測(cè)量3073班魏菲菲對(duì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文二 一 二 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 天水路工程施工中的測(cè)量工作 系 部：道橋工程系專(zhuān) 業(yè)：測(cè)繪工程技術(shù)姓 名：李博學(xué) 號(hào)：04302090204指導(dǎo)教師：楊柳完成時(shí)間：2011.01二一一年十一月畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓名李博班 級(jí)測(cè)量3092學(xué) 號(hào)04成績(jī)?cè)u(píng)定實(shí) 習(xí) 表 現(xiàn) 成 績(jī)論 文 成 績(jī)綜 合 成 績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師(學(xué)院)：年 月 日注：綜合成績(jī)?cè)u(píng)定中，實(shí)習(xí)表現(xiàn)成績(jī)占30%，實(shí)習(xí)報(bào)告成績(jī)占70%。目 錄第一章 概述隧道工程施工測(cè)量61.1概述61.2 隧道測(cè)量的前期準(zhǔn)備6第二章 隧道控制網(wǎng)的建立及誤差調(diào)整72.1工程概況72.2隧道進(jìn)出口閉合測(cè)量72.3

2、進(jìn)出洞口測(cè)量72.4隧道洞外控制測(cè)量82.4.1洞外平面控制測(cè)量82.4.2洞外高程控制測(cè)量82.5隧道洞內(nèi)控制測(cè)量92.5.1洞內(nèi)平面控制測(cè)量92.5.2洞內(nèi)高程測(cè)量102.5.3洞內(nèi)正常測(cè)量10第三章 貫通誤差的來(lái)源、分配及其限差113.1 隧道貫通誤差來(lái)源113.2貫通誤差限差及貫通精度要求123.4.1測(cè)定貫通后實(shí)際誤差的方法143.4.2貫通后實(shí)際誤差的調(diào)整15第四章 隧道施工斷面測(cè)量方法164.1極坐標(biāo)斷面測(cè)量法164.1.1極坐標(biāo)系的建立164.1.2數(shù)據(jù)采集174.1.3測(cè)量數(shù)據(jù)處理184.2三維坐標(biāo)段落測(cè)量法194.2.1數(shù)據(jù)采集204.2.2確定測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的里程與距路線中線的

3、距離204.3數(shù)據(jù)分析21第五章 隧道變形監(jiān)測(cè)技術(shù)215.1概述215.2無(wú)尺量測(cè)系統(tǒng)225.2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介225.2.2 全站儀選型及其配套設(shè)備225.3 測(cè)量方法原理235.3.1 自由設(shè)站方法的原理235.3.2 固定測(cè)站法原理245.4 軟件開(kāi)發(fā)255.4.1 機(jī)載程序255.4.2 數(shù)據(jù)分析程序25第六章 結(jié)束語(yǔ)25謝 詞26參考文獻(xiàn)27摘 要結(jié)合獅子崖隧道實(shí)例，詳細(xì)介紹了隧道工程施工中測(cè)量前期的準(zhǔn)備工作、洞內(nèi)外控制測(cè)量的建網(wǎng)、技術(shù)要求、操作要點(diǎn)及貫通誤差估算、變形監(jiān)測(cè)等，指出在隧道測(cè)量中要嚴(yán)格遵守操作規(guī)范，以保證隧道的順利貫通。關(guān)鍵詞： 控制測(cè)量 建網(wǎng) 操作要點(diǎn) 貫通誤差 斷面測(cè)

4、量 變形監(jiān)測(cè)第一章 隧道工程施工測(cè)量概述1.1概述隧道施工測(cè)量工作主要包括：開(kāi)挖測(cè)量、結(jié)構(gòu)放樣、貫通誤差測(cè)量、竣工測(cè)量等。施工的先導(dǎo)是開(kāi)挖，按開(kāi)挖時(shí)的測(cè)量要求來(lái)講，可分兩種方法：一種是先挖導(dǎo)坑后擴(kuò)大成型，如先拱后墻法、上下導(dǎo)坑法、上導(dǎo)坑法等，因?yàn)檫@些開(kāi)挖方法在擴(kuò)大是還有糾正隧道位置的較大的余地，所以測(cè)量工作可以先粗后精；一種是一次開(kāi)挖成型，緊跟著襯砌成洞，此時(shí)按隧道線路中線的精度要求，隨時(shí)引進(jìn)正式中線到開(kāi)挖面，以便根據(jù)正式中線進(jìn)行開(kāi)挖、放樣、立模、襯砌。采用先挖導(dǎo)坑，后擴(kuò)大成型的方法時(shí)導(dǎo)坑的掘進(jìn)是依據(jù)臨時(shí)中線放樣，臨時(shí)中線是由后方的正式中線引出來(lái)的，而正式中線是由洞內(nèi)的導(dǎo)線測(cè)設(shè)的，同時(shí)為了控制

5、開(kāi)挖面位置的高低，還需根據(jù)正式水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)采用一次開(kāi)挖成形時(shí)掘進(jìn)過(guò)程中也需要測(cè)設(shè)較高精度的臨時(shí)中線或直接將正式中線引測(cè)至開(kāi)挖面。掘進(jìn)工程就是根據(jù)中線和水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)設(shè)、檢查或放樣開(kāi)挖斷面的輪廓線，以便鉆爆，使鉆爆后的坑道斷面輪廓達(dá)到設(shè)計(jì)位置。隨即進(jìn)行襯砌施工，襯砌施工必須根據(jù)正式中線與正式水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行放樣，開(kāi)挖前進(jìn)到一定程度時(shí)，必須由洞外控制點(diǎn)引測(cè)正是中線進(jìn)行拱部、邊墻、鋪底、仰拱、排水溝等各項(xiàng)結(jié)構(gòu)物的放樣。隧道相向開(kāi)挖時(shí)的中線隨著掘進(jìn)距離的增長(zhǎng)產(chǎn)生誤差，因此，在隧道貫通面處必然會(huì)產(chǎn)生平面和高程貫通誤差。如果貫通誤差不進(jìn)行調(diào)整，硬將兩端洞口引線的線路中線連接起來(lái)，則會(huì)在貫通面附近地段產(chǎn)生線

6、路硬性扭曲，嚴(yán)重的情況下會(huì)造成建筑物侵入限界，因此，為了使貫通后線路中線能按規(guī)定的精度符合它的設(shè)計(jì)位置，還要進(jìn)行貫通誤差的測(cè)定和線路中線的調(diào)整?？⒐ひ院?，進(jìn)行竣工測(cè)量，其目的：一方面是檢查施工質(zhì)量；一方面為交付使用提供各種測(cè)量方法的依據(jù)，以便進(jìn)行設(shè)備安裝、維修和改建時(shí)使用?？⒐ひ院螅斜匾臅r(shí)候有計(jì)劃的進(jìn)行沉陷、位移觀測(cè)。1.2 隧道測(cè)量的前期準(zhǔn)備（1）認(rèn)真閱讀相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，準(zhǔn)確領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖。工程所處在平曲線、豎曲線范圍以及所有參數(shù)，應(yīng)認(rèn)真驗(yàn)算設(shè)計(jì)給定的平面坐標(biāo)、設(shè)計(jì)高程。對(duì)不清楚和有異議的地方及時(shí)提出，以免貽誤工程施工。（2）熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范以及對(duì)本工程的具體測(cè)量要求。熟悉隧道工程施工技術(shù)規(guī)

