隧道施工斷面快速測(cè)量方法.docx

1、隧道施工斷面快速測(cè)量法摘要：隧道施工斷面測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量；立面坐標(biāo)法三維坐標(biāo)段落法1、前言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，且洞作業(yè)面狹小，如排風(fēng)不暢，空氣質(zhì)量差，紅外線測(cè)量?jī)x器反射信號(hào)太弱，往往無法進(jìn)行測(cè)量工作。測(cè)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、高程和斷面幾尺寸，關(guān)系到隧道的貫通。為滿足測(cè)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(cè)量工作條件。 若測(cè)量

2、工作占用時(shí)間過長(zhǎng)，將直接影響工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。如及時(shí)、準(zhǔn)確的提供測(cè)量成果，使用的儀器和法便成了重要因素。花幾十萬買一臺(tái)隧道斷面儀，僅能用于隧道斷面測(cè)量，投資太大，為節(jié)省投資可采用全站儀配隧道斷面測(cè)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。本文主要講述用全站儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集后用可編程計(jì)算器進(jìn)行分析。2、極坐標(biāo)斷面測(cè)量法2.1 極坐標(biāo)系的建立圖 1 為某隧道一斷面，垂直向（高程）為縱軸，用 H 表示；水平向（距線路中線的距離）為橫軸，用 B 表示。專業(yè)資料已開挖的上半斷面H隧道中心D線LJyR地面線G測(cè)站未開挖的下半斷

3、面線O心中9路線61設(shè)計(jì)高程Si=0.02%100411B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- b i+h S 4.11 0.02+1.69（ 1-1 ）圓心橫坐標(biāo)等于10m（假定線路中心橫坐標(biāo)為10 米）。加線路中心至隧道中心的距離2.2 數(shù)據(jù)采集：2.2.1 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。2.2.2 斷面測(cè)量?jī)x器置于待測(cè)斷面， ( 豎直度盤定天頂向?yàn)? 度，順時(shí)針注記 ) 望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)另一導(dǎo)線點(diǎn)或中線點(diǎn)定向后，轉(zhuǎn)儀器正鏡瞄準(zhǔn)線路

4、邊線法線向，也就是保證測(cè)量的豎直專業(yè)資料角讀數(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(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。如隧道干擾大，可在儀器定向前，豎直度盤調(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)來校核視線高。測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表-1表-1隧道斷面測(cè)量記錄表隧道名稱序號(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)K309+060261-27-075.3796.9設(shè)計(jì)高程 S986.01345-29-525.6796.5測(cè)站高程 G985.416427-

5、09-416.6.8儀器高 Y1.488512-12-056.3734.45.9m 半徑加 0.05m考慮預(yù)留變形量半徑 R9.596357-49-516.6341.3圖示橫斷位置 L6.117343-59-176.870.7容偏差及要求不小于設(shè)計(jì)8327-18-327.5.9測(cè)站在中線以下不填9312-37-287.2134.6測(cè)站平面坐標(biāo)10 300-58-047.2810.6X56433.37511 294-52-307.29914.6Y494710.14112直墻6.9833.3斷面位角101-34-332.3 測(cè)量數(shù)據(jù)處理為了與 CASIO 系列可編程計(jì)算器編程使用附號(hào)一致，部分附號(hào)

6、按漢語拼音首位為代碼，并啟用“軸交點(diǎn)”一詞。FX4500 斷面測(cè)量計(jì)算程序如下：程序名： SDDM( 隧道斷面 -1)L1Lb1 0L2J,DL3Norm:T=J/10000L4I=IntT+Int(fracT 100)/60+frac(fracT 100)/36專業(yè)資料L5H=G+Y+Rec(D,I)L6B=10+L+N WL7O=S- 4.11 0.02+1.69L8C=(poI(B-15.11,H-O)-R) 100:Fix1:“ Pc= ”L9Goto 0G- 測(cè)站地面高程Y-儀器高J- 觀測(cè)的豎直角D- 斜距L-線路中線至測(cè)站的距離S-線路中線設(shè)計(jì)高程R-半徑H-實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)B-實(shí)測(cè)橫

