高速公路隧道施工測量技術(shù)研究

陳賀

中國葛洲壩集團(tuán)路橋工程有限公司 湖北 宜昌 443000

引言

目前，高速公路隧道的建設(shè)已廣泛采用現(xiàn)場測量技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。通過對(duì)隧道進(jìn)行測量，可以預(yù)測預(yù)報(bào)周圍巖土的變化情況，并優(yōu)化設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工，避免在隧道施工中施工人員發(fā)生重大安全事故，確保了隧道施工安全，使隧道在后期的施工工程使用時(shí)變得更加經(jīng)濟(jì)合理。高速公路隧道施工過程中正確的運(yùn)用測量技術(shù)，既有利于降低施工成本，又能增加高速公路隧道的使用壽命。本文就高速公路隧道施工測量技術(shù)的項(xiàng)目和方法以及成果分析這兩大方面來對(duì)測量技術(shù)展開敘述。

1 高速公路隧道施工測量技術(shù)的價(jià)值

1.1 凸顯決策科學(xué)性，提升施工質(zhì)量

在公路隧道施工中，具有恒定的原受力情況，但是隨著開挖工作的開展和推進(jìn)，會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的變化，工作人員為了保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要采取加固措施確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，同時(shí)借助襯砌結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力變化情況進(jìn)行高效應(yīng)對(duì)。通過測量技術(shù)能夠保證施工企業(yè)獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為支護(hù)和加固工作的順利開展提供數(shù)據(jù)支撐，有效控制復(fù)雜的受力情況，提升施工質(zhì)量和技術(shù)水平。

高速公路隧道施工過程中提高測量技術(shù)是有助于對(duì)隧道建設(shè)的手段科學(xué)化。隧道建設(shè)施工前需要對(duì)施工的環(huán)境、施工的技術(shù)做相應(yīng)的評(píng)估，通過評(píng)估才能掌握隧道施工是否有可行性。對(duì)隧道進(jìn)行測量，主要是測量隧道開鑿的距離，以及幫助施工隊(duì)準(zhǔn)確地把握隧道開鑿的距離。測量技術(shù)并非僅僅是對(duì)距離進(jìn)行評(píng)估，還需要對(duì)其他數(shù)值進(jìn)行精準(zhǔn)性評(píng)估，通過測量技術(shù)的使用，能夠?yàn)槭┕て髽I(yè)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在工程建設(shè)方案中均是必要的，在設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，依托數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的決策。在施工時(shí)也需要在科學(xué)的決策方案指導(dǎo)下進(jìn)一步的施工。另外，高速公路的隧道施工相較于其他隧道施工而言，應(yīng)更加精細(xì)化，需要將數(shù)據(jù)精確化，施工方案精細(xì)化，這樣才能推動(dòng)施工過程的精細(xì)化，數(shù)據(jù)精細(xì)化發(fā)展了，施工質(zhì)量也能隨之提升。

1.2 展現(xiàn)監(jiān)測動(dòng)態(tài)化，保證施工安全

和普通地面工程不同，隧道結(jié)構(gòu)的受力情況更加復(fù)雜，并且隨著所受的外力也在發(fā)生不同程度的改變。當(dāng)前關(guān)于高速公路隧道施工荷載體系方面的研究仍然存在一定的不足，缺乏荷載量值方面的研究，導(dǎo)致整體深度不夠，加上設(shè)計(jì)方案的不合理，導(dǎo)致施工企業(yè)決策和操作科學(xué)性、合理性不高，而應(yīng)用測量技術(shù)能夠明確具體的隧道結(jié)構(gòu)受力情況，從而采取有效的應(yīng)對(duì)措施，保證隧道工程的施工穩(wěn)定，避免發(fā)生安全事故，避免對(duì)施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅。利用測量技術(shù)能夠準(zhǔn)確地測量隧道中的巖體結(jié)構(gòu)，施工人員根據(jù)測量的結(jié)果分析巖體的受力情況，從而采取有效的加固措施保證巖體穩(wěn)定性，降低發(fā)生安全事故的概率。

