畢業(yè)設(shè)計論文-淺談測量技術(shù)在隧道工程施工中的應(yīng)用.docx

畢業(yè)論文（設(shè)計） 題目：淺談測量技術(shù)在隧道工程施工中的應(yīng)用 學(xué) 院： 資源工程學(xué)院 專 業(yè)： 測繪工程 學(xué) 號： 二0一六年四月十五日淺析測量技術(shù)在隧道工程施工中的應(yīng)用摘要：隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國基礎(chǔ)建設(shè)的施工技術(shù)也大幅提高，同時測量技術(shù)在工程建設(shè)中作用越來越大。本文以寧德市古田縣翠屏湖景區(qū)沽洋隧道施工為例，粗略的介紹測量技術(shù)在高速公路隧道工程施工過程中的應(yīng)用，旨在讓測量技術(shù)與隧道施工過程能更緊密的結(jié)合在一起，更好的為基礎(chǔ)建設(shè)服務(wù)。關(guān)鍵詞：隧道工程；測量；施工1 引言沽洋隧道地處于寧德市古田縣沽洋村翠屏湖景區(qū)，該隧道為小凈距隧道，進口位于曲線段，分左右線。隧道左線的平曲線半徑按照設(shè)計是1050米，右線設(shè)計是為1050米。右線進口樁號為YK43+030，出口樁號為YK43+680，長650米，縱坡為-1.126；左線進口樁號為ZK43+043，出口樁號為ZK43+691，長648米，縱坡為-1.121。圖1 沽洋隧道洞口隧道整體結(jié)構(gòu)是按照新奧法原理設(shè)計的，以錨桿、濕噴混凝土等作為初期支護，并用鋼支撐、大管棚、注漿小導(dǎo)管等作為輔助支護措施，二次襯砌采用模筑混凝土。同時，依據(jù)不同的圍巖等級采用的支護方法也不同。測量的主要目的就是保證初支和二襯能夠按照設(shè)計的尺寸施工，使隧道進度順利，也利用精確的測量來控制施工成本。為了保證測量的準(zhǔn)確度與效率，需準(zhǔn)備一臺卡西歐計算器，以坐標(biāo)正算，坐標(biāo)反算和隧道超欠挖計算公式為基礎(chǔ)編寫計算程序或者將隧道平曲線、縱曲線和起始點樁號等數(shù)據(jù)提前輸入道路之星軟件內(nèi)，構(gòu)建三維隧道模型，這樣可以省去大量的計算過程，使測量過程簡單高效。2 設(shè)計和測量2.1設(shè)計2.1.1 鋼支撐設(shè)計以右線為例，進洞采用三臺階開挖法。前三十米為五級圍巖，采用ZDK-1支護。在ZDK-1支護中，初期支護需要厚度為二十公分的鋼支撐，我們按照施工隊的要求對鋼支撐進行設(shè)計，需要考慮這幾個因素：（1）每一臺階高度不宜太矮，具體根據(jù)現(xiàn)場情況來設(shè)計。上臺階的高度要滿足鏟車和渣土車施工；（2）由于洞口屬于淺埋段，圍巖等級較差會發(fā)生較大的形變，為了滿足業(yè)主要求的隧道橫斷面大小我們需要將預(yù)留變形量考慮在內(nèi)，這樣保證二次襯砌時有足夠的位置；（3）鋼支撐弧長不宜過長，最好控制在6米以內(nèi)，這樣方便工人豎立鋼支撐。需要注意的是，設(shè)計上每前進七十公分便需要架立一榀鋼支撐，所以在設(shè)計鋼支撐的同時，須標(biāo)注需要的榀數(shù)，這樣方便統(tǒng)一加工。如下圖：圖2 沽洋隧道三臺階鋼支撐設(shè)計圖上臺階高3.7米，有三節(jié)相同的鋼支撐，每節(jié)長4.93米；中臺階位置在圓心水平線下降60公分，左右各一節(jié)鋼支撐；下臺階包含了仰拱。各個臺階需要錯開一定距離，否則容易造成塌方事故。2.1.2 臺車的設(shè)計隧道在開挖時凈高最大可達(dá)七米多，穹頂位置就無法施工，這就需要設(shè)計一架臺車，以方便工人打鉆及進行初期支護等施工。臺車的設(shè)計也要考慮這幾個因素：（1）臺車要按照最小橫斷面來設(shè)計，這樣可以節(jié)省成本；（2）臺車要靠鏟車拖動，所以臺車不能太高，同時要考慮臺車左右兩側(cè)不能離拱墻太近。