7、范的測(cè)量章節(jié)要求，保證工程設(shè)計(jì)圖紙中隧道凈空要求、結(jié)構(gòu)輪廓幾何尺寸、相互之間的位置關(guān)系，實(shí)測(cè)時(shí)做到心中有數(shù)。（3）了解隧道施工工藝和步驟，提前為施工做好放樣準(zhǔn)備。一般設(shè)計(jì)文件對(duì)隧道施工工藝和步驟都有提出要求和設(shè)計(jì)，實(shí)際施工時(shí)也會(huì)有一定的變動(dòng)。所以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作時(shí)應(yīng)認(rèn)真研究工藝和步驟，準(zhǔn)確控制好每階段的輪廓尺寸。（4）制定較為詳細(xì)的施工測(cè)量計(jì)劃方案。根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)交底和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量交樁，根據(jù)以上3點(diǎn)要求，技術(shù)人員應(yīng)該制定較為詳細(xì)的施工測(cè)量計(jì)劃方案，包括測(cè)量準(zhǔn)備、儀器適配、正常實(shí)施測(cè)量的技術(shù)要求等等。第二章 隧道控制網(wǎng)的建立及誤差調(diào)整2.1工程概況獅子崖隧道位于鎮(zhèn)安縣青銅關(guān)鎮(zhèn),雙線全長(zhǎng)4 671.1 m,

8、是省際公路柞小高速公路上的第一長(zhǎng)隧道。其中左線起訖樁號(hào)lk130+588.65lk132+945,長(zhǎng)2 356.35 m;右線起訖樁號(hào)rk130+637.85-rk132+952.6,長(zhǎng)2 314.75 m。該隧道依山傍水,一面是水流湍急的乾佑河,一面是懸崖峭壁的獅子崖,地形險(xiǎn)峻,測(cè)量工作難度大?？刂茰y(cè)量技術(shù)成為獅子崖隧道施工的一大難題。2.2隧道進(jìn)出口閉合測(cè)量根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)交底和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量交樁，正式實(shí)測(cè)前，應(yīng)對(duì)所交樁位的坐標(biāo)和高程進(jìn)行閉合聯(lián)測(cè)，符合精度要求后才能正式實(shí)地放樣。如果出現(xiàn)精度達(dá)不到要求，應(yīng)盡早通知有關(guān)單位進(jìn)行聯(lián)測(cè)。短隧道可以進(jìn)行全站議導(dǎo)線閉合測(cè)量，長(zhǎng)隧道或者地形復(fù)雜的可采用gps全球

9、定位測(cè)量。2.3進(jìn)出洞口測(cè)量包括地形地貌、標(biāo)高埋深等項(xiàng)目。隧道進(jìn)出口位置地形的復(fù)測(cè)相當(dāng)重要，它直接關(guān)系到以后隧道洞口能否安全進(jìn)洞。洞口地形復(fù)測(cè)，主要是復(fù)核與設(shè)計(jì)圖紙是否相符，包括工程量復(fù)核、進(jìn)洞口樁號(hào)、覆蓋層厚度、是否偏壓，偏壓時(shí)地形對(duì)洞身結(jié)構(gòu)影響程度，是否應(yīng)采取變更洞口位置，變更洞口臨時(shí)支護(hù)形式參數(shù)以及洞口地貌特征對(duì)洞口的影響和洞門(mén)形式是否合適等等。2.4隧道洞外控制測(cè)量2.4.1洞外平面控制測(cè)量1）建網(wǎng)根據(jù)進(jìn)出口地形特點(diǎn),由進(jìn)口的gps028,gps029,gps030及左、右洞口的投點(diǎn)分別組成四邊形閉合導(dǎo)線,形成獅子崖隧道進(jìn)口的平面控制網(wǎng),見(jiàn)圖2-1。由出口的gps031,gps032,

10、gps033及左、右洞口的投點(diǎn)分別組成四邊形閉合導(dǎo)線,形成獅子崖隧道出口的平面控制網(wǎng),見(jiàn)圖2-2。進(jìn)出口均采用精密導(dǎo)線法進(jìn)行洞外控制測(cè)量。2）測(cè)量等級(jí)與技術(shù)要求根據(jù)jtj 061-99公路勘測(cè)規(guī)范(以下簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)規(guī))的規(guī)定,該隧道洞外控制測(cè)量等級(jí)采用“四等導(dǎo)線”,其技術(shù)要求見(jiàn)表2-1。等級(jí)附和導(dǎo)線長(zhǎng)度/km平均邊長(zhǎng)/km每邊測(cè)距中誤差/mm測(cè)角中誤差/()導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差方位角閉合差/（）測(cè)回?cái)?shù)dj1dj2四等201.0132.51/3500046表2-1導(dǎo)線測(cè)量的技術(shù)要求因受地形限制,gps028gps029點(diǎn)間距為288.920 m,gps029gps030點(diǎn)間距為487.350 m,根據(jù)測(cè)

11、規(guī)的規(guī)定,采用絕對(duì)閉合差進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.4.2洞外高程控制測(cè)量1）建立閉合水準(zhǔn)路線建立與平面控制網(wǎng)相似的閉合水準(zhǔn)路線,必要時(shí)需與26、28標(biāo)水準(zhǔn)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè),以保證引測(cè)進(jìn)洞高程的高精度。2）高程控制測(cè)量等級(jí)設(shè)計(jì)高程控制等級(jí)由公式=±m l來(lái)計(jì)算,其中, 為兩端水準(zhǔn)點(diǎn)的高程中誤差;m為每公里水準(zhǔn)測(cè)量中誤差(一般應(yīng)取全中誤差);l為兩開(kāi)挖洞口間的水準(zhǔn)路線長(zhǎng),km。3）高程控制測(cè)量操作要點(diǎn)a.在兩相鄰測(cè)站上,應(yīng)按奇、偶數(shù)測(cè)站的觀測(cè)程序進(jìn)行觀測(cè),即分別按“后前前后”和“前后后前”的觀測(cè)程序在相鄰測(cè)站上交替進(jìn)行。在一測(cè)段的水準(zhǔn)路線上,測(cè)站數(shù)目應(yīng)安排成偶數(shù)。一個(gè)測(cè)段的水準(zhǔn)路線的往、返測(cè)應(yīng)在不同的

