
√L应不大于17mm。
以上分析采用Ⅱ等水准中线由始发井至接收井。隧道区间段包括跨河隧道
时，还须做跨河水准测量进行精密水准量测来有效地控制隧道高程贯通误差。
第三节竖井联系测量
隧道工程盾构掘进机通过竖井出洞后进行地下掘进工作，为了保证盾构掘进
机设计轴线正确掘进，必须将地面控制网中的坐标、方向及高程经竖井传递到地
下去。这些传递工作称为竖井联系测量。其中坐标和方向的传递，称为竖井定向
测量。通过定向测量，使一下平面控制网与地面上有同一坐标系统。而通过高程
传递则使财下高程系统获得与地面同一的起算系统。
竖井定向的误差对隧道贯通有一定影响，其中坐标传递（图7-4）的误差将
使地下导线的各点产生同一数值的位移，其对贯通的影响是一个常数。
方向角传递（图7-5）的误差，将使地下导线各边方向角转动一个误差值，
它对贯通的影响将随着导线长度的增加而增大。
Mg=
m
o
″
ρ″
(注：”表示“秒”)（7-6）
图7-4坐标传递
m
x
m
y
m
y
o
1
o
2
A
B
C
D
D'
C'
B'
A'
图7-5方向角传递
m
om
g
o
1
o
2
A
B
C
E
D'
C'
B'
E'
D
M
g
是由起始方向角误差m
0
引起，并随着开挖隧道长度l折增加而增大。
由此可见，隧道测量中定向测量的精度要求是很高的，因而定向测量工作是
非常仔细而艰苦的。
一、定向测量
定向工作可分为两种方法：
其一为物理方法。它包括磁性定向、光学投向和陀螺仪定向。主要是应用地
球磁场及光学原理和陀螺仪的性质进行定向。其精度取决于仪器精度，精度越高，
仪器价格越昂贵。目前，各大施工企业在经济上难以承受，而在日常保养维护仪
器上也没有条件做到。
其二为几何定向。此法根据几何学原理在竖井内投放两根钢丝，下挂重锤，
使其构成铅垂。建立竖直面，在该面上两垂线间任意两点连线的方位角都是相等
的，而同一垂线上任意一点的坐标也都相等。
实践证明，选择几何定向成本低、收敛快、可靠性强、不受施工条件影响，
任何施工企业在经济上才能承受。
1、几何定向
众所周知，定向是贯通测量的保障手段，那么定向的好坏双如何评价呢？可
以讲衡量定向精度、主要是对地下导线起算坐标方位角的测量误差来提出要求。
定向测量，一一般可沿轴线布置狭长三角形为最佳图形（-6）。
其中要求：
a,a’为垂球间距，视井宽尽可能长；对应α，α’应尽量小，不能超过
20，这样平差过程中可减少计算角ß、ß’γ、γ’的误差；
b
a
及
b’
a’
之比值≤1.5。
测量时：测角井上X站观测外方向及两根钢丝方向观测需9个测回，按测量
规范进行；井下Y站观测两根钢丝及所传方向，方向观测需9个测回，按测角规
范进行。量边井上丈量a’、b’、c’三条边各三组数据，限差≤2mm。当测角、
量边工作结束后，检查成果满足限差要求后，即可视为本次定向工作结束。
通过简易平差计算联系三角形。
2、误差分析
在狭长三角形中
sinß=
b
a
*sinα
sinγ=
c
a
*sinα
对sinß=
b
a
sinα进行全微分后化成中误差形式：
1
p2
cos2β.m
β
2=
sin2α
a2m
b
2+
b2sin2α
a4M
a
2+
b2
ρ2a2
Cos2α.mα
2
因为
sinα=sinβ·
a
b
cos2α=1-sin2β·
a
b
令：
m
a
=m
b
=m
c
=m
s
则：
mβ=±√（tan2β·ρ2（
1
a2
+
1
b2
）m
s
2+
c2cos2α
a2cos2β
ma
2）（7-7）
同理得：
m
γ=±√（tan2γ·ρ2(
1
a2
+
1
c2
)m
s
2+
c2cos2α
a2cos2γ
m
a
2）（7-8）
由此可见，其中β，γ传递角精度mβ，m
γ取决于m
s
，m
a
和联系三角形形状。
当α和β接近于00时，即γ接近于1800
mβ=
b
a
m
a
（7-9）
m
γ=
c
a
m
a
（7-10）
结论：（1）联系三角形选择狭长的延伸三角形，以减小量边误差对传递角精度影响；
（2）∵c﹥b,∴m
γ
﹥mβ,为此，选择小角β作为传递角来传递方位；
（3）尽可能增大两垂线间距，适当减小置站点X至近钢丝0
1
间距b,以缩小
b
a
，
减少测角误差对传递角精度的影响。B值不能过小，否则会降低测角精度。
3、竖井定向精度
经过竖井联系三角形定向，地下导线起始方向角的误差可用下式表示：
M
0
2=m
s
2+mβ
2+m
Q
2(7-11)
式中：m
s
-边长丈量误差引起的计算角度误差
mβ
–角度观测误差
m
Q
–吊锤投点误差
其中m
Q
采用一定方法加以改进可视为不计，图7-7为竖井定向示意图。
虚线为方位角推算路线
αAM
＝α
AT
+ω+β-β+
（1）用OFFICE的公式编辑器。方法是点“插入”菜单中的“对象”选“Microsoft公式3.0”。
（注：默认安装的OFFICE不包含公式编辑器，会在第一次使用时提示插入OFFICE光盘）
(2)一种更简单的方法，
1.按ctrl和F9,同时按，
2.在括号中输入EQf(x,y),x,y是数字（EQ与之间加打一个空格建）
3.再次按下F9.
1）log(x)以10为底x的对数，设log(x)=y，则x=10^y(10的y此方)
（2）如果是在word里面可以通过设置格式实现，选中要改变的数字或字母
->格式->字体->上标就在上标的框里打钩，下标类似。