洞内平面控制测量有两种，一是为指导开挖的施工导线测量，二是施工贯通后为轨道施工而布设的加密线路控制测量（CPⅡ）和轨道控制网（CPⅢ）。受隧道形状和空间的限制，洞内施工控制测量一般布设成导线形式，又分为直接沿隧道中线布设或与中线平移一适当距离布设两种，前者可直接利用导线点进行穿线指导开挖，但受施工干扰大；后者在放样时需拨角测距，但布设比较灵活，可避开施工干扰。CPⅡ一般布设成双导线环网形式或采用自由设站边角交会法进行。轨道控制网（CPⅢ）平面测量采用自由设站边角交会法进行。

一、洞内施工导线测量

1、网形设计

当完成洞外控制测量后，可以通过软件选取最佳进洞联系边，用于向洞传算坐标与方位。为提高传递精度，一般选取两条进洞联系边向洞内同时传递方向和坐标，以代替过去洞内与洞外导线单一连接方式。这种联系方式一方面可以使与洞外控制网的联系的洞内导线构成闭合检核条件，另一方面，洞外的两条边向洞内传递已数据，以提高洞内导线的贯通精度。洞外洞内导线边连接方式如图7-1所示。

 

图7-1  洞外洞内导线边连接方式

（1）隧道洞内导线由隧道洞口、斜井等处定向点开始，按坑道开挖形状布设，在隧道施工期间，只能布设成支导线的形式，随隧道的开挖而逐渐向前延伸。

（2）隧道洞内导线一般采用分级布网的方法：先布设精度较低、边长较短（边长为25~50m）的施工导线；当隧道开挖到一定距离后，布设边长为50~100m的基本导线；随着隧道开挖延伸，还可布设边长为150~800m的主要导线，如图7-2所示。三种导线的点位可以重合，有时基本到导线的边长在直线段不易短于200m，曲线段不短于70m，导线点力求沿隧道中线方向布设。对于大断面的长隧道，可布设成多边形闭合环导线或主副导线环，如图7-3所示；或交叉双导线网形式，如图7-1、图7-4。布设交叉双导线主要是为了增加网的多余观测量、增加导线的闭合检核条件、提高网的整体强度和精度。

（3）洞内导线点应选在顶板或底板岩石坚固、安全、测设方便于便于保存的地方；控制导线（主要导线）的最后一点应尽量靠近贯通面，以便于实测贯通误差。

（4）洞内导线采用往返观测，由于洞内导线测量的间歇时间较长且又取决于开挖面进展速度，故洞内导线采取重复观测的方法进行检核。

 

图7-2 隧道洞内导线分级布设示意图

图7-3 主副导线环形式

图7-4  交叉双导线网

2、观测方法

（1）每次建立新导线点时，都必须检测前一个“旧点”，确认没有发生位移后，才能发展新点。

（2）有条件的隧道，主要导线点应埋设带有强制对中装置的观测墩或内外架式的金属吊篮，并配有灯光照明，以减少对中照准误差的影响，这有利于提高观测精度。

（3）使用全站仪按照支导线（多以导线网的形式、有条件的情况下可以加测陀螺定向边以提高导线定向精度），采用标称精度不低于1″、2mm+2ppm的全站仪施测。在观测方向数超过2个时，应采用全圆测回法进行测量。对观测条件较差、边长短、洞内外联测时应根据情况适当增加测回数。

水平角方向观测法和边长测量技术要求如表7-1和表7-2所示。

表7-1  水平角方向观测法的技术要求

注：当观测方向的垂直角超过±3°的范围时，该方向2C互差可按相邻测回同方向进行比较，其值满足表中一测回内2C互差的限值。

表7-2    边长测量技术要求

（4）测距边的斜距计算需进行气象改正和仪器常数改正，因此观测时需记录气压、气温；三等及以上等级测量在测站和反射镜站分别测记，四等及以下等级在测站进行测记，当测边两端气象条件差异较大时，在测站和反射镜站分别测记；气象改正值按（7-1）式计算：

   

（5）导线测量前，应对洞口控制点进行检测，检测精度不低于原测精度，平面控制点角度、边长检测与原测较差限差按式7-2计算，当检测与原测成果较差满足限差要求时，采用原测成果；不满足限差要求时，应分析超限原因。确因点位位移，并逐级检测至稳定控制点。

（6）观测前应先将仪器开箱放置20分钟左右，让仪器与洞内温度基本一致；洞口测站观测宜在夜晚或阴天进行；隧道洞内观测应充分通风，无施工干扰，避免尘雾；目标棱镜人工观测时应有足够的照明度，受光均匀柔和、目标清晰，避免光线从旁侧照射目标；采用自动观测时应尽量减少光源干扰。