12、氣象條件下進(jìn)行(如上午、下午)。b.注意減弱旁折光和地面折光的影響。在洞外高程控制測(cè)量中,根據(jù)山區(qū)作業(yè)坡陡路窄的特點(diǎn),視線盡量避開(kāi)山彎;由于坡度大,讀數(shù)時(shí)盡量提高視線高度。c.觀測(cè)工作間歇時(shí),最好結(jié)束在固定的水準(zhǔn)點(diǎn)上,否則應(yīng)選擇兩個(gè)堅(jiān)穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置水準(zhǔn)標(biāo)尺的固定點(diǎn),并加以標(biāo)記。2.5隧道洞內(nèi)控制測(cè)量2.5.1洞內(nèi)平面控制測(cè)量1)建網(wǎng)(見(jiàn)圖2-3)洞內(nèi)平面控制測(cè)量采用等邊閉合導(dǎo)線環(huán)網(wǎng),導(dǎo)線環(huán)的邊數(shù)為4條6條。直線地段中線樁間距為200 m,曲線地段(r=1 100/1 080)按照最大通視長(zhǎng)度的要求,導(dǎo)線長(zhǎng)取120 m,共設(shè)6個(gè)導(dǎo)線環(huán)。2) 測(cè)量等級(jí)設(shè)計(jì)洞內(nèi)導(dǎo)線為等邊閉合導(dǎo)線環(huán)網(wǎng),則

13、洞內(nèi)橫向貫通中誤差由式計(jì)算。其中,m為洞內(nèi)橫向貫通中誤差; 為測(cè)角中誤差,();為206 265; 為兩開(kāi)挖洞口間長(zhǎng)度;n為導(dǎo)線邊數(shù)。3)洞內(nèi)平面控制測(cè)量操作要點(diǎn)a.由洞外向洞內(nèi)的引測(cè)工作,應(yīng)在夜晚或陰天進(jìn)行;在測(cè)定定向角和洞內(nèi)、外連接角或當(dāng)洞內(nèi)、外高差和邊長(zhǎng)懸殊過(guò)大時(shí),水平角的觀測(cè)測(cè)回?cái)?shù)要比規(guī)定的增加50%-100%。b.測(cè)回間儀器應(yīng)多次重新置中,一般3-5測(cè)回重新置中一次,并采用雙照準(zhǔn)法(兩次照準(zhǔn)、兩次讀數(shù)),以減少對(duì)中誤差的影響,保證測(cè)角精度。水平角觀測(cè)采用方向觀測(cè)法觀測(cè),每個(gè)測(cè)回的零方向讀數(shù),應(yīng)均勻分配在度盤(pán)的不同位置上。c.使用全站儀測(cè)距時(shí),距離及豎直角應(yīng)往返觀測(cè)各4個(gè)測(cè)回,量距每測(cè)

14、回讀數(shù)6次。d.洞內(nèi)平面控制時(shí),正式中線點(diǎn)由鄰近的導(dǎo)線點(diǎn)以極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)在地面之后,應(yīng)在中線點(diǎn)上安置儀器,以任意兩個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn)為目標(biāo)測(cè)其角度。用實(shí)測(cè)角與坐標(biāo)反算的角值比較,以檢查中線點(diǎn)測(cè)設(shè)的準(zhǔn)確性。2.5.2洞內(nèi)高程測(cè)量洞內(nèi)高程應(yīng)由洞外高程控制點(diǎn)向洞內(nèi)測(cè)量傳遞,結(jié)合洞內(nèi)的行車(chē)橫洞、人行橫洞及緊急停車(chē)帶的位置設(shè)立高程點(diǎn),以便校核。為便于施工,每100 m在邊墻部位設(shè)立墻角水準(zhǔn)點(diǎn)。2.5.3洞內(nèi)正常測(cè)量洞內(nèi)施工測(cè)量主要控制好隧道凈空，開(kāi)挖、支護(hù)、二襯不要侵入凈空，當(dāng)然也要控制好超挖過(guò)大的問(wèn)題。按照設(shè)計(jì)或?qū)嶋H圍巖地質(zhì)情況，測(cè)量精度也相應(yīng)分為3個(gè)級(jí)別，即開(kāi)挖輪廓測(cè)量、初期支護(hù)定位測(cè)量以及二次襯砌施工測(cè)量

15、。1)開(kāi)挖輪廓測(cè)量放樣設(shè)計(jì)文件一般都提供了襯砌設(shè)計(jì)圖，一般情況均可按設(shè)計(jì)圖紙給定的輪廓參數(shù)進(jìn)行測(cè)量放樣。但應(yīng)值得注意的是，設(shè)計(jì)圖紙給定的預(yù)留沉降量是分圍巖級(jí)別統(tǒng)一給出的，而現(xiàn)場(chǎng)施工由于位置不同往往會(huì)出現(xiàn)不一致的地方，需要施工單位自己調(diào)整掌握。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，洞口5 m-10 m內(nèi)（視圍巖情況）應(yīng)該高于設(shè)計(jì)要求進(jìn)行放樣，以減少由于洞口開(kāi)挖后，山體的應(yīng)力釋放，產(chǎn)生過(guò)大的洞口破壞。而10 m以后根據(jù)量測(cè)結(jié)果，可以按設(shè)計(jì)提供的參數(shù)進(jìn)行（圍巖穩(wěn)定時(shí)甚至可以降低要求）。洞內(nèi)圍巖強(qiáng)度穩(wěn)定性如果較設(shè)計(jì)差，地質(zhì)構(gòu)造破壞嚴(yán)重的局部地帶，也應(yīng)高于設(shè)計(jì)要求進(jìn)行放樣，以減少不良地質(zhì)巖體段的應(yīng)力釋放，巖體失穩(wěn)造成凈空受限的情況

16、發(fā)生。如果按設(shè)計(jì)文件放樣后（其他支護(hù)措施又到位），均不能滿足凈空要求，則應(yīng)提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院改變支護(hù)參數(shù)和增加預(yù)留沉降量要求。要求測(cè)量技術(shù)人員每循環(huán)的開(kāi)挖輪廓必須到現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)出，以控制好鉆孔輪廓位置，盡量減少超挖和欠挖。2)初期支護(hù)定位測(cè)量要求每次進(jìn)行支護(hù)時(shí)，測(cè)量人員均應(yīng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行支護(hù)框架體儀器定位，防止立架錨噴支護(hù)實(shí)體侵入凈空，否則日后返工，鑿除難度很大，嚴(yán)重影響工期和質(zhì)量。這個(gè)階段控制好輪廓標(biāo)高、凈寬、保證輪廓園順，一般就不會(huì)出現(xiàn)大問(wèn)題。當(dāng)然如果支護(hù)結(jié)束后凈空過(guò)大，則日后二襯工程質(zhì)量將增大，施工單位經(jīng)濟(jì)效益也將損害。3)二次襯砌測(cè)量隧道二次襯砌施工測(cè)量是正常施工測(cè)量的最后一道關(guān)卡，它的準(zhǔn)確與否直接

