雙層雙向4車道隧道

1、2 0 0 4年1月W日.世界上笫一條珥層趙向4車道隧道一一中園上 海上中路隧道正式開工建設(shè)°位于上游徐浦大橋和盧浦大橋之間的上 中路隧道，全長約2. &公里.計劃2 0 0 E年邑月竣工通車。（完）1前言全站儀以其高度自動化和準確快捷的定位功能在目前工程測量工具 上確立了其統(tǒng)治地位。許多新技術(shù)運用到全站儀的制造和使用當中，如 無反射棱鏡測距、目標自動識別與瞄準、動態(tài)目標自動跟蹤、無線遙控、 用戶編程、聯(lián)機控制等。在隧道控制測量中，全站儀業(yè)已普及，但以其 作為隧道施工測量的測量工具并不多見。新建隧道施工中的最主要工 序，如掘進掌子面放樣、斷面測量及圍巖凈空位移量測等，與工程的

2、經(jīng) 濟效益、平安質(zhì)量有著根本的聯(lián)系。免棱鏡測距技術(shù)的應(yīng)用，通過輻射 測量極坐標的方式，能夠準確、快速地完成隧道掘進放樣、斷面測量、 圍巖凈空位移量測等主要施工測量工作， 全部測量業(yè)利用計算機自動處 理，為隧道施工測量帶來技術(shù)革命，為整個工程節(jié)約時間、減少投資。 本文以新原高速公路雁門關(guān)隧道施工為例，介紹應(yīng)用全站儀免棱鏡測距這一新興技術(shù)來進展隧道開挖放樣、斷面測量及圍巖凈空位移量測等隧 道施工日常測量工作。2工程概況新原高速公路雁門關(guān)隧道位于代縣境，為目前國高速公路最長隧道，是新原高速公路的咽喉控制工程。 設(shè)計為4車道雙洞單向行駛隧道，左 洞長5235米，右洞長5323米，凈寬10米，凈高6米。

3、6B合同段為出 口段，全長5175米左洞長2560米，右洞長2615米。該段地質(zhì)條 件復(fù)雜，其中III類及以下圍巖占全段的76.8%,成為該隧道施工的難點。 隧道施工中掘進放樣、開挖后斷面測量及圍巖監(jiān)測等測量任務(wù)重，尤其是超欠挖所帶來的經(jīng)濟損失更是不容無視。對此，選擇徠卡TCRA1101型免棱鏡測距全站儀來進展開挖放樣、斷面測量及圍巖凈空位移量測等 主要日常測量工作。徠卡TCRA1101型全站儀，測角精度為1.5,測距精 度為2+2ppm,免棱鏡測量標稱距離為 250m。3免棱鏡測距技術(shù)的應(yīng)用3.1掘進掌子面斷面放樣放樣前，先將隧道設(shè)計參數(shù)如洞門點坐標及高程、縱坡參數(shù)、開挖 斷面形狀等通過有關(guān)

4、程序輸入儀器存。放樣時儀器可置于導(dǎo)線點或利用 自由測站、前方交會程序完成設(shè)站工作，包括設(shè)置測站點三維坐標、儀 器高、方位角。為使儀器與掌子面距離不至于太遠，儀器一般不直接安 置于導(dǎo)線點上，而通常采用前方交會方式來完成儀器的設(shè)站工作。臨時后視點可埋設(shè)在邊墻上，但須注意檢查其穩(wěn)定性。儀器建站后，首先瞄準掌子面僅用激光點對準一激光與望遠鏡同軸測出掌子面至儀器站的距離，儀器計算出掌子面的里程，根據(jù)里程及有 關(guān)輸入的參數(shù)定位掌子面開挖斷面， 而后開場進展開挖輪廓線上點的測 設(shè)。放樣點可按設(shè)置間距從左到右、從中間向兩側(cè)等不同順序測設(shè)。當 紅色激光指向第一個點位確定后，點上紅油漆就完成一個點位的放樣工 作，