（7）如导线长度较长，为限制测角误差积累，可使用陀螺经纬仪加测一定数量导线边的陀螺方位角；一般加测一个陀螺方位角时，宜加测在导线全长的2/3处的某导线边上；若加测两个以上陀螺方位角时，宜以导线长度均匀分布；根据精度分析，加测陀螺方位角数量宜以1～2个为好，对横向精度的增益较大。

（8）对于布设主副导线环，一般副导线仅测角度，不测边长；对于陀螺形隧道，由于难以布设长边导线，每次施工导线向前延伸时，都应从洞外复测；对于长边导线（主要导线）的测量宜与竖井定向测量同步进行，重复点的重复测量坐标与原坐标较差小于10mm，并取加权平均值作为长边导线延伸的起算值。

（9）隧道掘进长度大于2倍设计导线边长时，应进行一次洞内平面控制测量；洞内导线测量完成后，根据导线成果及时纠正施工中线。

（10）照准的目标应有足够的明亮度，受光均匀、目标清晰。由于洞内外光线、温度差异较大，为减小折光误差影响，由洞外引向洞内的测角工作宜在傍晚日落后、夜间或阴天进行两次，在限差范围内取均值。引测时需后视两个已知方向，对洞口平面已知控制点应进行检测。由于洞外控制数据是通过隧道进洞联系边向洞内导线传递的，进洞联系边的观测质量直接影响隧道横向贯通精度，洞口站由于处于洞外与洞内交接处，白天测量时，洞外与洞内的光线明暗强度、温度及气象条件各不相同，很难保证观测质量，因此建议该站的测角工作选择在阴天或晚上进行为宜。如果洞口段曲线隧道，尤其应当注意折光和气差影响。

（11）相邻开挖段的施测工作可能存在导线精度等级不同情况，作为公共测段的斜井部分观测可执行相应高等级的导线精度。双线双洞段落有条件时在左右线横向导坑处进行左右线导线联测，增加测距边。斜井与正线交叉处的点所有方向距离观测值宜同一天进行且应适当加强测回数。

（12）单口掘进5km和10km左右时，可加测方位精度不低于5″的陀螺定向边，以检核洞内导线。目前6″级的陀螺仪已有部分施工单位使用。通过实测试验表明4测回定向精度可以达到4.2"。当隧道较长时，洞内适当增设高精度的陀螺定向边，以检核洞内导线的方位。

表7-3  6"级陀螺仪不同测回定向精度统计

3、导线观测成果的重测与取舍

（1）凡超出本规范规定限差的结果，均应进行重测。因超限而重测的完整测回，称为重测。因对错度盘、测错方向、读记错误、碰动仪器、气泡偏离过大以及其他原因未测完的测回，重新观测时，不算重测

（2）一测回中2C互差超限或化归同一起始方向后，同一方向值各测回互差超限时，应重测超限方向并联测零方向。因测回互差超限而重测时，除明显孤值外，原则上应重测观测结果中最大和最小值的测回。

（3）零方向的2C互差超限或下半测回的归零差超限，应重测该测回。

（4）方向观测法一测回中，重测方向数超过所测方向总数的1/3时(包括观测三个方向有一个方向重测)，该测回应重测。

（5）采用方向观测法时，每站基本测回重测的方向测回数不应超过全部方向测回总数的1/3，否则整站重测。

（6）因方位角闭合差超限而重测时，应分析是否存在粗差，对存在粗差的角度进行重量，否则应整段重测。

（7）测距时，当一测回中读数互差超限时，整测回重测。测回间互差超限时，重新观测二测回。往返测互差超限时，应分析原因后，重测单方向的距离，重测超限时，应重新观测往返两个方向的距离。

4、数据处理方法

（1）数据预处理

对自动记录的数据，传输到计算机后，按日期编目存档，并进行电子数据复核，对于需要修改的，打印成纸质用红色签字笔对数据进行复核、签署后修改电子记录，再将修改后的电子记录另存档。对复核后无误的数据进行格式转换预处理，对边长进行两化改正，生成平差软件要求的格式文件。

测距边的精度评定，应按下列公式计算：

1）往返测距单位权中误差按式7-3计算。

2）任一边的实际测距中误差按式7-4计算。

3）网的平均测距中误差按式7-5计算。

水平距离应根据坐标系统的投影参数进行归算和投影变形改正，按下列公式进行:

1）归算到测区投影高程面上的测距边长度，按式7-6计算。

2）归算到参考椭球面上的测距边长度，按式7-7计算。

3）测距边在高斯投影面上的长度，按式7-8计算。

（2）闭合差计算：

附合导线坐标方位角闭合差按式7-9计算。

导线环角度闭合差（）限值应满足式7-10的要求。

（3）平差计算

导线坐标方位角闭合差及导线全长相对闭合差满足要求后，进行导线网严密平差。导线平差软件选用经鉴定合格的软件进行，且宜用不同的软件进行平差计算复核。按导线等级正确设置先验中误差，正确选择坐标系及投影面、平差方法进行平差计算，平差后测角中误差、测距中误差、点位中误差、点间中误差等均应满足技术设计的要求。对平差后精度不满足要求时，认真查找、分析原因，合理确定补测和重测方案。