17、影響隧道通車(chē)凈空要求和能否按設(shè)計(jì)要求竣工交驗(yàn)，因此極為重要，一定要慎重處理。這個(gè)階段主要根據(jù)設(shè)計(jì)文件，在平面和高程上嚴(yán)格按圖放樣，定位整體襯砌臺(tái)車(chē)（一般按范要求，可以將原設(shè)計(jì)輪廓線放大5 cm，以消除二襯砼施工中的臺(tái)車(chē)變形而侵入凈空現(xiàn)象），放大后的5 cm輪廓位置在水溝蓋板內(nèi)側(cè)墻進(jìn)行調(diào)整處理。4)監(jiān)控量測(cè)隧道施工監(jiān)控量測(cè)工作，貫穿于從開(kāi)工到竣工交驗(yàn)全過(guò)程，是一項(xiàng)必測(cè)項(xiàng)目。它的作用和目的體現(xiàn)在：為安全生產(chǎn)提供信息（超前預(yù)警、事后警報(bào)）。掌握施工中圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)信息、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、及時(shí)反饋信息，以指導(dǎo)施工作業(yè)，該加強(qiáng)要及時(shí)加強(qiáng)，要減弱也可以減弱支護(hù)。為新奧法設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)對(duì)圍巖和支

18、護(hù)的變位、應(yīng)力變化，提供設(shè)計(jì)部門(mén)修改支護(hù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)。一般設(shè)計(jì)文件都會(huì)有對(duì)本工程的具體量測(cè)點(diǎn)位布置、量測(cè)頻率、量測(cè)項(xiàng)目等提出要求，技術(shù)人員在具體實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)認(rèn)真布點(diǎn)、認(rèn)真測(cè)量、真實(shí)記錄并匯總分析，為安全生產(chǎn)和新奧法科學(xué)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。a.地質(zhì)和支護(hù)狀況量測(cè)。這項(xiàng)工作主要是開(kāi)挖和初期支護(hù)后（每循環(huán)），對(duì)揭露的巖性、結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀以及支護(hù)變形觀察、描述和編錄，與設(shè)計(jì)文件巖性、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)照；使用鋼卷尺、地質(zhì)羅盤(pán)工具以及數(shù)碼影像。b.周邊位移量測(cè)。采用各種類(lèi)型的收斂?jī)x，按照量測(cè)計(jì)劃和頻率，逐斷面而進(jìn)行收斂數(shù)值實(shí)測(cè)，提供有效數(shù)據(jù)，判斷圍巖應(yīng)力變形、支護(hù)體破壞程度。c.拱頂下沉測(cè)量。拱頂下沉是監(jiān)控量測(cè)中最明顯和直觀的

19、測(cè)量，運(yùn)用水準(zhǔn)儀和全站儀均可進(jìn)行。d.錨桿拔力實(shí)驗(yàn)。錨桿拉拔力試驗(yàn)主要可以檢測(cè)錨桿支護(hù)系統(tǒng)與圍巖之間共同作用支護(hù)圍巖的效果，采用錨桿拉拔儀進(jìn)行；這是新奧法隧道施工的必測(cè)項(xiàng)目。第三章 貫通誤差的來(lái)源、分配及其限差3.1 隧道貫通誤差來(lái)源隧道貫通測(cè)量的精度是確保整個(gè)工程是否順利竣工的重要因素之一。貫通誤差主要來(lái)源于洞內(nèi)外控制測(cè)量和豎井(斜井)聯(lián)系測(cè)量的誤差,由于施工中線和貫通誤差是由洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量確定,所以施工誤差和放樣誤差對(duì)貫通的影響可忽略不計(jì)。我國(guó)鐵路隧道施工中的地面控制測(cè)量與洞內(nèi)測(cè)量,往往由不同單位擔(dān)任,故應(yīng)將上述的容許貫通誤差加以適當(dāng)分配。一般來(lái)說(shuō),對(duì)于平面控制測(cè)量而言,地面上的條件較洞內(nèi)為

20、好。故對(duì)地面控制測(cè)量的精度要求可高一些,而將洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量的精度要求則適當(dāng)降低。按照鐵路測(cè)量技術(shù)規(guī)則的規(guī)定,系將地面控制測(cè)量的誤差作為影響隧道貫通誤差的一個(gè)獨(dú)立因素,而將地下兩相向開(kāi)挖的坑道中導(dǎo)線測(cè)量的誤差另作為一個(gè)獨(dú)立因素。這樣一來(lái),設(shè)隧道總的橫向貫通中誤差的允許值為,按照等影響原則,則得地面控制測(cè)量的誤差所引起的橫向貫通誤差的允許值(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“影響值”)為：（3-1）對(duì)于高程控制測(cè)量而言,洞內(nèi)的水準(zhǔn)路線短,高差變化小,這些條件比地面好;但另一方面,洞內(nèi)有煙塵、水氣、光亮度差以及施工干擾等不利因素,所以將地面與地下水準(zhǔn)測(cè)量的誤差,對(duì)于高程貫通誤差的影響,按相等的原則分配。設(shè)隧道總的高程貫通中誤

21、差的允許值為,則地面水準(zhǔn)測(cè)量的誤差所引起的高程貫通中誤差的允許值為:（3-2）按照上述原理所算得的隧道洞內(nèi)、洞外控制測(cè)量誤差,對(duì)于貫通面上的橫向和高程貫通中誤差所產(chǎn)生的影響值如表3-1所示。各項(xiàng)貫通誤差的限差(用表示)一般取中誤差的兩倍。對(duì)于縱向誤差,通常都是按定測(cè)中線的要求,即:（3-3）式中,為隧道兩開(kāi)挖洞口間的長(zhǎng)度。對(duì)于橫向貫通誤差和高程貫通誤差的限差,按鐵路測(cè)量技術(shù)規(guī)則根據(jù)兩開(kāi)挖洞口間的長(zhǎng)度確定,如表3-2所示。橫向中誤差測(cè)量部位兩開(kāi)挖洞口間長(zhǎng)度/km高程中誤差<44-88-1010-1313-1717-20洞外3045609012015018洞內(nèi)4060801201602001

22、7洞內(nèi)外綜合507510015020025025備注本表不適于設(shè)有豎井的隧道表3-1 洞、內(nèi)外控制測(cè)量誤差對(duì)貫通精度的影響值兩開(kāi)挖洞口間長(zhǎng)度/mm<44-88-1010-1313-1717-20橫向貫通誤差/mm100150200300400500高程貫通誤差/mm50表3-2 貫通誤差的限差3.2貫通誤差限差及貫通精度要求測(cè)規(guī)規(guī)定，隧道長(zhǎng)度小于3 000 m時(shí),橫向貫通限差為150 mm,高程貫通限差70 mm。貫通精度要求見(jiàn)表3-3。測(cè)量部位兩開(kāi)挖洞口間長(zhǎng)度/mm高程中誤差<30003000-6000>6000貫通中誤差/mm洞外45609025洞內(nèi)608012025全部

