淺談線路工程隧道施工測量的主要內(nèi)容及其精度

蔣德興

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 610300）

0.引言

隧道是線路工程穿越山體等障礙物的通道，或是為地下工程施工所做的地面與地下聯(lián)系的通道，隧道施工是從地面開挖豎井或斜井進(jìn)入地下的，為了加快工程 進(jìn)度，通常采取多井開挖以增加工作面的辦法。在對向開挖的隧道貫通面上，中線不能吻合，這種偏差稱為貫通誤差。貫通誤差包括縱向誤差、橫向誤差和高程誤差，其中，縱向誤差僅影響隧道中線的長度，容易滿足設(shè)計要求。因此，根據(jù)具體工程的性質(zhì)、隧道長度和施工方法的不同，一般只規(guī)定貫通面上的橫向誤差及高程誤差的限差：橫向貫通誤差＜100mm～150mm，高程貫通誤差＜50mm～75mm。

在隧道工程施工測量中，首先要進(jìn)行地面控制測量，也叫洞外控制測量，地面控制測量又分為平面控制測量和高程控制測量兩個部分；然后再進(jìn)行地下施工測量，也稱為洞內(nèi)施工測量，地下施工測量同樣分為平面施工測量和高程施工測量兩個部分[1]。

1.地面控制測量

1.1 平面控制測量

隧道工程地面平面控制測量的主要任務(wù)是測定各洞口控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)，以便根據(jù)洞口控制點(diǎn)將設(shè)計方向?qū)虻叵拢敢淼篱_挖，并能按規(guī)定的精度進(jìn)行貫通。對于長度較短的直線型隧道，可以采用直接定線法；對于較長的曲線隧道，可以采用導(dǎo)線作平面控制；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；對于通視比較困難的地區(qū)，用GNSS定位系統(tǒng)技術(shù)作地面平面控制測量比較方便。

使用全站儀作導(dǎo)線測量時，通常布設(shè)單一導(dǎo)線（閉合或附合）形式，為了簡化內(nèi)業(yè)平差計算，一般不布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)。相鄰兩導(dǎo)線點(diǎn)間的邊長應(yīng)基本接近，避免較長邊跟較短邊相連，否則全站儀觀測該點(diǎn)的轉(zhuǎn)折角的誤差就會太大，測角誤差的限差應(yīng)＜24"，邊長往返測量的相對誤差應(yīng)＜1/7000[2]。

1.2 高程控制測量

隧道工程地面高程控制測量的任務(wù)是按規(guī)定的精度施測隧道洞口附近水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，作為起算高程引測進(jìn)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(dá)到設(shè)站少、觀測快、精度高的要求。水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式根據(jù)已知水準(zhǔn)點(diǎn)的個數(shù)和分布位置確定，若附近只有唯一已知水準(zhǔn)點(diǎn)，就選擇閉合水準(zhǔn)路線，若附近有兩個及以上已知水準(zhǔn)點(diǎn)，就選擇附合水準(zhǔn)路線。

若采用四等水準(zhǔn)測量的精度觀測，后、前視距長度應(yīng)＜100m，視線離地面的最低高度應(yīng)＞0.5m，后、前視距差應(yīng)＜5m，后、前視距差累積應(yīng)＜10m，黑、紅面讀數(shù)差應(yīng)＜3mm，黑、紅面讀數(shù)所測高差之差應(yīng)＜5mm，水準(zhǔn)路線高差閉合差按照±20√L（mm）計算，L為水準(zhǔn)路線單程長度（km）[2]。

2.地下施工測量

地面控制測量完成后即轉(zhuǎn)入隧道施工測量，也稱為地下施工測量或洞內(nèi)施工測量。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，洞內(nèi)中線的測設(shè)方法是根據(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。直線段通常每隔10m或20m測設(shè)一個中線樁，曲線段通常每隔5m或10m測設(shè)一個中線樁，測設(shè)的方法可以用全站儀長弦偏角法，也可以用全站儀坐標(biāo)放樣法。隧道兩側(cè)邊線的平面控制點(diǎn)就不用全站儀坐標(biāo)來控制了，直接使用鋼尺以中線樁拉隧道的寬度就解決了，直線段沿著中線的垂線方向拉隧道寬度，曲線段沿著中線的法線方向拉隧道寬度。邊線樁的平面位置相對于中線樁的平面位置來說，其精度就沒有那么重要了。

