淺析隧道施工斷面測量方法

摘要：隧道施工斷面測量工作，不需專用軟件，采用立面坐標(biāo)法也能及時(shí)為施工提供可靠測量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的指導(dǎo)施工。三維坐標(biāo)段落法，只需測量任意位置的三維坐標(biāo)即可計(jì)算其偏差。

關(guān)鍵詞：隧道；斷面；測量；立面坐標(biāo)法；三維坐標(biāo)段落法

隧道施工中各種工序銜接緊湊，平行作業(yè)、交叉施工的工程很多，且洞內(nèi)作業(yè)面狹小，如排風(fēng)不暢，空氣質(zhì)量差，紅外線測量儀器反射信號太弱，往往無法進(jìn)行測量工作。測量工作在隧道開挖施工中非常重要，它控制著隧道開挖的平面、高程和斷面幾何尺寸，關(guān)系到隧道的貫通。為滿足測量工作需要，需選擇關(guān)鍵工序工作面污染小的時(shí)間，停止一些次要工序，提前加大排風(fēng)來滿足測量工作條件。若測量工作占用時(shí)間過長，將直接影響工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。如何及時(shí)、準(zhǔn)確的提供測量成果，使用的儀器和方法便成了重要因素。花幾十萬買一臺隧道斷面儀，僅能用于隧道斷面測量，投資太大，為節(jié)省投資可采用全站儀配隧道斷面測量軟件來完成。用全站儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集后，再對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)分析可用臺式、便攜電腦，也可用可編程計(jì)算器進(jìn)行?，F(xiàn)將三數(shù)據(jù)分析方法列于表-1，從表-1可以看出，采用可編程計(jì)算器進(jìn)行分析，內(nèi)外業(yè)用時(shí)最少，測量工作對工程作業(yè)時(shí)間影響最小。本文將對這種方便、快捷的測量和計(jì)算方法進(jìn)行分析與介紹。

1坐標(biāo)系的建立

圖-1是一個(gè)隧道斷面，垂直方向（高程）為縱軸，用P表示；水平方向（距隧道中線的距離）為橫軸，用L表示，圓心高程用O表示，超欠挖值用S表示。

2數(shù)據(jù)采集

把全站儀置于測站點(diǎn)，對中、整平、后視后有針對性的對掌子面的特征點(diǎn)或者任意點(diǎn)進(jìn)行測量，記錄X、Y、Z三坐標(biāo)。測站點(diǎn)應(yīng)選在不被鉆孔臺車擋住視線的適當(dāng)位置?？捎糜欣忡R模式也可選用免棱鏡模式測量。

3數(shù)據(jù)分析

根據(jù)測點(diǎn)的樁號計(jì)算線路的內(nèi)軌頂面設(shè)計(jì)高程，通過線路的內(nèi)軌頂面設(shè)計(jì)高程和隧道圓心的關(guān)系，計(jì)算隧道圓心的設(shè)計(jì)高程。測出開挖輪廓線上各個(gè)待測點(diǎn)坐標(biāo)和高程并算出其到隧道中線的實(shí)測距離，根據(jù)所測高程算出理論斷面在此高程時(shí)距隧道中線的距離，把實(shí)測值和理論值加以比較從而算出此點(diǎn)的水平超欠挖值。

4 數(shù)據(jù)處理

無論是哪一種線型均可用CASIO系列可編程計(jì)算器編一套由X、Y坐標(biāo)反算出線路里程樁號、距中心線寬度，再由所測高程、距中心線寬度與理論輪廓線上點(diǎn)作比較算出超欠挖值的程序，使看似復(fù)雜的方法，變的非常簡便。下面介紹一個(gè)適用于直線隧道用FX-4800P編制的一套程序：

程序名：NLSD

Lb1 0

{E F P}：Prog\"SJ\"

E\"CDX\":F\"CDY\":P\"GAOCHENG\":

D=√（(E-A)2+(F-B)2):

J=2tan-1((F-B)÷(D+E-A)):

J<0＝＞J=J+360:≠＞J=J:△

K=J-T:H=G+D*cosK:H\"ZXZH=\"▲

L=D*sink:L\"JL=\" ▲

C=116.667-（H-2020400）*4.5/1000：C\"GUIMIAN=\"▲

O=C+2.43▲

P（6.9+（P-（O-3.4））*0.06734: ≠＞S= AbsL-√((R2-(P-O) 2)) △S\"CQWZ=\" ▲

M=O-3.4：M\"SUIDI=\" ▲

Q=O+7.1：Q\"GONGDING=\" ▲

Goto 0

子程序名：SJ

A=2707480.606：B=549196.059：T=177°51′20″：G=2020900

另外，在計(jì)算拱頂部位超欠挖時(shí)，在水平方向上量超欠挖值，誤差較大，可在垂直方向上計(jì)算量取，只需在程序末語句Goto 0前加一條語句：

M=√（R2-L2）-（P-O）▲即可。

E-實(shí)測X坐標(biāo)

