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，采用立面坐標法也能及時為施工提供可靠測量數(shù)據(jù)，準確的指導施工。 三維坐標段落法，只需測量任意位置的三維坐標即可計算其偏差。關鍵詞 : 隧道；斷面；測量；立面坐標法 三維坐標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，如排風不暢，空氣質(zhì)量差，紅外線測量儀器反射信號太弱，往往無法進行測量工作。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，關系到隧道的貫通。為滿足測量工作需要，需選擇關鍵工序工作面污染小的時間，停止一些次要工序 , 提前加大排風來滿足測量工作條件。

2、若測量工作占用時間過長，將直接影響工程進度和經(jīng)濟效益。如何及時、準確的提供測量成果，使用的儀器和方法便成了重要因素。花幾十萬買一臺隧道斷面儀，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。用全站儀進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集后，再對采集的數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)分析可用臺式、便攜電腦，也可用可編程計算器進行?，F(xiàn)將三數(shù)據(jù)分析方法列于表 1, 從表 1 可以看出，采用可編程計算器進行分析，內(nèi)外業(yè)用時最少，測量工作對工程作業(yè)時間影響最小。本文將對這種方便、快捷的測量和計算方法進行分析與介紹。隧道斷面單點測量耗時比較表 表 1序號儀器型號配套設備外業(yè)平均用時（ min ）內(nèi)業(yè)平均用時（

3、 min ）1天寶筆記本電腦及隧道斷面軟件2562徠卡臺式電腦及隧道斷面軟件853徠卡臺式電腦及隧道斷面軟件6.574徠卡CASIO FX4500 計算器501.極坐標斷面測量法 1.1 極坐標系的建立圖1是一個隧道斷面，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圓心縱坐標等于路線設計高程減設計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 ）圓心橫坐標等于 m （假定線路中心橫坐標為米）。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 站點放樣可放出路中線、隧中線或距路中線任意寬度的點位，記錄其地面高程、線路中線至待測斷面站點的距離等。1.2.2 斷面測量儀器置于待測斷面， ( 豎直度盤定天頂方向為 0 度，順時針注記 ) 望遠鏡瞄準另一導線點或中線點定向后，轉儀器正鏡瞄準線路邊線法線方向，也就是保證測量的豎直角讀數(shù)，線路中線一側為 270-360 度，線路邊線一側為 0-90 度。記錄儀器高、觀測的豎直角、斜距。根據(jù)個人習慣，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，置水準尺于水準點上，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隧道名稱序號豎直角J斜距D偏差PC

5、備注mcm檢查項目初期支護1直墻4.9611.1里程D0+060261-27-075.3796.9設計高程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計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 系列可編程計算器編程使用附號一致，部分附號按漢語拼音首位為代碼，并啟用“軸交點”一詞 。 FX 4500 斷 面測量計算程序如下：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- 線路中線設計高程R- 半徑H- 實測縱坐標B- 實測橫坐標O- 圓心處的設計縱坐標C- 實測偏差（輸出用 pc= 表示）I-T 為計算過程對 J 的替換N- 修正符 ( 當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)，線路中線一側不是 270-360 度，線路邊線一側不是 0-90 度時，計算結果偏差超常，無需重測，輸“ -1 ” 修正即可。其它情況輸入“ + 1 ”，測站不能設在隧道中線時，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)實測的橫坐標或縱坐標，用判斷語句確定采用不同的半經(jīng)和設計坐標，只需對程序適作調(diào)整。1.3.1 計算 軸交點 坐標 軸交點縱坐標 等于 測站地面高程加儀器高；軸交點橫坐標 等于 加線路中心至測站的距離。1.3.2 計算所測斷面各點的實測坐標 實測縱坐標等于 軸交點縱坐標加 豎直角的余弦 乘 斜距。實測橫坐標等于 軸交點橫坐標加 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 實測

9、縱坐標G 測站地面高程Y- 儀器高I- 觀測的豎直角 J ，計算過程中，程序用 I 對 J 進行了替換D 斜距B 實測橫坐標L- 線路中線至測站的距離1.3.3 計算所測斷面各點的實測偏差 實測偏差等于斷面各點的實測坐標與圓心處的設計坐標，進行坐標反算，求得測點至圓心的距離 - 實際半徑減設計半徑。 ( 設計半徑按不同工序分別計算 , 如開挖、初期支護、臺車、二襯等。并考慮預留量 )C= ( （ B-15.11 ） + (H-O) )-R (1 3)式中 C 實測偏差（輸出用 pc= 表示）B 實測橫坐標H 實測縱坐標O 圓心處的設計縱坐標R 設計 半徑15.11- 圓心處的設計橫坐標2. 三

10、維坐標段落測量法 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，一般用測量一個斷面來代表一個段落，用一個斷面代表一個段落，有一定的片面性，在隧道開挖斷面測量工作中，其缺點極為明顯。若采用三維坐標段落測量法進行隧道測量，可全面反映整個段落任意樁號各個點的超欠挖情況。2.1 數(shù)據(jù)采集 儀器置于任意點 ( 做自由設站 ) 或?qū)Ь€點上，有針對性的對一個段落的特征點或任意點進行測量，記錄 x 、 y 、 z 三維坐標。2.2 確定測點對應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 B ，為起算里程，坐標反算分別求得，測站 A ，起算點 B ，

11、到圓心 O 的距離和方位角，兩方位角之差（ OAOB = ）和半徑計算曲線長 L ， B 點里程加 L 等于 C 點里程，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的法線方向十分簡單，但要求測站要對應那個樁號法線上的點，相當復雜。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做為計算點，把兩點當作直線看，按直線計算即可。測點見圖 3 所示。2.2.3 直線 在直線段上選任意點 B 作為起算點，

12、已知直線段方位角 BC ，用坐標法反算求得 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 點的樁號加 L 等于測站點對應的樁號。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)測點的樁號計算線路的設計高程，通過線路的設計高程和隧道圓心的關系，計算隧道圓心的設計高程和 線路中線到 隧道圓心 的距離。經(jīng)計算已知 隧道圓心的設計高程； 線路中線到 隧道圓心 的距離；經(jīng)測量已知測點 的實測高程； 測點至線路中線的距離。按 (1-3) 式 計算即可。 無論是那一種線型，在 CASIO 系

13、列可編程計算器，如 FX4500 的幫助下，都可以采用漸進法編程 ( 另文專述 ) 解決?？此茝碗s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 ( 子程序 另文專述 )D E 測點大地坐標 B+10 測點橫坐標G 測點高程 Z+1.6 圓心 高程R 隧道半徑 C 實測偏差（輸出用 pc= 表示）三維坐標段落法 隧道斷面測量表 3隧道名稱檢查項目初期支護圓心橫坐標隧道半徑樁 號大地坐標 X大地坐標 Y實測 高程圓心 高程實測橫坐標實測偏差3 .結語極坐標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、準確、實用。如有可編程全站儀，測量結果可直接顯示偏差。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、二襯的斷面測量，尤其適用于臺車就位調(diào)試工作，能邊