（3）臺車每一層要方便工人站立。如下圖為初支臺車，白色粗線段為臺車。高4.6米，寬5.2米；60公分為可拉伸側(cè)臂。圖3 沽洋隧道三級圍巖設(shè)計圖臺車的設(shè)計還要根據(jù)施工工藝來設(shè)計，如沽洋隧道右線在前進十幾米后需采用單側(cè)壁開挖法，相應(yīng)的臺車要發(fā)生變化。如下圖，單側(cè)壁開挖法又稱為CD開挖法，按照左上、左下、右上、右下順序進行開挖。圖4 沽洋隧道單側(cè)壁臺車設(shè)計圖2.2測量2.2.1 邊坡和仰坡的放樣邊坡在進洞之前必須先穩(wěn)固好，就需要按照設(shè)計圖將邊坡的設(shè)計坡度、設(shè)計高程和坡腳放樣出來。圖5 沽洋隧道右線邊坡示意圖邊坡的作用：（1）邊坡穩(wěn)固的話可以保證路基的整體穩(wěn)定性;（2）使人類活動對環(huán)境的破壞程度減少到最小;（3）司機從隧道出來經(jīng)歷由暗到明的一個變化過程，邊坡工程則可以保護和誘導(dǎo)司機的視線，且美化環(huán)境等。按照設(shè)計圖，將邊坡的坡度控制在設(shè)計要求內(nèi)，以便進行下一步的防護。邊坡放樣方法為：利用后方交會架立全站儀，測出邊坡某點的實際坐標(biāo)，然后通過計算器程序算出里程與偏距，用實測的高程和已知的變坡點高程相減，得到一個高差，通過此高差與坡度算出一偏距差，然后用變坡點的設(shè)計偏差相加減，得到實測點的設(shè)計偏距，最后用此偏距與實測的偏距比較，若差值在合理范圍內(nèi)就可以了。圖上所示，邊坡坡度為1:0.5轉(zhuǎn)變?yōu)?:0.75，邊坡點設(shè)計偏距為1393.2cm，坡腳設(shè)計高程=設(shè)計標(biāo)高-（偏距2）。隧道仰坡是指從隧道成洞面沿掘坡度開始直至地面線的坡面。與邊坡放樣不同的是，仰坡放樣是利用設(shè)計里程與實測里程的差值計算的。通過計算器程序算出實測點的里程與偏距，用實測高程減去邊坡點的設(shè)計高程，得到一個高差，然后用這個高差跟坡度算出一里程差，用此里程差加減變坡點的設(shè)計里程，得出實測點的設(shè)計里程，最后用實測里程跟設(shè)計里程對比，若差值在合理范圍內(nèi)就可。2.2.2 隧道超欠挖計算隧道超欠挖計算是隧道測量的主要內(nèi)容之一。超欠挖指的是隧道實際開挖的輪廓與當(dāng)前里程隧道橫斷面的設(shè)計開挖輪廓相比較。超挖即為實際開挖輪廓大于設(shè)計輪廓，欠挖則相反。超欠挖數(shù)值指的是實測點到圓弧的半徑與設(shè)計圓心半徑的差值。超欠挖對隧道的影響巨大，隧道開挖面過大的話，會拖慢施工進度，同時加大支護的成本，更嚴(yán)重的會影響工程安全；若開挖過小達(dá)不到設(shè)計要求，則無法滿足使用。目前的隧道挖掘方法有兩種，一種是“鉆爆法”，另一種是“盾構(gòu)掘進法”。但是由于各種條件影響，“鉆爆法”仍是目前隧道開挖的主要方法。至于隧道超欠挖產(chǎn)生的原因，有以下三種情況：（1）由于掌子面是一個不平整的巖體面，打鉆孔間距控制不當(dāng)，會影響各個鉆孔的爆破效果，或者炸藥的用量不合理等都會對爆破產(chǎn)生影響，導(dǎo)致爆破后的掌子面超挖或欠挖；（2）隨著隧道開挖前進，巖層會隨著發(fā)生變化，圍巖裂縫會造成不可避免的超欠挖現(xiàn)象；（3）因為隧道測量放線在隧道內(nèi)部可見度較低，且采用后方交會的方法設(shè)站，測量時會產(chǎn)生前后視照準(zhǔn)誤差，同時因為掌子面是凹凸不平的也會產(chǎn)生偏差，容易造成超欠挖。一般在超欠挖放線時，可以利用項目部提供的導(dǎo)線控制點（本文不討論洞內(nèi)控制網(wǎng)的布設(shè)）架設(shè)全站儀（帶紅外激光）進行放線。超欠挖計算原理：隧道超欠挖的計算原理主要是利用三角函數(shù)，由三角形的邊角關(guān)系求出對應(yīng)邊長的設(shè)計值和實測值的偏差。