中線樁的高程使用水準(zhǔn)儀以視線高程法測設(shè)，各中線樁的高程根據(jù)中線各段的縱向坡度計算，變坡點(diǎn)的豎向曲線采用圓弧線，圓弧線上的高程采用公式H=H′±x2/2R計算。式中：H為豎向曲線上某點(diǎn)的高程，H′為該點(diǎn)對應(yīng)直線上的高程，x為該點(diǎn)距離豎向曲線上起點(diǎn)的長度，R為豎向曲線的半徑，凸型豎向曲線取“-”號，凹型豎向曲線取“+”號。邊線樁的高程根據(jù)對應(yīng)中線樁的高程和該樁的橫向坡度計算，邊線樁只需要關(guān)心各樁的橫向坡度，無須關(guān)心邊線樁的縱向坡度，事實上，邊線樁的縱向坡度是一個非常復(fù)雜的問題，也沒有必要去關(guān)心邊線樁的縱向坡度。

關(guān)于各中線樁橫向坡度的計算，直線段部分兩側(cè)為對稱雙向坡度，通常為1.5%左右，進(jìn)入緩和曲線后，內(nèi)側(cè)先保持橫向坡度不變，外側(cè)橫向坡度均勻增加，待外側(cè)和內(nèi)側(cè)橫向坡度成單向坡度的時候，內(nèi)、外側(cè)的橫向坡度一起均勻變化，外側(cè)均勻加大，而內(nèi)側(cè)均勻減小，直到緩和曲線結(jié)束時，內(nèi)、外側(cè)的橫向坡度達(dá)到最大值，通常為8%左右，緩和曲線結(jié)束后就是圓曲線段，整個圓曲線段的橫向坡度不變（8%），且是單向坡度。下面舉例說明：

某隧道工程中線樁直線段為對稱雙向橫向坡度，其大小為1.5%，緩和曲線長度為110m，圓曲線段為單向橫向坡度8%，且是最大值。緩和曲線段外側(cè)橫向坡度均勻增加，內(nèi)側(cè)橫向坡度先不變，待與外側(cè)橫向坡度成單向坡度時再均勻變小。假定緩和曲線起點(diǎn)樁里程數(shù)為K123+053.492，那么整個曲線部分整10m樁號內(nèi)外側(cè)的橫向坡度如表1所示。

3.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(yùn)營管理提供基礎(chǔ)信息，需要進(jìn)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(dú)特之處，驗收時要檢測隧道中心線的位置是否符合精度要求?？⒐y量應(yīng)提交以下成果：技術(shù)設(shè)計書和竣工測量方案；控制點(diǎn)平面布置圖；儀器的檢校資料；原始觀測記錄資料；整理之后的各類觀測成果表；竣工測量技術(shù)總結(jié)報告。

4.隧道施工測量的注意事項

（1）洞內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)盡量沿著線路中線布設(shè)，邊長力求均勻，避免短邊；（2）導(dǎo)線控制點(diǎn)應(yīng)盡量布設(shè)在受施工影響小、通視良好的地段，兩點(diǎn)間視線離建筑物的距離應(yīng)大于0.5m；（3）測量使用的所有儀器都必須經(jīng)過鑒定合格才能使用；（4）距離測量應(yīng)往返觀測2～4個測回，設(shè)置好儀器的棱鏡常數(shù)以及氣溫氣壓；（5）水平角觀測采用測回法進(jìn)行，導(dǎo)線前進(jìn)方向的左角和右角應(yīng)間隔觀測，以每個測站點(diǎn)的左目標(biāo)為準(zhǔn)配置水平度盤讀數(shù)；（6）由于地面和地下的溫度、濕度相差很大，為使儀器箱內(nèi)的溫度與外界環(huán)境的溫度達(dá)到一致，儀器應(yīng)開箱后晾置0.5h～1h才能觀測[2]。

5.結(jié)語

隧道施工測量根據(jù)工作地點(diǎn)的不同，可以分為隧道洞外控制測量和隧道洞內(nèi)施工測量，隧道洞外控制測量可以結(jié)合隧道的長度和平面形狀以及路線通過地區(qū)的地形情況，分別采用導(dǎo)線測量、三角網(wǎng)測量、GNSS定位系統(tǒng)測量等方法，高程控制測量一般采用水準(zhǔn)測量或全站儀三角高程測量。隧道貫通測量的最終目的就是保證各項施工工作面均沿著設(shè)計的平面位置和高程掘進(jìn)，使隧道在貫通面上的橫向貫通誤差和高程貫通誤差不超過規(guī)定的限度[3]。