5、按操作鍵儀器在馬達的驅(qū)動下轉(zhuǎn)向下一個點，依此類推放樣完所有的點。當掌子面不平時，應(yīng)增加每個點位的測量次數(shù)，一般設(shè)為3至6次,并給出點的允許偏差，儀器每測一次得所測點位的三維坐標并計算出激 光點離設(shè)計輪廓的偏移值，將修正偏移值后重測其坐標值，重算偏移值， 假設(shè)偏移值在允許偏差圍，激光點處位置即可認為是開挖輪廓線上的 點，否那么重測。利用此程序還可以放樣出掌子面每一個炮孔的設(shè)計位置。3.2斷面測量徠卡TCRA1101 PLU型全站儀機配置有兩個程序可以進展斷面測量。 一個是在所測斷面的任一位置安設(shè)儀器，可用前方交會、自由測站或站點設(shè)站，確定儀器的三維坐標及設(shè)置方位角，然后啟動斷面測量程序， 設(shè)置好

6、有關(guān)參數(shù)后，儀器在司服馬達的驅(qū)動下照準布于隧道軸線法線的 豎直平面旋轉(zhuǎn)一周，同時按設(shè)置間隔距離測取儀器到各測點的距離及角 度，并存儲于儀器存或PC卡上，即完成一個斷面的外業(yè)測量工作圖 1所示；另一斷面測量程序是儀器不一定安置在所測斷面垂直面，建 站工作同前，可測取儀器免棱鏡測程的所有需測的斷面。此方法優(yōu)點在 于不用頻繁搬動儀器，可測取任一需測斷面， 但開挖后的斷面外表凹凸 不平，斷面每個點位的測取需重復(fù)屢次。對襯砌后輪廓規(guī)那么的斷面此 法測量速度將大大快于前一種方法。將不同斷面的外業(yè)測量記錄輸入裝有相應(yīng)斷面測量后處理軟件的計 算機，計算機經(jīng)過分析、計算與理論斷面比擬等處理過程，最后輸出實 測及

7、理論斷面比擬圖形、斷面面積、超、欠挖面積等有關(guān)參數(shù)。3.3圍巖凈空位移量測隧道采用鉆爆法施工，根據(jù)新奧法根本原理，運用圍巖監(jiān)控量測來 掌握施工過程中圍巖變形及支護狀況， 及時準確獲取監(jiān)測信息，并指導(dǎo) 施工，以到達平安、可靠、經(jīng)濟的目的。為快速、高效、準確完成圍巖 凈空位移量測任務(wù)，采用三維非接觸量測新技術(shù)。 其根本原理是利用全 站儀自由設(shè)站遠距離測定量測點點位不同時段的三維坐標，將測量數(shù)據(jù)輸入計算機進展后處理，最后輸出監(jiān)測成果。全站儀相應(yīng)配圍巖收斂檢 測模塊，計算機配圍巖收斂分析處理輸出模塊。自由設(shè)站三維非接觸觀測系統(tǒng)由觀測主機全站儀、反射靶標、后視基準點及計算機組成。后視基準點要求穩(wěn)固，其坐

8、標可根據(jù)現(xiàn)場情況自行設(shè)置或利用隧道 控制測量的導(dǎo)線點；反射靶標采用 3mm厚的薄鋁板制成70X80mm的 方板，外表貼上60X60mm的反射膜片，中間鉆直徑為 3mm的小孔， 用膨脹螺栓錨固在初期支護的外表或點焊在初期支護的鋼筋上，按有關(guān)規(guī)要求在隧道進展點位布置。測量時中心小孔為照準點，觀測時反射膜 片與儀器光軸的傾斜角度應(yīng)不大于 30度，以減少照準對測距的影響。觀測前，對全站儀進展調(diào)校，使儀器處于最正確狀態(tài)。觀測時，翻 開儀器的角度改正及補償器功能，并對儀器進展氣壓和溫度的氣象改 正。觀測采用記錄測量模式，所有觀測數(shù)據(jù)均存儲在模塊。全站儀采用自由設(shè)站，但為了消除膜片傾斜對測距的影響，每次量