圖6 超欠挖計算模型超欠挖的數(shù)學(xué)模型如圖上所示，m為超欠挖的數(shù)值，所以圖上所示的檢測點超挖了，我們可以通過三角函數(shù)計算出m的值。利用X+Y=（6.44+m），其中6.44為設(shè)計半徑，X和Y可以通過全站儀所測的坐標(biāo)反算求得，求得m即為該檢測點比設(shè)計輪廓超出的數(shù)值。在現(xiàn)場實測時，可以通過坐標(biāo)和公式計算出n的值，然后將實測點水平平移到設(shè)計的輪廓線上即可，將掌子面上實測的點連接起來就是設(shè)計的輪廓線。圖7 掌子面測量放線過程圖在沽洋隧道實測中，初支測量放線只把鋼支撐的內(nèi)側(cè)連接點點和隧道洞軸中點放樣出來，同時前進方向也各需要一個點保證鋼支撐在同一個里程面上，這樣可以讓工人施工更加便捷。超欠挖是隧道測量的主要內(nèi)容之一，它適用于檢查隧道的初期支護、二村斷面的超欠挖?？刂坪贸吠诳梢怨?jié)省人力物力，保證施工進度和安全，所以測量精度要把握好，將精度控制在一定范圍內(nèi)。需要注意的是：沽洋隧道進口段為淺埋段，且洞口圍巖和地形的地質(zhì)情況較差，洞口及洞口附近段可能將有一定的變形量，所以按照經(jīng)驗我們把鋼支撐的半徑放大十五公分，這樣在二襯的時候能留有足夠的位置。我們在超欠挖放線時要把預(yù)留變形量考慮在內(nèi)，以保證施工進度的順利。2.2.3.二次襯砌二次襯砌需要二襯臺車，二襯臺車一般由模板總成、頂模架體、平移機構(gòu)總成、門設(shè)總成、主從行走機構(gòu)、絲杠千斤頂、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。在隧道開挖初期支護幾十米后，隧道有坍塌的危險，需要二襯臺車跟進進行二次襯砌。我們就需要對二襯臺車定位，使其能夠在設(shè)計的軌道上前進，順利完成襯砌，定位同樣需要測量放線。定位二次襯切的臺車需要先確定洞軸中心和臺車中線。臺車中線定位極其簡單，通常廠家在生產(chǎn)制造二襯臺車時會在臺車頂部中心位置標(biāo)記一十字絲，利用中點引出重力垂線，就可以找出臺車的中線；隧道中線則需要利用全站儀放樣，通過計算調(diào)整實測點到洞軸線的偏距，確定出隧道中點。確定完這些后，將臺車行駛到待定襯砌斷面，最后再通過這幾個步驟進行定位：（1）操作液壓系統(tǒng)，平移油缸使臺車中線與隧道中線對齊；（2）操作液壓系統(tǒng)頂升油缸，使臺車升至設(shè)計的襯砌高度，然后旋緊基礎(chǔ)千斤，固定后還要進行多次的檢核；（3）操作液壓系統(tǒng)，使兩邊側(cè)向模邊沿到達(dá)設(shè)計襯砌斷面，然后扳動側(cè)向支撐絲桿千斤，讓它達(dá)到側(cè)向油缸的支撐位置并旋緊；（4）完成以上幾個步驟后，需要對臺車的橫斷面進行尺寸的檢核，一般臺車襯砌的橫斷面要比設(shè)計橫斷面半徑大5公分。臺車的定位至關(guān)重要，以上幾個步驟需要用到全站儀放樣出隧道中點、臺車中點和臺車各模邊沿點的高程和里程，以保證臺車相同面上的點在同一里程上，防止隧道發(fā)生變形。二襯臺車定位完成后，隧道就能夠開始進行二次襯砌，我們則要根據(jù)二襯臺車的長度放樣。沽洋隧道的二襯臺車全長12米，二襯橫斷面半徑為5.45米。測量放樣時最好在間隔12米或者以內(nèi)，在路面上放樣出隧道中點，并以水泥釘在路面上做標(biāo)記，同時要標(biāo)記該點到隧道頂中點的凈高，用來控制二襯橫斷面的凈高。然后在左右兩邊的矮邊墻各找一點，測出該點到設(shè)計高程的差值，以便混凝土填高。如果隧道矮邊墻還未修筑，則左右兩點需要放樣在矮邊墻邊界處。在二次襯砌施工完成后，可以利用激光斷面儀對二襯橫斷面進行檢測，激光斷面儀測量原理為極坐標(biāo)法。