1.3 數(shù)據(jù)測量精細(xì)化，減少施工誤差

高速隧道工程與其他工程建設(shè)具有差異性。高速公路的隧道建設(shè)需要對(duì)周邊的山體環(huán)境，以及山體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位了解，通過對(duì)山體結(jié)構(gòu)的測量來評(píng)估隧道建設(shè)的安全性。高速公路上建設(shè)隧道是存在一定安全隱患的，因此，需要有專業(yè)的團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行測量與評(píng)估，將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合，通過提高數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性，減少施工誤差，提高隧道工程建設(shè)的安全系數(shù)[1]。

2 高速公路隧道施工測量技術(shù)

2.1 洞外控制測量

2.1.1 三角鎖法。①三角鎖適用于只考慮橫向貫通精度的情況，該方法的關(guān)鍵在于布設(shè)角度測量網(wǎng)、邊測量網(wǎng)、邊交網(wǎng)。②與洞口連接線同向布設(shè)三角鎖，以三角點(diǎn)為洞口投點(diǎn)，盡量減少所需三角形數(shù)量，確保三角形總數(shù)在12以內(nèi)。

2.1.2 精密導(dǎo)線法。①單導(dǎo)線。對(duì)于直線隧道，單導(dǎo)線起點(diǎn)是中線，對(duì)于非直線隧道，起點(diǎn)為洞口切線轉(zhuǎn)點(diǎn)、次級(jí)相交點(diǎn)。②主輔導(dǎo)線環(huán)。主輔兩條平行導(dǎo)線，在隧道首尾相連形成閉環(huán)，適用于較長隧道的控制測量。③導(dǎo)線網(wǎng)。適用于復(fù)雜線路或輔助坑道較多的隧道，所有角和邊均應(yīng)測量。④附合導(dǎo)線?？稍谙嘞蜷_挖的隧道洞口設(shè)置附合導(dǎo)線，以在隧道的兩端設(shè)置測量控制點(diǎn)；在處理測量數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)盡量減少測量誤差帶來的影響。

2.2 洞內(nèi)控制測量

2.2.1 洞內(nèi)導(dǎo)線測量。①隧道施工時(shí)，間隔20m埋設(shè)中線控制樁，隧道掘進(jìn)至一定長度時(shí)設(shè)置一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，或者將埋設(shè)的中線控制樁作為導(dǎo)線點(diǎn)，構(gòu)建隧道洞內(nèi)施工導(dǎo)線。②用全站儀觀測導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角，用測距儀測定導(dǎo)線距離，測量操作至少重復(fù)兩次。③基于導(dǎo)線點(diǎn)定位進(jìn)行中線校正，導(dǎo)線測量要緊跟隧道掘進(jìn)，及時(shí)施測，有效控制隧道貫通誤差。

2.2.2 洞內(nèi)水準(zhǔn)測量。①隧道施工高程通過洞內(nèi)水準(zhǔn)測量控制。每掘進(jìn)200～500m需在洞內(nèi)設(shè)置一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，基于水準(zhǔn)點(diǎn)測量并布設(shè)腰線。②往返觀測洞內(nèi)水準(zhǔn)線，同時(shí)還需要進(jìn)行多次復(fù)測。③由于隧道施工擾動(dòng)大、環(huán)境惡劣、光線不足，必須進(jìn)行多次觀測。施工區(qū)域煙霧和灰塵較多，不宜進(jìn)行角度測量。

2.3 掘進(jìn)中隧道斷面的測量

2.3.1 洞口掘進(jìn)方向標(biāo)定。①中線方向的測量與布設(shè)精度直接決定了隧道橫向貫通誤差，而進(jìn)入隧道時(shí)中線初始方向的測設(shè)決定了中線方向的測量與布設(shè)精度。②應(yīng)在隧道入口處布設(shè)多個(gè)固定點(diǎn)，在地面上標(biāo)定中線方向，依據(jù)測設(shè)的中線方向進(jìn)行聯(lián)合勘測。③在隧道掘進(jìn)期間要隨時(shí)檢查洞口控制點(diǎn)位置、中線方向及里程，如有偏差須及時(shí)糾正。

2.3.2 洞內(nèi)中線和腰線的測設(shè)。①中線的測量和布設(shè)：基于洞口中線方向樁、中線控制樁，在洞口的開挖區(qū)域表面布設(shè)中線，并引入洞內(nèi)，據(jù)此布設(shè)洞內(nèi)中線里程樁。②腰線的測量和布設(shè)：在隧道巖壁上，間隔5～10m測量和布設(shè)標(biāo)高線，即腰線，確保其高出地坪1m，并根據(jù)洞內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)測量和布設(shè)腰線高程。

