隧道斷面的測量方法

1、隧道斷面的測量方法內(nèi)容提要 ： 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(hào)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。

2、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?；◣资f買一臺(tái)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(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)分析可用臺(tái)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(duì)工程作業(yè)時(shí)間影響最小。本文將對(duì)這種方便、快捷的測量和計(jì)算方法進(jìn)行分析與介紹。隧道斷面單點(diǎn)測量耗時(shí)比較表 表 1序號(hào)儀器型號(hào)配套設(shè)備外業(yè)平均用時(shí)（ min ）內(nèi)業(yè)平均用時(shí)（

3、 min ）1天寶筆記本電腦及隧道斷面軟件2562徠卡臺(tái)式電腦及隧道斷面軟件853徠卡臺(tái)式電腦及隧道斷面軟件6.574徠卡CASIO FX4500 計(jì)算器501.極坐標(biāo)斷面測量法 1.1 極坐標(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 H 表示；水平方向（距線路中線的距離）為橫軸，用 B 表示。圖 1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，加圓心至路面的高度。用公式（ 1-1 ）表示。O=S-bi+h 4.110.02+1.69 （ 1-1 ）圓心橫坐標(biāo)等于 m （假定線路中心橫坐標(biāo)為米）。加線路中心至隧道中心的距離。1.2 數(shù)據(jù)采集 ： 1.2.1 待測

4、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、線路中線至待測斷面站點(diǎn)的距離等。1.2.2 斷面測量儀器置于待測斷面， ( 豎直度盤定天頂方向?yàn)?0 度，順時(shí)針注記 ) 望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)另一導(dǎo)線點(diǎn)或中線點(diǎn)定向后，轉(zhuǎn)儀器正鏡瞄準(zhǔn)線路邊線法線方向，也就是保證測量的豎直角讀數(shù)，線路中線一側(cè)為 270-360 度，線路邊線一側(cè)為 0-90 度。記錄儀器高、觀測的豎直角、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，豎直度盤調(diào)至度或度，置水準(zhǔn)尺于水準(zhǔn)點(diǎn)上，讀取塔尺讀數(shù)來校核視線高。測量數(shù)據(jù)記錄于表2隧道斷面測量記錄表2隧道名稱序號(hào)豎直角J斜距D偏差PC

5、備注mcm檢查項(xiàng)目初期支護(hù)1直墻4.9611.1里程D0+060261-27-075.3796.9設(shè)計(jì)高程S986.01345-29-525.6796.5測站高程G985.416427-09-416.0736.8儀器高Y1.488512-12-056.3734.4半徑R5.956357-49-516.6341.3橫斷位置L6.117343-59-176.8700.7允許偏差及要求不小于設(shè)計(jì)8327-18-327.1335.9測站在中線以下不填9312-37-287.2134.6測站平面坐標(biāo)10300-58-047.28010.6X56433.37511294-52-307.29914.6Y.1

6、4112直墻6.9833.3斷面方位角101-34-331.3 測量數(shù)據(jù)處理 為了與 CASIO 系列可編程計(jì)算器編程使用附號(hào)一致，部分附號(hào)按漢語拼音首位為代碼，并啟用“軸交點(diǎn)”一詞 。 FX 4500 斷 面測量計(jì)算程序如下：程序名 ： SDDM( 隧道斷面 -1)L1 Lb1 0L2 J,DL3 Norm:T=J/10000L4 I=IntT+Int(fracT100)/60+frac(fracT100)/36L5 H=G+Y+Rec(D,I)L6 B=10+L+NWL7 O =S-4.110.02+1.69L8 C=(poI(B-15.11,H- O )-R)100:Fix1: “ Pc

7、=” L9 Goto 0G- 測站地面高程Y- 儀器高J- 觀測的豎直角D- 斜距L- 線路中線至測站的距離S- 線路中線設(shè)計(jì)高程R- 半徑H- 實(shí)測縱坐標(biāo)B- 實(shí)測橫坐標(biāo)O- 圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)C- 實(shí)測偏差（輸出用 pc= 表示）I-T 為計(jì)算過程對(duì) J 的替換N- 修正符 ( 當(dāng)儀器不是置在中線上，且各種原因引起測量的豎直角讀數(shù)，線路中線一側(cè)不是 270-360 度，線路邊線一側(cè)不是 0-90 度時(shí)，計(jì)算結(jié)果偏差超常，無需重測，輸“ -1 ” 修正即可。其它情況輸入“ + 1 ”，測站不能設(shè)在隧道中線時(shí)，測站至隧道中線的距離盡可能大于一米)角度輸入，如 203 23 12 輸入 66 0

8、3 18 輸入 0 0 10 輸入 10 即可。其它輸入單位均為 m ，輸出單位為 cm 。本程序僅適用于單心圓隧道斷面測量，如遇多心圓隧道，可根據(jù)實(shí)測的橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)，用判斷語句確定采用不同的半經(jīng)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)，只需對(duì)程序適作調(diào)整。1.3.1 計(jì)算 軸交點(diǎn) 坐標(biāo) 軸交點(diǎn)縱坐標(biāo) 等于 測站地面高程加儀器高；軸交點(diǎn)橫坐標(biāo) 等于 加線路中心至測站的距離。1.3.2 計(jì)算所測斷面各點(diǎn)的實(shí)測坐標(biāo) 實(shí)測縱坐標(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：H=G+Y+cosID （ 1-2 ）B= L+SinID （ 1-2 ）式中 H 實(shí)測