將斷面儀架設(shè)在隧道中心點，以某一方向為起始，按一定的間距依次測定該中心點所在的開挖輪廓線上的點到設(shè)計輪廓線的矢距，然后這些點依次相連就可以獲得實際開挖的輪廓線。通過洞內(nèi)的施工控制點可以獲得斷面儀的點數(shù)據(jù)，通過計算計算軟件的幫助，自動將實際開挖輪廓線與設(shè)計開挖輪廓線的空間三維匹配對比，并可以求出各測點與相應(yīng)設(shè)計開挖輪廓線之間的超欠挖值。2.2.4 路基測量隧道路線設(shè)計一定會呈現(xiàn)縱向坡度和路面的橫向坡度，如沽洋隧道右線的縱向坡度為-1.121，為下坡路；右線橫坡前360米為2，接下來的第360米到525米內(nèi)橫坡從2漸變?yōu)?3，稱為超高路面。超高路段一般設(shè)置在路線轉(zhuǎn)彎處，有利于安全行車。線路縱斷面測量：隧道內(nèi)縱向路線鋪設(shè)一般以10米為一模進行澆灌混凝土。一般分基平測量和中平測量，基平測量是沿線路方向設(shè)置水準(zhǔn)點并測量水準(zhǔn)點高程；中平測量是利用水準(zhǔn)點高程分段測定各里程樁的高程。中平測量可以采用水準(zhǔn)測量和三角高程測量方法。均要起閉與水準(zhǔn)點，構(gòu)成附和水準(zhǔn)路線。設(shè)計的路線高度是根據(jù)設(shè)計坡度、距離和設(shè)計標(biāo)高計算的，設(shè)計線的標(biāo)高是確定的，路線某點的設(shè)計標(biāo)高=設(shè)計標(biāo)高（設(shè)計坡度起始點到某點的距離），上坡為正，下坡為負(fù)。各點的地面高程與設(shè)計線標(biāo)高之差為填高和挖深。路線橫斷面測量：路線橫斷面測量可以利用全站儀來完成，根據(jù)控制點架設(shè)全站儀，在路面選取幾個待測點，將待測點的高程h測出后與設(shè)計的線路高程H對比，得到高差h，然后根據(jù)高差來澆灌混凝土。設(shè)計的路面高程可以用三角函數(shù)求得。如下圖為沽洋隧道某一路面橫斷面：圖9 路面橫斷面設(shè)計線標(biāo)高不變，路面高程隨著坡度發(fā)生了變化。線路高程H=設(shè)計高程-2某點到設(shè)計高的偏距。3 測量過程需要注意的問題隧道測量或多或少會遇到一些問題，我大概總結(jié)一下實際測量中需要注意的問題：（1）在獲得項目部提供的控制點坐標(biāo)后，要及時對控制點坐標(biāo)進行多次的檢驗。在隧道洞口施工范圍之外，至少要布設(shè)3個或者3個以上的點，構(gòu)成一個小型的三角網(wǎng)或者多邊控制網(wǎng)，方便用來檢核和備用；在洞口路面施工基本完成的時候，需要在洞口引一個精密的導(dǎo)線點，以便定向等（2）隧道開挖口號“寧超勿欠”，這就需要根據(jù)圍巖等級適當(dāng)預(yù)留變形量，可是如果提高的太多，而實際變形量很小，雖然不會對工程進度有影響，但是會造成一定的經(jīng)濟損失，所以要根據(jù)圍巖的等級、當(dāng)時地形的地質(zhì)情況和測量經(jīng)驗來判斷，確定預(yù)留的變形量；（3）在隧道挖掘到圍巖較好的情況時，一般使用光面爆破，光面爆破是利用受力適當(dāng)?shù)你@孔間距和適量的炸藥使爆破的掌子面呈相對光滑狀。測量時開挖的輪廓線可以沿半徑放大3公分，光面爆破后輪廓超挖可控制在5公分以內(nèi)，為圍巖的受力提供一定的空間；在圍巖較軟的情況下，測量開挖輪廓線沿半徑應(yīng)縮小10公分左右，在光爆后挖掘機和工人會進行排險，即清除松動的巖石，那樣會使整個開挖半徑增大一些，具體放大或縮小的數(shù)值還要根據(jù)前幾次測量結(jié)果來判斷；（4）在隧道挖掘前進時，必然存在誤差，誤差有平面控制誤差和高程誤差；平面誤差可分為橫向誤差和縱向誤差，平面的縱向誤差對隧道影響很小 ，橫向誤差會對隧道形成錯臺；因為隧道初期支護完之后還需要二次襯砌，所以高程誤差對隧道的影響可以在二次襯砌是消除，但是對路面的銜接有很大的影響，所以路面高程需要很高的精確度。