2.4 掘進(jìn)方向指示

①由于隧道施工環(huán)境復(fù)雜，洞內(nèi)光線不足、施工空間小，需用激光指示器標(biāo)示洞內(nèi)中線、腰線的方向。通過激光筆進(jìn)行標(biāo)示，再通過激光指示器來為測量者提供清晰的方向標(biāo)識(shí)，從而便于測量者對(duì)隧道洞口內(nèi)進(jìn)行測量。②每次掘進(jìn)之前必須根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求的隧道洞內(nèi)斷面類型和大小在斷面上標(biāo)記。常用方法包括：三角形高程法、放大樣法、斷面支距法等。三角形高程法是指：用正弦定理根據(jù)三角形內(nèi)角來解析邊長，主要決定于角度測量精度。三角形高程法的使用方法簡單，受地勢影響較小，因此，在隧道建設(shè)過程中，使用率較高。放大樣法是指：按照繪制的圖紙，用實(shí)際尺寸把構(gòu)件放樣在場地上，然后在大樣上進(jìn)行構(gòu)件制作。放大樣法的使用有助于落實(shí)實(shí)際的用料，也有助于隧道的施工。而斷面支距法也是較為常用的一種方法。斷面支距法適用于場面起伏較大、地形變換復(fù)雜的地區(qū)。掘進(jìn)之前，均需要根據(jù)隧道的實(shí)際情況來選擇相適應(yīng)的方法，這樣才有助于提高隧道建設(shè)的效率。

2.5 隧道貫通誤差調(diào)整方法

①隧道貫通后，應(yīng)在進(jìn)行隧道襯砌前完成中線、高程貫通誤差的調(diào)整，并根據(jù)調(diào)整后的中線、高程放樣。②對(duì)于直線隧道的貫通誤差，采用折線法調(diào)整。③對(duì)于曲線段隧道，可以從曲線兩端向貫通面調(diào)整中線方向、里程，以調(diào)整貫通誤差。④采用導(dǎo)線測量延伸中線時(shí)，方位角貫通誤差分配在未襯砌地段的導(dǎo)線角上。⑤將入洞口處引測所得的高程均值作為調(diào)整后隧道貫通面附近的水準(zhǔn)點(diǎn)高程，按照高程貫通誤差的二分之一，在隧道首尾尚未襯砌部位的高程點(diǎn)上，根據(jù)長度比調(diào)整[2]。

2.6 隧道施工測量安全措施

2.6.1 測量隧道時(shí)必須正確使用測量設(shè)備。測量設(shè)備的好壞會(huì)影響測量結(jié)果的精準(zhǔn)度，因此，在使用測量設(shè)備時(shí)，需要對(duì)測量設(shè)備進(jìn)行檢測，要確保設(shè)備完好。首先，在安裝測量設(shè)備時(shí)，應(yīng)按照規(guī)范操作，防止設(shè)備掉落、傾倒；其次，在使用設(shè)備時(shí)，需要根據(jù)周邊的環(huán)境選擇合適的測量設(shè)備，測量設(shè)備應(yīng)與周邊的環(huán)境相適應(yīng)，相貼合，推動(dòng)測量結(jié)果精準(zhǔn)化；最后，還需要在施工過程中對(duì)測量設(shè)備進(jìn)行檢測與維修，高速公路的隧道地勢較為復(fù)雜，因此，在測量時(shí)，測量工具可能會(huì)受地勢或者操作手法而受到影響，因而，需要對(duì)測量設(shè)備進(jìn)行不定期的檢測，以保障測量設(shè)備的精準(zhǔn)性。

2.6.2 在洞內(nèi)、洞外進(jìn)行測量時(shí)，應(yīng)盡量選擇平穩(wěn)的區(qū)域。在高速公路段修建隧道，具有一定危險(xiǎn)性。高速公路段的地勢較為復(fù)雜，因此，在施工時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際的地形來進(jìn)行測量。測量工作在平穩(wěn)的地區(qū)開展，能有效地減少誤差，并且還能夠提高測量工作的安全系數(shù)。在修建隧道過程中，可能會(huì)因天氣或者地勢原因，出現(xiàn)漏水或塌方等危險(xiǎn)，因此，在施工前就應(yīng)該對(duì)地形進(jìn)行檢測，選擇平穩(wěn)的地形來測量，禁止在漏水或塌方區(qū)域進(jìn)行測量，防止施工過程中出現(xiàn)安全問題。