7、坐標(biāo)O- 圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)C- 實(shí)測(cè)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(cè)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(cè)，輸“ -1” 修正即可。其它情況輸入“+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一米為益)角度輸入，如203 23 12 輸入203231266 03 18 輸入6603180 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(cè)量，如遇多心圓隧道，可根據(jù)實(shí)測(cè)的橫坐標(biāo)

8、專業(yè)資料或縱坐標(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。2.3.1 計(jì)算軸交點(diǎn)坐標(biāo)軸交點(diǎn)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10 加線路中心至測(cè)站的距離。2.3.2 計(jì)算所測(cè)斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)實(shí)測(cè)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)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+cosI D（ 1-2）B= L+SinI D（1-2）式中 H實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)G 測(cè)站地面高程Y-儀器高I-觀測(cè)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(cè)橫坐標(biāo)L-線路中線至測(cè)站的距離2.3.3 計(jì)算所測(cè)斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)偏差實(shí)測(cè)偏差等于

9、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 -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 ） 2+ (H-O)2) -R(1 3)式中 C 實(shí)測(cè)偏差（輸出用 pc= 表示）B實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)H實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)O 圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)專業(yè)資料R設(shè)計(jì)半徑15.11- 圓心處的設(shè)計(jì)橫坐標(biāo)3、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)量軟件來完成，一般用測(cè)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(cè)量工作中，其缺點(diǎn)極為

10、明顯。若采用三維坐標(biāo)段落測(cè)量法進(jìn)行隧道測(cè)量，可全面反映整個(gè)段落任意樁號(hào)各個(gè)點(diǎn)的超欠挖情況。3.1 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(cè)量，記錄 x、y 、z 三維坐標(biāo)。3.2 確定測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的里程與距路線中線的距離3.2.1 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(cè)站 A ，起算點(diǎn) B，到圓心 O 的距離和位角，兩位角之差 （OA OB =） 和半徑計(jì)算曲線長(zhǎng) L，B 點(diǎn)里程加 L 等于 C 點(diǎn)里程，測(cè)站至圓心的距離減半徑等于測(cè)站至中線距離。測(cè)量參數(shù)見圖 2 所示。 L 由公式 2 1 求得。L= r /(2-1)式

11、中 L弧長(zhǎng)r半徑圓心夾角專業(yè)資料A圖2圖3圖43.2.2 緩和曲線在緩和曲線上求任意點(diǎn)的法線向十分簡(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。測(cè)點(diǎn)見圖3所示。3.2.3 直線在直線段上選任意點(diǎn)B 作為起算點(diǎn)，已知直線段位角BC ，用坐標(biāo)法反算求得BA 位角，通過兩位角之差，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(cè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的樁號(hào)。測(cè)量參數(shù)圖-4 。b=AB Sin （2-2）L= AB Cos （2-2 ）3.3

12、 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(cè)量已知測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)高程；測(cè)點(diǎn)至線路中線的距離。專業(yè)資料按 (1-3) 式計(jì)算即可。無論是那一種線型，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?？此茝?fù)雜的法，變得非常簡(jiǎn)便。程序名： SDDM ( 隧道斷面 -2 )L1Lbl 0 ：L2DE： prog XH：progLJYD ：L3G ：C=(poI(15.11-B-10,G-Z-1.6)- O“ R” ) 100:Fix1:“ Pc= ”L4Goto 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(cè)點(diǎn)坐標(biāo)B+10 測(cè)點(diǎn)橫坐標(biāo)G測(cè)點(diǎn)高程Z+1.6 圓心高程R隧道半徑C 實(shí)測(cè)偏差（輸出用 pc= 表示）專業(yè)資料表-2三維坐標(biāo)段落法隧道斷面測(cè)量隧道名稱檢查項(xiàng)目初期支護(hù)圓心橫坐標(biāo)隧道半徑樁號(hào)坐標(biāo) X坐標(biāo) Y實(shí)測(cè)高程圓心高程實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)實(shí)測(cè)偏差4、結(jié)語極坐標(biāo)斷面測(cè)量法在隧道施工斷面測(cè)量中，不需要專用的軟件，且更為便、快捷、準(zhǔn)確、實(shí)用。如有可編程全站儀，測(cè)量結(jié)果可直接顯示偏差。是隧道斷面測(cè)量工作可選用法