23、隧道7510015025表3-3洞外、洞內(nèi)控制測(cè)量的貫通精度要求3.3平面控制測(cè)量貫通誤差預(yù)計(jì)3.3.1洞外控制測(cè)量對(duì)水平方向貫通誤差的影響值（3-4）其中,m外為控制網(wǎng)誤差對(duì)水平方向的貫通誤差影響值的中誤差; 為由進(jìn)口計(jì)算的影響值; 為由出口計(jì)算的影響值; 為由控制點(diǎn)放出中線時(shí)理論角度中誤差。其中導(dǎo)線環(huán)的測(cè)角中誤差按下式計(jì)算:（3-5）其中, 為導(dǎo)線環(huán)的角度閉合差;n為一個(gè)導(dǎo)線環(huán)內(nèi)角個(gè)數(shù);n為導(dǎo)線環(huán)的數(shù)目。以左線隧道為例,洞口為四邊形導(dǎo)線網(wǎng), 按表1取10,則=5, =1 178 m,=206 265,得=0.001 6 （3-6）3.3.2洞內(nèi)水平控制測(cè)量對(duì)水平方向貫通誤差的影響值。（3-

24、7）3.3.3預(yù)計(jì)隧道水平貫通誤差，故（3-8）結(jié)論: =42 mm<75 mm,故可認(rèn)為設(shè)計(jì)的施測(cè)精度能夠滿足隧道橫向貫通精度的要求。3.4高程控制測(cè)量貫通誤差洞外高程控制測(cè)量的任務(wù),是按照設(shè)計(jì)精度施測(cè)兩相向開(kāi)挖洞口附近水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差,以便將整個(gè)隧道的統(tǒng)一高程系統(tǒng)引入洞內(nèi),保證按規(guī)定精度在高程方面正確貫通,并使隧道工程在高程方面按要求的精度正確修建。高程控制的二、三等采用水準(zhǔn)測(cè)量。四、五等可采用水準(zhǔn)測(cè)量,當(dāng)山勢(shì)陡峻采用水準(zhǔn)測(cè)量困難時(shí),亦可采用光電測(cè)距儀三角高程的方法測(cè)定各洞口高程。每一個(gè)洞口應(yīng)埋設(shè)不少于2個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn),兩水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差,以安置一次水準(zhǔn)儀即可測(cè)出為宜。水準(zhǔn)測(cè)量的精度,一般

25、參照表3-3即可。3.4.1測(cè)定貫通后實(shí)際誤差的方法1)采用中線法測(cè)量的隧洞,貫通之后,應(yīng)從相向測(cè)量的兩個(gè)方向各自向貫通面延伸中線,并各釘一臨時(shí)樁a、b。(圖3-1)丈量出兩臨時(shí)樁a、b之間的距離,即得隧洞的實(shí)際橫向誤差, a、b兩臨時(shí)樁的里程之差,即為隧洞的實(shí)際縱向貫通誤差。圖3-1各種轉(zhuǎn)移角的內(nèi)移量 每公里高差中數(shù) 兩開(kāi)挖洞口間的測(cè)量部位 測(cè)量等級(jí) 的偶然誤差 水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度 水準(zhǔn)儀等級(jí) 水準(zhǔn)尺類(lèi)型 （mm） （km）洞外二>36線條式因瓦水準(zhǔn)尺三3.013-36線條式因瓦水準(zhǔn)尺區(qū)格式水準(zhǔn)尺四5.05-13區(qū)格式水準(zhǔn)尺洞內(nèi)二>32線條式因瓦水準(zhǔn)尺三3.011-32區(qū)格式水準(zhǔn)尺四5

26、.05-11區(qū)格式水準(zhǔn)尺表3-3等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的路線長(zhǎng)度和儀哭精度由隧洞兩端洞口附近的水準(zhǔn)點(diǎn)各自進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量,分別測(cè)出貫通面附近的同一水準(zhǔn)點(diǎn)的高程,其高程差即為實(shí)際的高程貫通誤差。2)采用地下導(dǎo)線作洞內(nèi)控制的隧洞,可由進(jìn)測(cè)的任一方向,在貫通面附近釘設(shè)一臨時(shí)樁號(hào),然后由相向的兩個(gè)方向?qū)υ擖c(diǎn)進(jìn)行測(cè)角和量距,各自計(jì)算臨時(shí)樁號(hào)的坐標(biāo)。這樣可以測(cè)得兩組不同的坐標(biāo)值,其y坐標(biāo)的差數(shù)即為實(shí)際的橫向誤差,其x坐標(biāo)之差為實(shí)際的縱向貫通誤差(或者將兩組坐標(biāo)投影至貫通面及其垂直的方向上,得出橫向誤差和縱向貫通誤差)。在臨時(shí)樁號(hào)上安置儀器測(cè)出角度,見(jiàn)下圖3-2所示,以便求得導(dǎo)線的角度閉合差。圖3-2各種轉(zhuǎn)移角的內(nèi)移量3

27、.4.2貫通后實(shí)際誤差的調(diào)整隧洞中線貫通后,應(yīng)將相向兩方向測(cè)設(shè)的中線各自向前延伸一段適當(dāng)?shù)木嚯x。調(diào)整貫通誤差的工作,原則上應(yīng)在隧洞未襯砌地段上進(jìn)行,不再牽動(dòng)已襯砌地段的中線,在中線調(diào)整之后,所有襯砌地段的工程,均應(yīng)調(diào)整后的中線指導(dǎo)工作。直線隧洞中線的調(diào)整,可在未襯砌地段上采用折線法調(diào)整。如果由于調(diào)整貫通誤差而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)折角在5以內(nèi)時(shí),可作為直線線路考慮。當(dāng)轉(zhuǎn)折角在525時(shí),可不加設(shè)曲線,但應(yīng)以頂占a, c的內(nèi)移量考慮襯砌和線路的位置,如圖3所示。各種轉(zhuǎn)折角的內(nèi)移量如表3-4所示。當(dāng)轉(zhuǎn)折角大于25時(shí),則應(yīng)以半徑為4000m的圓曲線加設(shè)反向曲線。轉(zhuǎn)折角 ()內(nèi)移量（mm）51104151020172

28、528表3-4各種轉(zhuǎn)折角的內(nèi)移量表圖3-3各種轉(zhuǎn)移角的內(nèi)移量對(duì)于地下導(dǎo)線精密測(cè)得實(shí)際貫通誤差的情況,當(dāng)在規(guī)定的限差范圍之內(nèi)時(shí),可將實(shí)測(cè)的導(dǎo)線角度閉合差平均分配到該段貫通導(dǎo)線各導(dǎo)線角,按簡(jiǎn)易平差后的導(dǎo)線角計(jì)算該段導(dǎo)線各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo),求出坐標(biāo)閉合差。根據(jù)該段貫通導(dǎo)線邊的邊長(zhǎng)按比例分配坐標(biāo)閉合差,得到各點(diǎn) 調(diào)整后的坐標(biāo)值,并作為洞內(nèi)未襯砌地段隧洞中線點(diǎn)放樣的依據(jù)。貫通點(diǎn)附近的水準(zhǔn)點(diǎn)的高程,采用由貫通面兩端分別引測(cè)的高程的平均值,作為調(diào)整后的高程。洞內(nèi)未襯砌的各水準(zhǔn)點(diǎn)高程,根據(jù)水準(zhǔn)路線的長(zhǎng)度對(duì)高程貫通誤差按比例分配,求得調(diào)整后的高程,并作為施工放樣的依據(jù)。第四章 隧道施工斷面測(cè)量方法4.1極坐標(biāo)斷面測(cè)