9、測時測站位置應(yīng)大致一樣。觀測時采用三次重復(fù)設(shè)站，每次設(shè)站采用雙盤測回結(jié)合三次重復(fù)照準的冗余觀測方法，即每一測站上分別用兩個盤 位連續(xù)、重復(fù)照準三次目標點，然后取平均值作為一次設(shè)站觀測的結(jié)果。 量測頻率主要根據(jù)位移速度和測點距開挖面的距離而定。一般在測點埋設(shè)初期測試頻率每天1-3次，隨著圍巖漸趨穩(wěn)定，量測次數(shù)減少，當 出現(xiàn)不穩(wěn)定征兆時，增加量測次數(shù)。當圍巖到達根本穩(wěn)定后，以1次/3日的頻率量測2周，假設(shè)無明顯變形，那么可完畢量測。將每次測量記錄按要求輸入裝有后處理程序的計算機，計算機將自 動分析處理量測數(shù)據(jù)，并相應(yīng)輸出量測成果，并打印報表。4結(jié)論免棱鏡測距技術(shù)應(yīng)用于隧道測量有如下優(yōu)點 :1測量速

10、度快掘進放樣、斷面測量、圍巖凈空位移量測等每一斷面均可在幾分鐘 完成。2準確一是測設(shè)定點精度準確。其精度可依工程所需而定，可達幾毫米的 精度。二是固定性。程序編制時要求儀器自動尋找斷面上一樣的點即 雖掌子面里程不同，但所放樣各點在隧道縱向上相對于隧道中線、軌面 的位置固定，且各點在開挖輪廓線上間距一致，這為鉆眼爆破帶來極 大便利一一測點即是炮眼，炮眼間距固定。每茬炮鉆眼在斷面同一位置， 為鉆眼角度提供很好的參考方向， 使整個隧道炮眼順直，進一步減少超 欠挖，減少平安質(zhì)量隱患。同理，如有必要，也可將需要的爆破設(shè)計炮 眼位置準確放樣出來，如掏槽眼等，為提高爆破效果提供技術(shù)援助。3設(shè)站靈活因為儀器可

11、用距離前方交會設(shè)站，這就給測量帶來很大靈活性，可 以在不同的現(xiàn)場條件下選擇最正確位置設(shè)站，減少其它工序?qū)y量的干擾，反之也減少了測量對其它工序的干擾。在某些人力設(shè)備不能到達的 或危險的地方，只要滿足測程與通視兩個條件就可完成測量任務(wù)，減少測量對其它機械設(shè)備如腳手架，升降機等的依賴。因全站儀采用極 坐標的方式進展放樣，加上其自動化程度較高，一般即需二人即可完成 作業(yè)任務(wù)。4與其它工序平行作業(yè)傳統(tǒng)開挖輪廓線放樣一般在出碴完后進展，往往占用數(shù)十分鐘的時間， 而采用全站儀放樣，尤其是通風效果好時，可將儀器安置在邊墻附近， 裝碴的同時便可完成碴堆以上開挖輪廓線放樣與坑道斷面掃描，裝碴完成后搶用其它工序準

12、備工作的幾分鐘完成剩余測量工作?；蜓b碴快完成時，邊裝碴邊測量，實現(xiàn)零分鐘測量。5適應(yīng)性強因全站儀是以極坐標方式來測量坑道上的點的坐標，而設(shè)計坑道上 任何點都有自身的解析坐標， 從測量的觀點與隧道解析觀點來看， 也就不再存在曲線隧道、曲墻斷面放樣、工作面不規(guī)那么等種種不便，使各 式各樣的線路走向、斷面形狀問題統(tǒng)一化為極坐標與隧道解析的問題。 我們關(guān)心的是如何去準確測量點的三維坐標，在程序中如何描述線路、 斷面設(shè)計參數(shù)，讓計算機去關(guān)心具體一個點位于曲線與直線、直墻與曲墻的問題?？傊?，免棱鏡測距的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)隧道工程測量不易、不能解決的 問題得到很好的解決。準確、快速、靈活的測量，有望建立隧道外表數(shù) 字模型，準確快速繪制任意里程斷面圖，為施工決策提供數(shù)據(jù)根底，減 少浪費，減少返