鐵路隧道施工放樣

1、參評論文鐵路隧道施工放樣隧道施工放樣敖晨軍中鐵二十一局集團第五工程公司摘要：根據(jù)常見鐵路隧道，從邊仰坡開挖放樣、開挖斷面放樣、鋼架放樣、襯砌放樣逐次介紹計算過程或方法。結合線路計算方法和隧道放樣特點計算隧道未知里程和偏距，再應用卡西歐4800 計算器編程語言編寫平面計算程序。關鍵詞：邊仰坡、斷面、鋼架、襯砌、程序。1隧道施工放樣分類隧道施工放樣大體為洞口邊仰坡放樣、開挖斷面放樣、鋼架放樣（有鋼架的）、襯砌放樣。其中邊仰坡放樣是一次性或1 到 3 次進行完畢，以后不再繼續(xù)的工作。而開挖斷面放樣、鋼架放樣、襯砌放樣則是重復進行的工作，前兩項工作任務尤為頻繁，所以有必要用更為方便快捷的方法進行放樣。

2、在這里著重分析前兩項放樣的方法。2隧道施工放樣理論知識作為測量人員應從理論上徹底理解放樣的理論知識，有了理論知識才能適應變化的施工環(huán)境，以不變應萬變。2.1 洞口邊仰坡放樣洞口仰坡與路塹邊坡的連接，有方角式和圓角式。方角式易于施工，但開挖數(shù)量大，土質(zhì)坡易受雨水沖刷；圓角式施工較難，但開挖數(shù)量小，受雨水沖刷也較小，所以隧道理論上普遍采用圓角式開挖，實際石質(zhì)采用人工鉆爆開挖；土質(zhì)采用挖掘機開挖，很難形成圓角，所以實際上大部分都為方角式開挖，這里就方角式開挖作為介紹內(nèi)容。（ 1 ）、方角式開挖計算方角式開挖示意圖專業(yè)資料參數(shù)說明：1： m 為仰坡坡度，坡度線垂直于洞門斷面方向；1： nL 為左邊坡坡

3、度，坡度線垂直于線路方向；1： nR 為右邊坡坡度，坡度線垂直于線路方向；1:M 為左邊坡與仰坡交線坡度；1:N 為右邊坡與仰坡交線坡度；a 和 b 分別為左右交線與線路方向夾角；c 為洞門方向與線路方向夾角。計算過程根據(jù)以上已知參數(shù)計算出交線的坡度，以線左為例計算。第一，首先要了解以下平面投影。假設邊仰坡坡線及交線都從同一個高程面，即以C 點所在高程面向下投影到C 點高程面，投影及投影前情況如下立體圖所示。高程差假設為1,則平面ABCD 上， BCn L ； CDm ； FCM 。求 a 和 M 。GCO90、 GCEECDECD90c.(2)又 CD m.(3)ED、msin(90 c)

4、m cosc CE平行四邊形 FBCD .(5)FDBC nL .(6)(4)和 (6).(7)GCD 、GCEc.(1)mcos(90c)msin c.(4)FEFDEDn L m cosc.(8)(4)和 (8)、FEC90 .(9)aFCEarc tan(n Lmcosc ).(10)msin c又CE、CEF90、（ ）msin c10 .(11)Mmsin c .(12)cosa專業(yè)資料同樣方法 bn Lmcoscmsin carctan(msin c);Ncosb根據(jù)以上計算整理如下：aarctan(n Lmcosc )； barc tan(n Rmcosc)msin cmsin

5、cMmsin c ； Nmsin ccosacosb當洞門為正交洞門時，c90 、 sin c1、cosc0 ,于是an L) ； bn R)arctan(arctan(mmMm ； Nmcosacosb當為正交洞門，且兩側邊坡坡率相等。即nLnR ,則 M=N, 即左右兩側對稱。當正交洞門變仰坡坡率相等時，側交線與線路中線水平夾角為45 ，交線的坡度為1： 2邊（仰）坡坡率。2.2 開挖斷面放樣目前隧道開挖大部分采用傳統(tǒng)的人工鉆眼之后爆破的方法（土質(zhì)隧道則機械和人工配合開挖），現(xiàn)分別以最為普遍的雙線隧道和單線隧道開挖為例進行理論計算。開挖放樣主要內(nèi)容為開挖輪廓線放樣，輪廓線放樣就是將理論的輪

