1、隧道施工斷面快速測量方法張泉山（河北冀民公路工程咨詢有限公司河北廊坊 065000）摘要 ：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(guān)鍵詞 : 隧道；斷面；測量；立面坐標法三維坐標段落法0 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(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

2、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。 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?；◣资f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

3、時比較表表 -1序儀器型號配套設(shè)備外業(yè)平均用時（ min）內(nèi)業(yè)平均用時（ min）號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 fx 4500 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。已開挖的上半斷面h隧道中心d線ljyr地面線g安測站延未開挖的下半斷面線o心中9路線61設(shè)計高程si=0.02%100411b圖 -1圓心縱坐標等于路線設(shè)計高程減設(shè)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

4、。用公式（ 1-1 ）表示。o=s-bi+h 4.11 0.02+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(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，儀器置于待測斷面，轉(zhuǎn)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(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)個人習慣， 亦可記

5、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 -21.3 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)l1lb1 0l2j,dl3norm:t=j/10000l4i= intt+int(fract100)/60+frac(fract 100)/36l5h=g+y+rec(d,i)l6b=10+l+nwl7o=s- 4.11 0.02+1.69l8c=(p

6、oi(b-15.11,h-o)- r)100:fix1: “ pc=”l9 goto 0g- 測站地面高程y- 儀器高j-觀測的豎直角d- 斜距l(xiāng)- 線路中線至測站的距離s-線路中線設(shè)計高程r- 半徑h- 實測縱坐標b- 實測橫坐標o- 圓心處的設(shè)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(cè)不是線路邊線一側(cè)不是0-90 度時，計算結(jié)果偏差超常，無需重測，輸“-1” 修正即可。其它情況輸入“不能設(shè)在隧道中線時，測站至隧道中線的距離盡可能大于一米為益)角度輸入，如203 2312輸入 2

7、032312270-360 度，+1”，測站66 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(shè)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+cosi d（ 1-2）b= l+sini d（ 1-2）

8、式中 h 實測縱坐標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- 實際半實測偏差等于斷面各點的實測坐標與圓心處的設(shè)計坐標，進行坐標反算，求得測點至圓心的距離徑減設(shè)計半徑。 (設(shè)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 ）2+ (h-o) 2)-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(shè)計縱坐標r設(shè)計半徑15.11-圓心處的設(shè)計橫坐標2 三維坐標段落測量法在隧道

9、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(shè)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，到圓心o的距離和方位角，兩方位角之差（ oa ob = ）

10、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 2 1 求得。l= r /180(2-1)式中 l弧長r 半徑 圓心夾角a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，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

11、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(shè)計高程，通過線路的設(shè)計高程和隧道圓心的關(guān)系，計算隧道圓心的設(shè)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(shè)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 系列可編程計算器，如 fx 4500 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。

12、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(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隧道名稱樁 號大地坐標x檢查項目大地坐標y初期支護實測高程圓心橫坐標圓心高程實測橫坐標隧道半徑實測偏差3 結(jié)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(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、二襯的斷面測量，尤其適用于臺車就位調(diào)試工作，能邊測量邊出成果，及時正確的指導施工。更適用