在平時測量過程中，由于測量工作都是相對簡單和煩瑣的，所以難免會犯一些錯誤，比如（1）隧道中線和線路中線弄混；（2）測量一般都是重復(fù)一些步驟，容易因為麻痹而造成疏忽；（3）隧道洞內(nèi)光線不好，視線差容易發(fā)生一些錯誤；（4）測量人員儀器操作不當(dāng)，參數(shù)設(shè)置錯誤等。這些問題都是很常見且容易出現(xiàn)的，一旦出現(xiàn)問題就會對工程進度等造成影響，嚴(yán)重的會導(dǎo)致經(jīng)濟損失。為了避免測量錯誤，需要對儀器保養(yǎng)和定期的校核，在全站儀后方交會完后要再對后視點或者照準(zhǔn)其他已經(jīng)點進行坐標(biāo)檢核，同時測量人員要了解測量的基本要求，且認(rèn)真對待測量、責(zé)任心強，出現(xiàn)問題能及時尋找原因。最好有一定的測量經(jīng)驗，而且熟悉整個施工過程；對隧道設(shè)計圖理解透徹，每次測量放樣時要提前依據(jù)設(shè)計圖做好準(zhǔn)備，將重要的數(shù)據(jù)整理好以便測量。還需要熟練操作cad、excel以及卡西歐fx-9800計算器的應(yīng)用和編程等。4 總結(jié)本文根據(jù)沽洋隧道的實際情況為例，粗略的介紹了測量技術(shù)在其中的應(yīng)用。在現(xiàn)場實際測量放樣時會發(fā)現(xiàn)，真正的現(xiàn)場施工與設(shè)計圖存在一定的差異。設(shè)計圖更多考慮的是工程本身，而現(xiàn)場施工還需要考慮工人、材料和經(jīng)濟效益等，所以現(xiàn)場施工在不偏離合理和安全的范疇內(nèi)，可以根據(jù)實際情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，測量放樣也要做相應(yīng)的調(diào)整。選擇隧道洞口段開挖方法時，在圍巖條件允許的情況下，可以選擇進度較快的開挖方法，如三臺階等；放開挖線的時候，可以間隔一到兩米做一個開挖點，節(jié)省測量時間，加快施工程序。隧道測量中，各個學(xué)科相互滲透，隧道測量不能只做單純的測量，地質(zhì)學(xué)、土木工程、測繪計算編程等在隧道測量中都扮演很重要的角色，特別是量計算程序編寫對測量越發(fā)的重要。參考文獻(xiàn)：1.孫代，巫錫勇.測量工作在隧道施工中的重要性及經(jīng)驗總結(jié)J.四川建筑，2008，28(4).2.李永民，跨步自行式臺車在明挖隧道的應(yīng)用J.中國科技信息，2013，2013(4).3.彭躍，在役城市隧道支護結(jié)構(gòu)安全性評價D.重慶大學(xué)碩士論文.2007.4.荀智翔，劉依霞.淺析隧道施工引起的地表沉降及變形測量J.山西青年，2013，(11).5.周奎，黃再志.隧道工程施工中的測量工作分析J.中國水運月刊，2012，12(z1).6.屈永強.淺談隧道工程施工中的測量工作J.科學(xué)之友，2007，(2).7.水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范SL378-2007.8.國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范GB/T 12898-2009.Analyses measurement technology application in tunnel engineering constructionAbsteact:With the high-speed development of national economy, infrastructure construction technology in China has, at the same time increasing role in the construction of engineering