29、量法4.1.1極坐標(biāo)系的建立如圖4-1（單位：m）是一個(gè)隧道斷面，垂直方向（高程）為縱軸，用h表示；水平方向（距線路中線的距離）為橫軸，用b表示。圓心縱坐標(biāo)等于路線設(shè)計(jì)高程減設(shè)計(jì)高程線至隧道中心的距離乘橫坡比，再加圓心至路面的高度，見(jiàn)下式： （4-1）圖4-1極坐標(biāo)法示意圖圓心橫坐標(biāo)等于1m（假定線路中心橫坐標(biāo)為1m），加線路中心至隧道中心的距離，即：（4-2）4.1.2數(shù)據(jù)采集1）待測(cè)斷面站點(diǎn)放樣可放出路中線、隧中線或距路中線任意寬度的點(diǎn)位，記錄其地面高程、線路中線至待測(cè)斷面站點(diǎn)的距離等。2）斷面測(cè)量將儀器安置于待測(cè)斷面測(cè)站點(diǎn)，（豎直度盤(pán)定天頂方向?yàn)?度，順時(shí)針注記）望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)另一導(dǎo)線點(diǎn)或中

30、線點(diǎn)定向后，轉(zhuǎn)儀器正鏡瞄準(zhǔn)線路邊線法線方向，也就是保證測(cè)量的豎直角讀數(shù)，線路中線一側(cè)為270360度，線路邊線一側(cè)為090度。記錄儀器高、觀測(cè)的豎直角、斜距。根據(jù)個(gè)人習(xí)慣，亦可記錄水平距離和高差。如隧道內(nèi)干擾大，可在儀器定向前，豎直度盤(pán)調(diào)至90度或270度，置水準(zhǔn)尺于水準(zhǔn)點(diǎn)上，讀取塔尺讀數(shù)來(lái)校核視線高，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表4-1。隧道名稱(chēng)隧道序號(hào)豎直角j斜距d偏差pc備注°mcm檢查項(xiàng)目初期支護(hù)1直墻4.9611.1直墻部分記錄平距減設(shè)計(jì)寬里程樁號(hào)sk309+060261-27-075.3796.9設(shè)計(jì)高程s986.01345-29-525.6796.5測(cè)站高程g985.416427-0

31、9-416.0736.8儀器高y1.488512-12-056.3734.45.9米半徑加0.05米考慮預(yù)留變形量半徑r5.956357-49-516.6341.3圖示橫斷位置l6.117343-59-176.870.7容許偏差及要求不小于設(shè)計(jì)8327-18-327.1335.9測(cè)站在中線以下不填9312-37-287.2134.6測(cè)站平面坐標(biāo)10300-58-047.2810.6x56.37511294-52-307.29914.6y490.14112直墻6.9833.3方位角101-34-33表4-1隧道斷面測(cè)量記錄表4.1.3測(cè)量數(shù)據(jù)處理為了與casio系列可編程計(jì)算器編程使用符號(hào)一致，

32、部分符號(hào)按漢語(yǔ)拼音首位為代碼，并啟用“軸交點(diǎn)”一詞（含義見(jiàn)后）。1） fx-4500計(jì)算器計(jì)算斷面測(cè)量程序程序名：sddm（隧道斷面-1）l1 lb1 0l2j,dl3 norm:t=j/10000l4 i=intt+int(fract×100)/60+frac(fract×100)/36l5 h=g+y+rec(d,i)l6 b=10+l+n×wl7 o=s-4.11×0.02+1.69l8 c=(poi(b-15.11,h-o)-r)×100:fix1:“pc=”l9 goto 0其中：g為測(cè)站地面高程，y為儀器高，j為觀測(cè)的豎直角，d為斜

33、距，l為線路中線至測(cè)站的距離，s為線路中線設(shè)計(jì)高程，r為半徑，h為實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)，b為實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)，o為圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)，c為實(shí)測(cè)偏差（輸出用pc=表示），it為計(jì)算過(guò)程對(duì)j的替換，n為修正符（當(dāng)儀器不是置在中線上，且各種原因引起測(cè)量的豎直角讀數(shù)，線路中線一側(cè)不是270360度，線路邊線一側(cè)不是090度時(shí)，計(jì)算結(jié)果偏差超常，無(wú)需重測(cè)，輸“-1”修正即可。其他情況輸入“+1”，測(cè)站不能設(shè)在隧道中線時(shí)，測(cè)站至隧道中線的距離盡可能大于1米為宜）。角度輸入，如203°2312輸入2032312，如66°0318輸入660318，如0°010輸入10即可。其它輸入單位均為米，輸

34、出單位為厘米。本程序僅適用于單心圓隧道斷面測(cè)量，如遇多心圓隧道，可根據(jù)實(shí)測(cè)的橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)，用判斷語(yǔ)句確定采用不同的半徑和設(shè)計(jì)坐標(biāo)，只需對(duì)程序適當(dāng)調(diào)整。2）計(jì)算軸交點(diǎn)坐標(biāo)軸交點(diǎn)即儀器中心點(diǎn)，其縱坐標(biāo)等于測(cè)站地面高程加儀器高；軸交點(diǎn)橫坐標(biāo)等于1米加線路中心至測(cè)站的距離。3）計(jì)算所測(cè)斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)實(shí)測(cè)各點(diǎn)縱坐標(biāo)等于軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)加豎直角的余弦乘斜距，實(shí)測(cè)各點(diǎn)橫坐標(biāo)等于軸交點(diǎn)橫坐標(biāo)加豎直角的正弦乘斜距，用下式表示：（4-3）式中：h為實(shí)測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)，g為測(cè)站地面高程，y為儀器高，i為觀測(cè)的豎直角j，計(jì)算過(guò)程中，程序用i對(duì)j進(jìn)行了替換，d為斜距，b為實(shí)測(cè)點(diǎn)橫坐標(biāo)，l為線路中線至測(cè)站的距離。4）計(jì)算所測(cè)

35、斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)偏差實(shí)測(cè)偏差等于斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)與圓心處的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，進(jìn)行坐標(biāo)反算，求得測(cè)點(diǎn)至圓心的距離為實(shí)際半徑減設(shè)計(jì)半徑。（設(shè)計(jì)半徑按不同工序分別計(jì)算，如開(kāi)挖、初期支護(hù)、臺(tái)車(chē)、二襯等，并考慮預(yù)留量。）（4-4）式中：c為實(shí)測(cè)偏差（輸出用pc=表示），b為實(shí)測(cè)點(diǎn)橫坐標(biāo)，h為實(shí)測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)，h0為圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)，為圓心處的設(shè)計(jì)橫坐標(biāo)，r為設(shè)計(jì)半徑。4.2三維坐標(biāo)段落測(cè)量法在隧道施工斷面測(cè)量工作中，無(wú)論采用隧道斷面儀，還是采用全站儀配隧道斷面測(cè)量軟件來(lái)完成，一般用測(cè)量一個(gè)斷面來(lái)代表一個(gè)段落，這有一定的片面性，在隧道開(kāi)挖斷面測(cè)量工作中，其缺點(diǎn)極為明顯。若采用三維坐標(biāo)段落測(cè)量法進(jìn)行隧道測(cè)量，可全面反