F-實(shí)測Y坐標(biāo)

P-實(shí)測點(diǎn)高程

R-圓半徑，如圖-1示這里值應(yīng)為7.1米

O-所測里程的圓心設(shè)計(jì)高程

A-直線起點(diǎn)X坐標(biāo)

B-直線起點(diǎn)Y坐標(biāo)

T-路線前進(jìn)方向方位角

G-直線起點(diǎn)里程

ZXZH-所測點(diǎn)樁號

JL-所測點(diǎn)到線路中心線距離，負(fù)值為線路左側(cè)，正值為線路右側(cè)

CQWZ-水平方向上超欠挖值，值為\"+”時(shí)為超挖，為\"-”時(shí)為欠挖

M-豎直方向超欠挖值，M為正值時(shí)表示欠挖，應(yīng)往上量取；為負(fù)值是表示超挖應(yīng)往下量取。

程序里的0.43是如圖-1示的圓心至起拱線距離，7.1為圓心半徑，3.4為圓心至隧底高度，6.9為隧底邊墻至隧道中心線距離，116.667為變坡點(diǎn)高程，2020400為變坡點(diǎn)樁號，即2020+400

例：

所測掌子面任意一點(diǎn)數(shù)據(jù)為：X=2706591.4，Y=549232.00，高程P=119.4

運(yùn)行計(jì)算器所得結(jié)果依次顯示為：

ZXZH=2021789.928

JL=-2.643

GUIMIAN=110.412

O=112.842

SUIDI=109.442

GONGDING=119.942

CQWZ=-0.079

若點(diǎn)在圓曲線上只需更改反算樁號和距中線距離的程序即可。這里只做簡單分析，在圓曲線上選任意點(diǎn)B，為起算里程，坐標(biāo)反算分別求得，測站A，起算點(diǎn)B，到圓心的距離和方位角，兩方位角之差（OA-OB=a）和半徑計(jì)算曲線長L，B點(diǎn)里程加L等于C點(diǎn)里程，測站至圓心的距離減半徑等于測站至中線距離.測量參數(shù)見圖-2.L由下列公式求得.

L=∏Ra/180

式中L-弧長

R-半徑

a-圓心角

若點(diǎn)在緩和曲線上時(shí)可采用近似法，也可完全滿足測量精度要求.在測站前后的線路上，各選一距離合適的點(diǎn)做為計(jì)算點(diǎn)，把兩點(diǎn)當(dāng)作直線看，按直線計(jì)算即可。測點(diǎn)見圖-3所示。若精度要求較高可用緩和曲線上由坐標(biāo)算出里程和偏距的程序，因程序內(nèi)容較復(fù)雜這里不再敘述。

經(jīng)常用此程序時(shí)可以把已知數(shù)據(jù)列入一個(gè)數(shù)據(jù)庫，每次運(yùn)行程序時(shí)即會自動調(diào)用數(shù)據(jù)庫，不需每次輸入已知數(shù)據(jù)。這樣只需輸入X坐標(biāo)Y坐標(biāo)和高程三個(gè)值便可算出所需要的超欠挖值，從而畫出輪廓線，方便、快捷、準(zhǔn)確。同時(shí)還可以得出同一里程的理論拱頂高程、圓心高程、軌面高程、隧底高程。

結(jié)語。這種三維坐標(biāo)斷面測量法在隧道施工測量中，不需要專用的軟件，且更為方便、快捷、準(zhǔn)確、實(shí)用。如有可編程全站儀，測量結(jié)果可直接顯示超欠挖值。是隧道掌子面畫輪廓線測量工作可選用方法之一。也適用于檢查隧道的初期支護(hù)、二襯的斷面超欠挖，能邊測量邊出成果，一次置鏡能有效的測量全部特征點(diǎn)和任意點(diǎn)，可根據(jù)面積與點(diǎn)數(shù)的頻率進(jìn)行測量。及時(shí)正確的指導(dǎo)施工。為隧道的提前貫通和節(jié)約成本提供了有力的保障。更適用于業(yè)主監(jiān)理部門的檢查工作。同時(shí)測量人員也從繁忙的工作中得到了解放。三維坐標(biāo)段落法適合于施工中隧道開挖斷面測量，可做到那里需要測后馬上出結(jié)果，一次置鏡能有效的測量全段落的特征點(diǎn)和任意點(diǎn)，可根據(jù)面積與點(diǎn)數(shù)的頻率進(jìn)行測量。人和儀器都不需要到開挖面下去，安全上也得到了保障。該方法也適用于初期支護(hù)、二襯施工的斷面測量。還可用于對大型球體、球面進(jìn)行精確的測量。