6、廓線在隧道開挖斷面上按一定的密度點出，以便定位周邊眼或確定土體開挖邊線。首先了解以下投影方面知識?，F(xiàn)在用一個標準斷面為正方形的開挖斷面模擬隧道斷面，C 斷面為暴露出來的新鮮斷面，開挖輪廓線 1 19 特征點號為不太規(guī)整的方形，點號里程也有差別。在放樣時，有些點為欠挖（比標準斷面?。?，有些點為超挖（比標準斷面大） ，斷面處只能正確的點出正合適和超挖點，而欠挖點只能在附近標示欠挖程度，以便開鉆時掌握好鉆桿角度。放樣點位里程都有所不一同，以至每個點所在斷面（這個斷面與線路方向垂直）里程不一致，這就需要在放樣計算時知道每一個放樣專業(yè)資料點里程，在后續(xù)第3 章詳細介紹計算方法。輪廓放樣就是尋求實際測點與

7、理論點間距離，進而找到理論點。雙線隧道開挖斷面放樣圖中所示角度和距離標注為襯砌參考圖中給出或簡單推到所得，這里作為已知數(shù)據(jù)來考慮。開挖斷面共分4 層計算，層與層之間通過高程來區(qū)分，即一層在H H g h 范圍；二層H g j H H gh范圍；三層 H g i H H g j 范圍；四層 HH g i 范圍。雙線隧道圓部分采用理論半徑與實際半徑相比較，算出超欠挖數(shù)值；直線部分采用理論偏距與實際偏距相比較，算出超欠挖數(shù)值。(1) 一層 HH gh 范圍計算測點在線路左側測點 A 高程 H;實際實際 Rz ；理論半徑R1 ; 在高程 H 處實際偏距BZ （左負，右正） 。超欠數(shù)值 RZR1.（ +

8、 超； -欠）圓心以上： Rz( H (H g g) 22Bz專業(yè)資料圓心以下： Rz( H gg)H ) 2Bz2以上兩式內(nèi)部經(jīng)平方后相等，所以統(tǒng)一用下式表示。超欠數(shù)值 =( H(H gg) 22R1Bz測點在線路右側測點 A 高程 H;實際 Rz ；理論半徑 R1 ;在高程 H 處實際偏距 B y （左負，右正） 。超欠數(shù)值RyR1.（ +超； -欠）圓心以上： Ry( H(H gg) 2By2圓心以下： Ry( H gg)H )2By2以上兩式內(nèi)部經(jīng)平方后相等，所以統(tǒng)一用下式表示。超欠數(shù)值 =( H(H gg) 22R1By總上、， Bz 和 B y 均為實測偏距B(這里偏距正負對超欠數(shù)

9、值大小無影響) ，不管左右側超欠數(shù)值 = R1(H ( H gg ) 2B2.（ +超； -欠）。R1（2 ）二層 H gjHH gh 范圍計算測點在線路左側測點 A 高程 H;在高程 H 處實際偏距Bz （左負，右正） 。超欠數(shù)值 =BzB.（ + 超； -欠） (1)B BJf.(2)2EGF 和 EJB 中運用等比例BJEJ(3)FGEGFG FHf.(4)2FHR2( gh)2(5)(5) 代入（ 4 ）得 FGR2(g h)2 f(6)2專業(yè)資料EJH(H g j ).(7)EGhj.(8)(6) 、（ 7 ）、（ 8 ）代入（ 3）中得H (H gj )2(g h) 2f )(9)

10、BJ( Rh j2(9) 代入（ 2 ）中得B= H (H g j )( R2(g h)2f )f(10)h j22(10) 代入（ 1）中得H( H g j )(R2(gh)2ff （ +超； -欠）超欠數(shù)值 = BZhj)22測點在線路右側同理測點在線路右側，超欠數(shù)值與左側相同?？偵?、，超欠數(shù)值= BH(H gj )(R2(g h)2 f )f （ +超； -欠）。zhj22（3 ）三層 H g iHH gj 范圍計算測點在線路左側測點 A 高程 H;實際 Rz ；理論半徑 R3 ;在高程 H 處實際偏距B Z （左負，右正） 。多兩項已知或推導參數(shù)m 和 k。超欠數(shù)值 = RZR3.（

11、+超； -欠）Rz （ Bz m) 2( H gk - H) 2超欠數(shù)值 = （ Bzm) 2(H g k - H) 2R3.（+ 超； -欠）測點在線路右側同理測點在線路左側，超欠數(shù)值與左側相同?？偵?、，超欠數(shù)值 = （ Bzm) 2(H g k - H) 2R3.（ + 超； -欠）。（4 ）四層 H H g i 范圍計算專業(yè)資料測點在線路左側測點 A 高程 H;實際半徑Rz ；理論半徑 R2 ;在高程 H 處實際偏距B Z （左負，右正） 。多兩項已知或推導參數(shù)t 。超欠數(shù)值 = RZR2.（ + 超； - 欠）RzBz2(H gt H ) 2超欠數(shù)值 =B z2(H g t H ) 2