36、映整個(gè)段落任意樁號(hào)各個(gè)點(diǎn)的超欠挖情況。4.2.1數(shù)據(jù)采集儀器置于任意點(diǎn)（做自由設(shè)站）或?qū)Ь€點(diǎn)上，有針對(duì)性地對(duì)一個(gè)段落的特征點(diǎn)或任意點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記錄特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)（x、y、z）。4.2.2確定測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的里程與距路線中線的距離測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的里程和理論橫向支距的計(jì)算和與隧道斷面形狀有關(guān)，斷面形狀不同，其計(jì)算公式略有不同。由于隧道斷面形狀較多，但都是由圓曲線、緩和曲線和直線組成，下面以圓曲線、緩和曲線和直線斷面為例推導(dǎo)計(jì)算公式。1）圓曲線斷面測(cè)量如圖4-2所示，在圓曲線上選任意點(diǎn)b，為起算里程，測(cè)站點(diǎn)為a，根據(jù)坐標(biāo)反算分別求得，a點(diǎn)和b點(diǎn)到圓心o的距離和坐標(biāo)方位角，再計(jì)算兩方位角之差即根據(jù)圓心角計(jì)算曲線

37、長(zhǎng)l，b點(diǎn)里程加l等于c點(diǎn)里程，半徑減測(cè)站a點(diǎn)至圓心的距離等于測(cè)站a至中線距離，l由式（5）求得，式中l(wèi)為弧長(zhǎng)；r為半徑；為圓心夾角。（4-5）2）緩和曲線斷面測(cè)量 圖4-2圓曲線 圖4-3緩和曲線 如圖4-3所示，在緩和曲線上求任意點(diǎn)的法線方向十分簡(jiǎn)單，但要求測(cè)站要對(duì)應(yīng)那個(gè)樁號(hào)法線上的點(diǎn)，相當(dāng)復(fù)雜。采用近似法，完全能滿足測(cè)量精度要求，在測(cè)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，計(jì)算公式見(jiàn)直線數(shù)據(jù)。3）直線斷面測(cè)量如圖4-4所示，在直線段上選任意點(diǎn)b作為起算點(diǎn)，已知直線段方位角bc，用坐標(biāo)法反算求得直線ba方位角，通過(guò)兩方位角之差，和直線ba的距離解直角

38、三角形可得bc距離l和ac的距離b，見(jiàn)式（6），b點(diǎn)的樁號(hào)加l等于測(cè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的樁號(hào)。（4-6）圖4-4直線4.3數(shù)據(jù)分析根據(jù)測(cè)點(diǎn)的樁號(hào)計(jì)算線路的設(shè)計(jì)高程，通過(guò)線路的設(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)高程和線路中線到隧道圓心的距離。經(jīng)計(jì)算已知隧道圓心的設(shè)計(jì)高程和線路中線到隧道圓心的距離；經(jīng)測(cè)量已知測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)高程和測(cè)點(diǎn)至線路中線的距離。無(wú)論是哪一種線型，在casio系列可編程計(jì)算器，如fx-4500的幫助下，都可以采用漸進(jìn)法編程解決，看似復(fù)雜的方法變得非常簡(jiǎn)便。程序名：sddm（隧道斷面-2）l1 lbl 0：l2de：prog xh：progljyd：l3g：c=(poi(15.11-

39、b-10,g-z-1.6)-o“r”)×100:fix1:“pc=”l4 goto 0式中：xh為子程序循環(huán)，ljyd為子程序路徑引導(dǎo)（子程序另文專(zhuān)述），de為測(cè)點(diǎn)大地坐標(biāo)，b+10為測(cè)點(diǎn)橫坐標(biāo)，g為測(cè)點(diǎn)高程，z+1.6為圓心高程，r為隧道半徑，c為實(shí)測(cè)偏差（輸出用pc=表示）。第五章 隧道變形監(jiān)測(cè)技術(shù)5.1概述在隧道施工中,支護(hù)系統(tǒng)與圍巖之間呈現(xiàn)出錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系,這種關(guān)系并不能僅僅用“荷載結(jié)構(gòu)物”這樣一種力學(xué)模型加以概括。因此,在采用新奧法施工時(shí),施工中對(duì)圍巖應(yīng)力調(diào)整過(guò)程和圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常必要的。許多隧道開(kāi)挖的經(jīng)驗(yàn)表明,施工監(jiān)測(cè)是確定隧道的開(kāi)挖方法,合理的二次支護(hù)施作時(shí)間

40、和進(jìn)行信息化施工防止隧道坍塌的重要手段。隧道周邊的位移是圍巖與支護(hù)系統(tǒng)力學(xué)形態(tài)變化最直接最明顯的反應(yīng),易于建立一些準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的反饋。傳統(tǒng)的隧道變形監(jiān)測(cè),一般采用鋼尺式收斂計(jì)和掛鋼尺抄平等接觸方式進(jìn)行,該方法具有成本低、操作簡(jiǎn)單和適應(yīng)惡劣施工環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。但這種接觸法一般無(wú)法進(jìn)行三維觀測(cè),當(dāng)要了解隧道周邊點(diǎn)的三維變化時(shí),上述傳統(tǒng)方法顯得無(wú)能為力。隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,西部山區(qū)將有越來(lái)越多的大跨度隧道的修建,跨度的不斷增加使傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法具有明顯的局限性,如掛尺困難,測(cè)量精度下降等問(wèn)題。于是就提出了隧道變形監(jiān)測(cè)新技術(shù)非接觸三維觀測(cè)(無(wú)尺量測(cè))的研究。無(wú)尺量測(cè)技術(shù)在日本、瑞士等國(guó)已經(jīng)應(yīng)

41、用于地下工程的凈空位移量測(cè)中。實(shí)現(xiàn)的方法大致有三種;一是以多臺(tái)電子經(jīng)緯儀為主要設(shè)備的三維解析測(cè)量;二是以全站儀為主要設(shè)備的三維變形量測(cè);三是以近景攝影機(jī)為主要設(shè)備的近景變形量測(cè)。目前,利用全站儀作為主要設(shè)備的隧道凈空三維觀測(cè)方法是主要發(fā)展方向。5.2無(wú)尺量測(cè)系統(tǒng)5.2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介無(wú)尺監(jiān)測(cè)系統(tǒng),是在國(guó)際流行的極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,結(jié)合隧道局科研所與leica成都公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的機(jī)載軟件和數(shù)據(jù)分析(該軟件能對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)、抗差、平差處理)基礎(chǔ)上,對(duì)隧道凈空變形進(jìn)行有效、快速監(jiān)測(cè)的測(cè)量系統(tǒng)。5.2.2 全站儀選型及其配套設(shè)備為了滿足隧道變形監(jiān)測(cè)的需要,全站儀的精度應(yīng)達(dá)到±1,分辨