测角中误差按式7-11计算。

（4） 数据取位应按表7-4执行。

二、洞内CPⅡ测量

长度大于1000m的隧道，铺轨前需在洞内增设线路平面控制网CPⅡ，CPⅡ是起闭于基础平面控制网CPⅠ（隧道洞口、斜井口控制点）或洞外线上加密CPⅡ控制点，沿线路布设，为隧道未来轨道控制网CPⅢ提供起闭基准。

1、洞内CPⅡ控制点的布设

（1）洞内CPⅡ导线点布设在施工干扰小、稳固可靠、便于设站的地方，一般设在洞内排水沟或电缆槽的边墙上，采用镶嵌式埋设，点间视线应旁离洞壁0.5m以上。根据洞内导线（网）附合长度，CPⅡ导线边长按要求进行设计，点位一般交叉布设，埋设成折线状导线（网）。

（2）洞内导线的边长应根据测量设计的要求并考虑通视条件确定，宜选择长边。

（3）根据精度估算，洞内CPⅡ导线应布设成导线网或双导线环。隧道洞内导线布设成多边形闭合环，每个环由4～6条边构成；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。

（4）对于双线双洞情况，导线点宜布设在横向导坑附近可左右线通视联测的地方。

（5）洞内、洞外斜井联测可布设相对固定的临时点进行。在进行洞内CPⅡ测量时注意与洞外加密CPⅡ网的顺接，尤其长大隧道更要重视此问题；如果有条件，在距洞口300-800米的地方加密一个CPⅡ点，并保证此点与洞内CPⅡ点相互通视，以便作为洞内CPⅡ控制网与洞外加密CPⅡ网的连接点；如果采用GNSS加密CPⅡ网则需考虑此连接点的观测条件；如果无通视条件，则需保证洞内CPⅡ网与洞外CPⅡ加密网的起算点一致。

观测时隧道口加密的CPⅡ连接点及隧道口洞外的CPⅠ和CPⅡ点联测并形成三角形或大地四边形，如图7-4所示为附合长度大于两公里时导线网的布设形式。

 

对于连接点，如果已经有坐标，则需作为洞内CPⅡ网的起算点，如果没有已知坐标，则随同洞内CPⅡ网统一平差计算，并作为洞外CPⅡ加密网的起算点。如果洞口还有其他稳定的精测网点亦应联测。

2、洞内CPⅡ控制网的观测及注意事项

（1）隧道洞内CPⅡ控制网（导线）观测采用标称精度不低于1″，2mm+2×10-6D的全站仪施测（带多测回测角软件能自动观测的全站仪在保证测量精度和提高工效方面优先考虑）；外业观测方法与隧道洞内施工导线方法相同，其主要技术要求执行表7-5的规定。

（2）隧道洞内CPⅡ测量应在隧道贯通后，并保证满足CPⅡ布设要求（电缆槽施工完毕）方可开展，并尽可能多联测洞口及斜井控制点，如图7-5所示。

 

图7-5 隧道洞内CPⅡ导线网网形图

（3）为提高洞内CPⅡ导线观测精度，联测洞外控制点建议选在夜间进行,避免洞内洞外光线差异较大影响导线测量精度。

（4）隧道洞内施工造成的粉尘和水汽对洞内控制测量精度影响较大，为保证测量精度，测量前应充分通风、避免尘雾，反射镜应有适度照明，仪器和反射镜面应无水雾。

（5）照准的目标应有足够的明亮度，受光均匀、目标清晰。

（6）由于洞内外光线、温度差异较大，为减小折光误差影响，由洞外引向洞内的测角工作宜在傍晚日落后、夜间或阴天进行两次，在限差范围内取均值。引测时需后视两个已知方向，对洞口平面已知控制点应进行检测。

（7）相邻开挖段CPⅡ的施测工作可能存在导线精度等级不同情况，作为公共测段的斜井部分观测可执行相应高等级的导线精度。双线双洞段落有条件时在左右线横向导坑处进行左右线导线联测，增加测距边。

（8）斜井与正线交叉处的CPⅡ所有方向距离观测值宜同一天进行且应适当加强测回数。

（9）由于CPⅡ导线平差需要进行边长高程改化，导线测量时同时进行三角高程测量，要将一个洞口的洞外CPⅠ点大地高（或正常高）附合到相邻洞口的洞外CPⅠ点上，附合精度指标按照五等水准精度执行。

（10）作业时进行温度、气压测定，并在仪器中进行改正。

（11）在观测方向数超过2个时，应采用全圆测回法进行测量。

（12）对观测条件较差、边长短、洞内外联测时应根据情况适当增加测回数。

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知识点：铁路隧道控制测量14讲 之 洞内平面控制测量（施工导线和CPⅡ）