12、R2.（ +超； -欠）測點在線路右側同理測點在線路左側，超欠數(shù)值與左側相同?？偵?、，超欠數(shù)值=Bz2(H gtH ) 2R2.（ +超； -欠。單線隧道開挖斷面放樣專業(yè)資料圖中所示角度和距離標注為襯砌參考圖中給出或簡單推到所得，這里作為已知數(shù)據(jù)來考慮。根據(jù)單線隧道由多個圓組成，且較為復雜，建立直角坐標系，運用直線方程來區(qū)劃。將整個斷面分成 10 個區(qū)段， 1 3 個區(qū)段采用直線方程來區(qū)劃；4、5 區(qū)段用高程區(qū)劃。單線隧道圓部分采用理論半徑與實際半徑相比較，算出超欠挖數(shù)值；直線部分采用理論偏距與實際偏距相比較，算出超欠挖數(shù)值。因左右計算結果相同，這里僅以右側計算，并嚴格按一區(qū)二區(qū)三區(qū)四區(qū)五區(qū)順

13、序進行判斷。根據(jù)已知條件H k1 Bb1 方程式為H(cot) B j e； Hk2 B b2 方程式為H (tan )B he； H k3 Bb3 方程式為 H(tan)Bge 。（1 ）一區(qū)范圍計算測點 C 高程 H;實際半徑 R ；理論半徑 R1 ;在高程 H 處實際偏距 B （左負，右正） 。判斷 C點在一區(qū)。將 B 以絕對值代入，這樣好比1 區(qū)左變換到 1區(qū)右判斷。H (cot ) B j e，則在一區(qū)，若不滿足則進入二區(qū)判斷，根據(jù)雙線隧道同樣的算法得超欠數(shù)值 = (H H g j ) 2B 2R1 （ + 超； -欠）。（2 ）二區(qū)范圍計算如果不滿足一區(qū)要求，則進入二區(qū)判斷。測點C

14、 高程 H;實際 R；理論半徑 R2 ;在高程 H 處實際偏距 B （左負，右正） 。判斷 C 點在二區(qū)。將B 以絕對值代入，這樣好比1 區(qū)左變換到 1區(qū)右判斷。H (tan ) B h e ，則在二區(qū)，若不滿足則進入三區(qū)判斷，根據(jù)雙線隧道同樣的算法得超欠數(shù)值 = (i B ) 2(H H gh) 2R2 （ +超； -欠）。（3 ）三區(qū)范圍計算如果不滿足三區(qū)要求，則進入四區(qū)判斷。測點C 高程 H;在高程 H 處實際偏距 B （左負，右正）。判斷 C 點在四區(qū)。將B 以絕對值代入，這樣好比 1區(qū)左變換到1 區(qū)右判斷。H (tan )B g e，則在三區(qū)，若不滿足則進入四區(qū)判斷，根據(jù)雙線隧道同樣

15、的算法得超欠數(shù)值 =(u B ) 2(H H gw)2R3 （ + 超； - 欠）。（4 ）四區(qū)范圍計算如果不滿足三區(qū)要求，則進入四區(qū)判斷。測點C 高程 H;在高程 H 處實際偏距 B （左負，右正）。判斷 C 點在四區(qū)。將 B 以絕對值代入，這樣好比1 區(qū)左變換到1 區(qū)右判斷。HH gk ，則在四區(qū)，若不滿足則進入五區(qū)，根據(jù)雙線隧道同樣的算法得超欠數(shù)值（HH gK )( d b)b （ + 超； -欠）。= B2v2（5 ）五區(qū)范圍計算專業(yè)資料如果不滿足四區(qū)要求，則進入五區(qū)。測點C 高程 H;在高程 H 處實際偏距 B （左負，右正） 。判斷 C 點在四區(qū)。將B 以絕對值代入，這樣好比1 區(qū)