9、縱坐標(biāo)G 測站地面高程Y- 儀器高I- 觀測的豎直角 J ，計(jì)算過程中，程序用 I 對(duì) J 進(jìn)行了替換D 斜距B 實(shí)測橫坐標(biāo)L- 線路中線至測站的距離1.3.3 計(jì)算所測斷面各點(diǎn)的實(shí)測偏差 實(shí)測偏差等于斷面各點(diǎn)的實(shí)測坐標(biāo)與圓心處的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，進(jìn)行坐標(biāo)反算，求得測點(diǎn)至圓心的距離 - 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 , 如開挖、初期支護(hù)、臺(tái)車、二襯等。并考慮預(yù)留量 )C= ( （ B-15.11 ） + (H-O) )-R (1 3)式中 C 實(shí)測偏差（輸出用 pc= 表示）B 實(shí)測橫坐標(biāo)H 實(shí)測縱坐標(biāo)O 圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)R 設(shè)計(jì) 半徑15.11- 圓心處的設(shè)計(jì)橫坐標(biāo)2. 三

10、維坐標(biāo)段落測量法 在隧道施工斷面測量工作中，無論采用隧道斷面儀，還是采用全站儀配隧道斷面測量軟件來完成，一般用測量一個(gè)斷面來代表一個(gè)段落，用一個(gè)斷面代表一個(gè)段落，有一定的片面性，在隧道開挖斷面測量工作中，其缺點(diǎn)極為明顯。若采用三維坐標(biāo)段落測量法進(jìn)行隧道測量，可全面反映整個(gè)段落任意樁號(hào)各個(gè)點(diǎn)的超欠挖情況。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)性的對(duì)一個(gè)段落的特征點(diǎn)或任意點(diǎn)進(jìn)行測量，記錄 x 、 y 、 z 三維坐標(biāo)。2.2 確定測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的里程與距路線中線的距離 2.2.1 圓曲線 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 ，

11、到圓心 O 的距離和方位角，兩方位角之差（ OAOB = ）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 所示。 L 由公式 21 求得。L= r /180 (2-1)式中 L 弧長r 半徑 圓心夾角 圖2 圖3 圖42.2.2 緩和曲線 在緩和曲線上求任意點(diǎn)的法線方向十分簡單，但要求測站要對(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。2.2.3 直線 在直線段上選任意點(diǎn) B 作為起算點(diǎn)，

12、已知直線段方位角 BC ，用坐標(biāo)法反算求得 BA 方位角，通過兩方位角之差，和 BA 的距離解直角三角形可得 BC 距離 L 和 AC 的距離 b 。 B 點(diǎn)的樁號(hào)加 L 等于測站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的樁號(hào)。測量參數(shù)圖4 。b=ABSin （ 2-2 ）L= ABCos （ 2-2 ）2.3 數(shù)據(jù)分析 根據(jù)測點(diǎn)的樁號(hào)計(jì)算線路的設(shè)計(jì)高程，通過線路的設(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； 線路中線到 隧道圓心 的距離；經(jīng)測量已知測點(diǎn) 的實(shí)測高程； 測點(diǎn)至線路中線的距離。按 (1-3) 式 計(jì)算即可。 無論是那一種線型，在 CASIO 系

13、列可編程計(jì)算器，如 FX4500 的幫助下，都可以采用漸進(jìn)法編程 ( 另文專述 ) 解決?？此茝?fù)雜的方法，變得非常簡便。程序名 ： SDDM ( 隧道斷面 -2 )L1 Lbl 0 ：L2 DE ： prog XH ： progLJYD ：L3 G ： C=(poI(15.11-B-10,G-Z-1.6)- O “ R ” )100:Fix1: “ Pc=” L4 Goto 0式中XH 子程序循環(huán) LJYD ：子程序路徑引導(dǎo) ( 子程序 另文專述 )D E 測點(diǎn)大地坐標(biāo) B+10 測點(diǎn)橫坐標(biāo)G 測點(diǎn)高程 Z+1.6 圓心 高程R 隧道半徑 C 實(shí)測偏差（輸出用 pc= 表示）三維坐標(biāo)段落法 隧道斷面測量表 3隧道名稱檢查項(xiàng)目初期支護(hù)圓心橫坐標(biāo)隧道半徑樁 號(hào)大地坐標(biāo) X大地坐標(biāo) Y實(shí)測 高程圓心 高程實(shí)測橫坐標(biāo)實(shí)測偏差3 .結(jié)語極坐標(biāo)斷面測量法在隧道施工斷面測量中，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)果可直接顯示偏差。是隧道斷面測量工作可選用方法之一。比較適用于隧道的初期支護(hù)、二襯的斷面測量，尤其適用于臺(tái)車就位調(diào)試工作，能邊