2.6.3 測量時(shí)需要準(zhǔn)備照明設(shè)備，配備安全防護(hù)裝備。在高速公路修建隧道，大多數(shù)是要對(duì)山體進(jìn)行開鑿，因此，修建隧道的環(huán)境是黑暗的，為此，在修建隧道時(shí)需要準(zhǔn)備好照明設(shè)備。我國修建隧道最常用的照明設(shè)備就是隧道LED燈，這種燈的光源范圍大，并且還有節(jié)能的效果，在修建隧道時(shí)，需要安裝照明設(shè)備，并且還需要為測量者配備相應(yīng)的燈光設(shè)備，為測量者提供明亮的測量環(huán)境，減少因照明不良而出現(xiàn)測量偏差問題。另外，隧道修建還需要注意安全防護(hù)，應(yīng)為施工人員提供安全防護(hù)設(shè)備，讓施工者人員與相關(guān)技術(shù)人員能在保障安全的情況下去進(jìn)行隧道工程的施工。

2.6.4 加強(qiáng)對(duì)施工人員的培訓(xùn)，提高施工過程的安全性。高速公路的隧道修建工程是具有一定危險(xiǎn)性的工程，在施工過程中，施工人員的綜合素質(zhì)會(huì)影響施工過程的質(zhì)量，因此，對(duì)施工人員與相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)是十分有必要的。首先，可以通過開展崗前培訓(xùn)，來提高施工人員與技術(shù)人員的專業(yè)技能水平，崗前培訓(xùn)能幫助施工人員快速地學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識(shí)，通過掌握一定的專業(yè)理論知識(shí)，提高施工過程的科學(xué)性。除了加強(qiáng)施工人員的理論知識(shí)，還需要提高施工人員的實(shí)踐操作能力，讓施工人員在實(shí)際操作過程中將理論知識(shí)運(yùn)用其中，這樣才有助于施工人員在施工時(shí)能在科學(xué)理論指導(dǎo)下進(jìn)行施工，提高施工的質(zhì)量與效率。其次，還需要對(duì)施工人員開展安全事故演練，通過不定期開展演練，能夠提高施工人員的安全防范意識(shí)，減少在施工安全事故的發(fā)生。最后，還可以對(duì)施工人員與相關(guān)技術(shù)人員開展考核制度，通過開展考核來提高施工人員的工作效率，從而在保障安全質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高高速公路隧道修建的效率。

2.6.5 完善高速公路隧道建設(shè)的管理制度。完善的管理制度有利于提高工程建設(shè)的效率。我國高速公路的隧道施工需要有相應(yīng)的管理制度，在管理制度的約束下對(duì)施工的全過程進(jìn)行管理與控制。在實(shí)際的施工過程中，隧道管理責(zé)任主體劃分不明確，管理制度未細(xì)化。隧道的管理首先需要明確責(zé)任主體，將隧道工程建設(shè)細(xì)分成不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都設(shè)置一個(gè)相應(yīng)的負(fù)責(zé)人，例如將工程建設(shè)分為方案設(shè)計(jì)部、測量實(shí)施部、材料采買部等，通過細(xì)化工程建設(shè)，劃分好責(zé)任主體，這樣就能在出現(xiàn)問題時(shí)，快速找到負(fù)責(zé)人，從而高效得解決問題。另外，還需要加強(qiáng)對(duì)施工結(jié)果的檢測，隧道完工后，需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行測量，確保隧道的安全性。通過完善管理體制，推動(dòng)了高速公路隧道建設(shè)的科學(xué)化發(fā)展，也提高了隧道建設(shè)的效率[3]。

3 結(jié)束語

綜上所述，測量在高速公路的隧道施工過程中的應(yīng)用具有很重要的意義。由于高速公路的隧道施工過程艱難且地理位置不易施工，因此，測量是保障施工人員和隧道完整的最后一道關(guān)卡。在高速公路的隧道施工過程中，不管是施工人員，還是相關(guān)技術(shù)人員，都要秉承對(duì)人們高度負(fù)責(zé)的態(tài)度去進(jìn)行隧道施工這一項(xiàng)工作，盡最大的可能去減少誤差，避免人為原因造成隧道施工的安全事故。