16、左變換到1 區(qū)右判斷。根據(jù)雙線隧道同樣的算法得超欠數(shù)值=B2(H gzH ) 2R4 （ + 超； - 欠）。2.3 鋼架放樣整環(huán)鋼架有好幾節(jié)組成，根據(jù)開挖方法不同，整環(huán)鋼架分幾次按裝，上臺階鋼架安裝尤為重要，上臺階的安裝精度直接決定下一步的拼接精度。這里有兩種方法放樣，第一種定名為拉線法；第二種為掛線法。經(jīng)實踐證實第一種方法操作簡單工人容易理解；第二種有些抽象，不容理解。拉線法進洞立拱架可以將各個特征點標與開挖斷面，對其拱腳進行平面和高程詳細定位。隨著施工的進展，必須有省時省力的方法進行放樣。（1 ）若巖面較為完整可以在巖面定出比拱腳坡度線高出20 40 的拱架內(nèi)緣點K，在已噴好的邊緣定出與

17、巖面定點同一個坡度線的點L。在立拱架時K 點和 L 點連線緊貼要立拱架內(nèi)緣，再根據(jù)坡線高程反推要立拱架拱腳至連線的高度。里程可根據(jù)K 點和 L 點里程鋼尺量距。至此，鋼架前后、左右、高低全部定位。（2 ）若巖面較為破碎定點不容易保留，則可采取在已經(jīng)噴好的面上安設兩個前后保持一定距離 d 的短鋼筋，要求鋼筋高度保持在拱腳坡度線高出20 40 ，且鋼筋水平安設并在同一個坡度線上。在兩個鋼筋頭上定出同一個偏距的點，并作標記，反算標記點至鋼架內(nèi)緣的距離m 。從兩點引線至要立鋼架，尺量引線至鋼架內(nèi)緣距離，進而定出鋼架左右位置，前后和高低與（1）方法同?？偵?，（ 1 ）方法適用于剛進洞不久立拱架；（ 2

18、）方法適用于進洞20m 左右，此方法用好，不需要每一個循環(huán)放樣，簡便易行， 注意距離d 不能太小， 太小會影響拱架左右和上下拼裝精度。專業(yè)資料測量員作一個現(xiàn)場技術交底，只體現(xiàn)主要控制參數(shù)，以便工人方便使用。掛線法掛線法主要確定其左右位置，高程還要另外確定。在已經(jīng)噴好的面上在中線或節(jié)點處定前后兩個定點，有定點處懸下兩個線錐，在要立鋼架相應位置也懸下線錐，三點連線成直線，則要立鋼架左右位置鎖定。拱架高程另外再確定。上述兩種方法在有曲線時，半徑較大時適用，如果半徑過小，則要計算精度是否滿足要求。2.4 襯砌放樣襯砌放樣就是確定襯砌臺車的平面及高程。在線路中線準備襯砌里程端頭填充或找平層面上定一個點D

19、。計算 D 點至 E 點高度正好滿足臺車定位高程；計算C 點至 D 點高度正好滿足模板腳定位高程。通過水平油缸先確定左右位置，即線錐在中線位置；通過豎向油缸確定高度，保證定點至臺車頂高度h ；通過側向油缸確定邊模左右位置，即保證BCd / 2 ；檢查 BC 連線的水平情況，可用水平尺放于BC 面上檢查。定位順序，到不合適再調(diào)整一側豎向油缸至水平，再進行檢查止到滿足定位位置。3、平面線路計算理論及卡西歐4800 計算器程序編寫3.1 坐標反算里程和偏距專業(yè)資料直線計算已知起算點坐標A(M,N) ；起算點里程Z；線路方向方位角T；待求點坐標D （x,y ）。求出待求點 D 的里程 A 和偏距 B。

20、根據(jù)上圖計算得o=x-M ； p=y-N 。A=Z+ocosT+PsinTB=PsinT-ocosT(右偏為 +, 左偏位 -)圓曲線計算專業(yè)資料已知圓心坐標 O(M,N) ；曲線中點里程 Z；圓心至 QZ 點方位角 T；曲線半徑 R；交點處偏角（左偏 -1 ，右偏 +1 ）；待求點坐標 D（ x,y ）。求出待求點 D 的里程 A 和偏距 B。右偏曲線I( x M ) 2(yN ) 2Jarc tan( yN) 當 J0,則J360xMA( jT ) RZ180BR I.(左-，右 +)左偏曲線I( x M ) 2(yN ) 2Jarc tan( yN) 當 J0,則J360xMA(Tj )

21、 RZ180B I R .(左-，右 +) 緩和曲線計算已知 ZH 或 HZ 點坐標 (M,N) ；ZH 或 HZ 點里程 Z；圓曲線半徑 R；緩和曲線長度 L；ZH 或 HZ點至曲線交點的方位角；交點處偏角（左偏-1 ，右偏 +1 ）；待求點坐標D（ x,y ）。求出待求點D的里程 A 和偏距 B。運用循環(huán)計算， 不斷接近真實值， 在滿足一定精度要求時停止循環(huán)計算，得出值即為所求值。由于篇幅原因這里僅以右偏曲線為例計算。I( xM )2(yN )2Jarctan( yN)當J0,則J 360xMUJ O專業(yè)資料AAIcosUI cosUQAA 、 BI sinU.滿足要求為最終計算結果，不滿