42、力達(dá)到0.1,而測(cè)距精度為1+1ppm,分辨力達(dá)到0.1mm。這樣對(duì)于幾十米長(zhǎng)的隧道范圍內(nèi)觀測(cè)點(diǎn),其定位精度用12測(cè)回可達(dá)10-1mm級(jí)。也可采用測(cè)角精度為2,測(cè)距精度為2+2ppm的全站儀,但要達(dá)到1mm的定位精度,須增加測(cè)回?cái)?shù)。經(jīng)過(guò)廣泛的資料查詢和調(diào)研工作,適用于隧道變形監(jiān)測(cè)的全站儀主要有以下幾種,如表5-1。類(lèi)型tc2003tc1800/tca1800net2100測(cè)距精度1+1ppm1+2ppm1+1ppm測(cè)角精度0.512機(jī)帶電池工作時(shí)間7600次7600次2小時(shí)抗環(huán)境干擾能力七級(jí)密封、防水、防塵七級(jí)密封、防水、防塵二級(jí)密封、防水、防塵操作方便性方便方便方便控制及應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境機(jī)載

43、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言提供用戶指令機(jī)載開(kāi)發(fā)語(yǔ)言提供用戶指令無(wú)行業(yè)評(píng)價(jià)精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格高精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格較高精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格較高目前應(yīng)用領(lǐng)域隧道變形監(jiān)測(cè)和大壩變形監(jiān)測(cè)等隧道變形監(jiān)測(cè)和大壩變形監(jiān)測(cè)等大壩變形監(jiān)測(cè)基本配置價(jià)格（參考價(jià)）448.000萬(wàn)元195.000萬(wàn)元228.950萬(wàn)元表5-1 高精度全站儀技術(shù)參數(shù)表經(jīng)過(guò)認(rèn)真比較,以選擇徠卡tc2003全站儀進(jìn)行隧道三維變形監(jiān)測(cè)較好,精度和性能方面均能滿足隧道變形監(jiān)測(cè)的需要,但價(jià)格很高。徠卡tc1800全站儀,精度稍差,結(jié)合合理的監(jiān)測(cè)方法和抗差技術(shù)可以達(dá)到滿意的測(cè)量精度。索佳net2100全站儀具有與徠卡tc1800同等的精度。與徠卡全站儀配合

44、使用的徠卡反射片,是一種具有回復(fù)反射性能的反射膜片,反射膜片由丙烯酸脂制成,背部為不干膠,厚度為0.28mm,呈銀灰色,大小可根據(jù)測(cè)距選擇。測(cè)量中常使用的反射片的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表5-2。反射片大?。╩m）測(cè)量范圍（m）精度20202-403mm404020-1003mm606060-803mm表5-2 反射片技術(shù)參數(shù)表 leica反射片最大測(cè)距可達(dá)180m,當(dāng)視線與反射片垂直時(shí),不會(huì)降低測(cè)距精度,當(dāng)反射片45°放置時(shí),測(cè)量精度為±3.0mm,在兩個(gè)位置觀測(cè)時(shí),精度還會(huì)提高。5.3 測(cè)量方法原理5.3.1 自由設(shè)站方法的原理全站儀自由設(shè)站三維觀測(cè),指的是從任一測(cè)站上觀測(cè)若干已知點(diǎn)

45、(基準(zhǔn)點(diǎn))的方向與距離,通過(guò)坐標(biāo)變換(或按最小二乘法)算出該測(cè)站上儀器中心的坐標(biāo)及真北方向,然后以此測(cè)出其觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。自由測(cè)站原理如圖5-1。leicatc1800全站儀機(jī)載有自由測(cè)站程序,該程序最多可利用10個(gè)照點(diǎn)的觀測(cè)值來(lái)推求測(cè)站點(diǎn)的3維坐標(biāo)及定向值,給出其精度并能將定向值和測(cè)站坐標(biāo)設(shè)置儀器中,可進(jìn)一步觀測(cè)其它變形點(diǎn),經(jīng)坐標(biāo)變換得測(cè)點(diǎn)在直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo),其原理如圖5-2所示。 圖5-1自由測(cè)站原理 圖5-2 三維坐標(biāo)原理圖a是任意一觀測(cè)點(diǎn)。假設(shè):儀器中心點(diǎn)o的坐標(biāo) ()(由自由設(shè)站法測(cè)得),設(shè)全站儀測(cè)得距a點(diǎn)平距、方位角、高差,則a的坐標(biāo):（5-1）這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可任意放置儀器,

46、儀器操作比較方便,但測(cè)站點(diǎn)的定位精度不易保證,從而影響最終觀測(cè)點(diǎn)的精度,且多個(gè)后視基準(zhǔn)點(diǎn)在隧道這種狹長(zhǎng)的空間比較難以確定。5.3.2 固定測(cè)站法原理如圖5-3所示:a是任意一觀測(cè)點(diǎn)。設(shè)儀器架固定點(diǎn)o,o點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0,0),儀器高為h;準(zhǔn)點(diǎn)jp在y軸正半軸。設(shè)全站儀測(cè)得距a點(diǎn)平距、方位角、高差。則a點(diǎn)空間三維坐標(biāo)為: （5-2）這種方法的優(yōu)點(diǎn)是后視基準(zhǔn)點(diǎn)只需一點(diǎn),定向比較方便 準(zhǔn)確。但每次測(cè)量要求儀器對(duì)中和測(cè)量?jī)x器高其精度直接影響觀測(cè)點(diǎn)精度,而且固定點(diǎn)需要保護(hù)。 圖5-3 固定測(cè)站法原理圖5.4 軟件開(kāi)發(fā)5.4.1 機(jī)載程序1） 自由設(shè)站程序,測(cè)得測(cè)站坐標(biāo)與真北方向,給出測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)的精度

47、,并能進(jìn)行平差處理。對(duì)觀測(cè)點(diǎn)采用多測(cè)回觀測(cè)(測(cè)回?cái)?shù)由精度要求反算確定)。并引入穩(wěn)健估計(jì)理論進(jìn)行抗差處理,以滿足精度要求。2） 固定測(cè)站程序。假設(shè)測(cè)站坐標(biāo)為(0,0,0)并假設(shè)一后視方向?yàn)檎姹狈较?。同樣?duì)測(cè)點(diǎn)采用多測(cè)回觀測(cè)(測(cè)回?cái)?shù)由精度要求反算確定)。并引入穩(wěn)建估計(jì)理論進(jìn)行抗差處理,以滿足精度要求。5.4.2 數(shù)據(jù)分析程序1）具有標(biāo)準(zhǔn)windows界面;2) 具有自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸功能;3) 能建立測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)和生成分析數(shù)據(jù)庫(kù);4）能生成日?qǐng)?bào)文件,同一測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)文件;5）能繪同一測(cè)點(diǎn)的變形曲線圖,變形速度曲線圖等;6）對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,繪出回歸方程的圖形,并給出其信度。7）該軟件與其它軟件具有良好的兼容性。第六章 結(jié)束語(yǔ)本文