22、足進入下一計算式繼續(xù)計算。C RL：D A ZD L 20 則認為超出緩和曲線長度范圍。VDD 5(40C2) D 9(3456C 4 )WD 3(6C)D 7(336C 3 )D 11(42240C 5 )I( xV )2(yW )2Jarc tan( yN) 當 J0,則J360 。xMPTJOT90D 2(C) MMI cosP N N I sin P 把、數(shù)據(jù)代入最上面計算式，重新計算，止到滿足要求時停止循環(huán)計算。3.2 坐標反算里程偏距卡西歐4800 計算器程序編寫分段程序 (直線、圓曲線、緩和曲線)直線計算程序LBI 0XY ：MNZTXY：Fixm 參數(shù)輸入OXM：PYNAO c

23、osTP sin TZ 里程輸出BP cosTOsin T 偏距輸出專業(yè)資料Goto0說明： M 、 N ：直線起算點坐標（X、 Y）Z:起算點里程T：起算點至交點方位角X、Y：待求點坐標A ：待求點里程B:待求點到中線距離（偏距），左負、右正圓曲線計算程序LBI 0XY ：MNZTRKXY：Fixm. 參數(shù)輸入Ipol（ XM， YN）J0JJ360AZK R（JT)180 里程輸出B K （R I ) .偏距輸出Goto0說明：M 、 N ：圓心坐標X、 YZ:QZ 點里程T：圓心至QZ 點方位角R：圓曲線半徑K： JD 處偏角，左偏取-1 ，右偏取 +1X、 Y：待求點坐標A ：待求點里

24、程B:待求點到中線距離（偏距），左負、右正緩和曲線計算程序LBI 0XY ： MNZSRLTKXY：Fixm.參數(shù)輸入A Z：EM：FN：O TLBI 2： Ipol（ XE，Y N)Ipol（ XM， YN）J0JJ 360UJO專業(yè)資料AASI cosUABS （ I cos U )0.001AA BSI sinUGoto0 VDD 5( 40C2 )D 9(3456C 4 )WD 3(6C） D 7（336C 3)D 11(42240 C 5 )Ipol （V ,W )P T KJ：O T 90KD 2（ C )E M I cosP：F N I sin P LBI 2說明：M、N：ZH

25、點或 HZ 點坐標 X、 YZ: ZH 點或 HZ 點里程S:為 ZH 點或 HZ 點里程R：圓曲線半徑L：緩和曲線長度T： ZH 點或 HZ 點至本曲線JD 點的方位角K：為 JD 點處的偏角確定，左偏取-1 ，右偏取 +1X、 Y：待求點坐標A ：待求點里程B:待求點到中線距離（偏距），左負、右正合并程序 ( 直線緩和曲線圓曲線緩和曲線直線)T FWJ : K Z-,Y+ : RBJ : ZZHLC : M ZHX : N ZHY : LHHQXC Z 1L2L3(240R2 ) :Z 2L224R :Z 3(RZ 2 )cos(Abs( K 2)R :Z 4RAbsK180 L:Z 5Z

26、 1(RZ 2 ) tan( AbsK2) :Z 6 " HYLC"ZLZ 7 "YHLC"Z 6Z 42LZ 8"HZLC"Z 7LZ 9"QZLC"Z 6( Z 42L)2專業(yè)資料V Z 5 cosT : W Z 5 sin TZ 10MVZ 5 cos(TK )Z 11NWZ 5 sin(TK )Z 12MV( Z 3R) cos(TK(KAbsK )(90 AbsK 2)Z 13NW( Z 3R) sin(TK(KAbsK )(90 AbsK 2)LB10 :XYH: XYH : FixmLB11: OX M:PAO cosTP sinTAZ A"LC" ABP cosTO sinTGoto0 Y NZOXZ10 :PYZ 11AO cos(TK )P sin(TK )Z 8AZ 8AA BP cos(TK )O sin(TK ) Goto0 Fixm : IPol ( XZ12,YZ 13J0JJ 360Z 16(TK290cos 1 ( kAbsK )Z 160Z 16360Z 16360Z16 360AZ 9(KAbsK )R(JZ16) 180AZ 6Goto 2AZ 7Goto 5 AA B( KAbsK )( RI ) Goto0