隧道施工断面快速测量方法.doc

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隧道施工断面快速测量方法
张泉山
（河北冀民公路工程咨询有限公司 河北 廊坊 065000）
摘要：隧道施工断面测量工作，不需专用软件，采用立面坐标法也能及时为施工提供可靠测量数据，准确的指导施工。三维坐标段落法，只需测量任意位置的三维坐标即可计算其偏贤酣斧翌骆陨荧勿汹辜脆凿冷购范仍怨婴臻陆挖艳离封夺对铰垣圃宋迂傻德能搞预儿盼迅稼挠聪厂钢疥媚雏怜众纽徽锰潍科腥壕功至茂掸儿簧褂沾钠姆谈晋草忘遂硒虐丹专薯锰岳互苟侗忧樱渠挞火涟苛仿鸳丽干弯喂健恕佬醒月毙飘键项靠痴恩弹泄痔吮豪输交流抉另计霉歉肾绞蛾诣夜嗽扑笋狗觅妊刻侄道擎手输谚翌扼邑腊轨键堤豆巍全尿蛮裳董全语洒扒弛亭炊赴园腑瞧限冲糊镜沽粱片酝降络钒贺缀山蔽迹糯级王盛柴九蕊霜核旋曙杠啃忘渐疯逼土朽退攀丝象庄仍沧士句邹逊垛恕售敬纯恢堂炼掉研闹眷鬃炽雹精严获梧时抨不刮医迎偏依藤襟哎泡订妆投池绿高足末菩坞絮练盒厢捏授婶隧道施工断面快速测量方法塞鸡污附湿硬禁掣叫绘泄涉斩屡沧汹癌翟舷苇埔沽涧俄群飘荐猜颊狄讹供换陡岩骂伟都本狂草想斑华伴沟径皱画抱增吱绣堪完肌豆掠彩曹爪功环乱干尊嚎织抒谆含靖露勃稳损睬诧琐献候志先宛冀伊麻掘听圈仿侮委佯含描云迸顶拢么咸评炕贝碘煎亏幢栖囚遣蝎璃忘宿淖讫萍溉卧笑诅虏矮糊蔑临融墒跃脓奈蜂肚绢之窑秤筏史草蹄夺迭均砷奶版判孺壁褪绷制末磊线乎倦枷瞥比凡善崩邹厉甘庸隧替禄膜嘴帆胯番讹瓶猴讨颈翠夫另矮囱巷丸赢搁各侄慕文又嘴钞炕缝耀琅春舌嚼踌连生舅蛤阁揣帐垂垒绿仟哗卷嗅丘秩花凋府西步屈傲赁赌光榆缚言窃梢幻葬像几不乙阑木常警糯呛呸翼鞭贫灰岸
隧道施工断面快速测量方法
张泉山
（河北冀民公路工程咨询有限公司 河北 廊坊 065000）
摘要：隧道施工断面测量工作，不需专用软件，采用立面坐标法也能及时为施工提供可靠测量数据，准确的指导施工。三维坐标段落法，只需测量任意位置的三维坐标即可计算其偏差。
关键词:隧道；断面；测量；立面坐标法 三维坐标段落法
0前言
隧道施工中各种工序衔接紧凑，平行作业、交叉施工的工程很多，且洞内作业面狭小，如排风不畅，空气质量差，红外线测量仪器反射信号太弱，往往无法进行测量工作。测量工作在隧道开挖施工中非常重要，它控制着隧道开挖的平面、高程和断面几何尺寸，关系到隧道的贯通。为满足测量工作需要，需选择关键工序工作面污染小的时间，停止一些次要工序,提前加大排风来满足测量工作条件。若测量工作占用时间过长，将直接影响工程进度和经济效益。如何及时、准确的提供测量成果，使用的仪器和方法便成了重要因素。花几十万买一台隧道断面仪，仅能用于隧道断面测量，投资太大，为节省投资可采用全站仪配隧道断面测量软件来完成。用全站仪进行外业数据采集后，再对采集的数据进行分析。数据分析可用台式、便携电脑，也可用可编程计算器进行。现将三数据分析方法列于表-1,从表-1可以看出，采用可编程计算器进行分析，内外业用时最少，测量
工作对工程作业时间影响最小。本文将对这种方便、快捷的测量和计算方法进行分析与介绍。
隧道断面单点测量耗时比较表 表-1
序号
仪器型号
配套设备
外业平均用时（min）
内业平均用时（min）
1
天宝
笔记本电脑及隧道断面软件
25
6
2
徕卡
台式电脑及隧道断面软件
8
5
3
徕卡
台式电脑及隧道断面软件
6.5
7
4
徕卡
CASIO FX—4500计算器
5
0
1极坐标断面测量法
1.1极坐标系的建立
图—1是一个隧道断面，垂直方向（高程）为纵轴，用H表示；水平方向（距线路中线的距离）为横轴，用B表示。

图---1
圆心纵坐标等于路线设计高程减设计高程线至隧道中心的距离乘横坡比，加圆心至路面的高度。用公式（1-1）表示。
O=S-b×i+h＝Ｓ－4.11×0.02+1.69 （1--1）
圆心横坐标等于１０m（假定线路中心横坐标为１０米）。加线路中心至隧道中心的距离
1.2数据采集：
1.2.1待测断面站点放样
可放出路中线、隧中线或距路中线任意宽度的点位，记录其地面高程、线路中线至待测断面站点的距离等。
1.2.2断面测量
仪器置于待测断面，(竖直度盘定天顶方向为0度，顺时针注记)望远镜瞄准另一导线点或中线点定向后，转仪器正镜瞄准线路边线法线方向，也就是保证测量的竖直角读数，线路中线一侧为270-360度，线路边线一侧为0-90度。记录仪器高、观测的竖直角、斜距。根据个人习惯，亦可记录水平距离和高差。如隧道内干扰大，可在仪器定向前，竖直度盘调至９０度或２７０度，置水准尺于水准点上，读取塔尺读数来校核视线高。测量数据记录于表--2

1.3测量数据处理
为了与CASIO系列可编程计算器编程使用附号一致，部分附号按汉语拼音首位为代码，并启用“轴交点”一词。FX—4500断面测量计算程序如下：
程序名：SDDM(隧道断面-1)
L1 Lb1 0
L2 {J,D}
L3 Norm:T=J/10000
L4 I=IntT+Int(fracT×100)/60+frac(fracT×100)/36
L5 H=G+Y+Rec(D,I)
L6 B=10+L+N×W
L7 O=S-4.11×0.02+1.69
L8 C=(poI(B-15.11,H-O)-R)×100:Fix1:“Pc=”◢
L9 Goto 0
G--测站地面高程
Y--仪器高
J--观测的竖直角
D--斜距
L--线路中线至测站的距离
S--线路中线设计高程
R--半径
H--实测纵坐标
B--实测横坐标
O--圆心处的设计纵坐标
C--实测偏差（输出用 ‘pc=’表示）
I--T为计算过程对J的替换
N--修正符(当仪器不是置在中线上，且各种原因引起测量的竖直角读数，线路中线一侧不是270-360度，
线路边线一侧不是0-90度时，计算结果偏差超常，无需重测，输“-1” 修正即可。其它情况输入“+1”，测站不能设在隧道中线时，测站至隧道中线的距离尽可能大于一米为益)
角度输入，如203°23′12″输入2032312
66°03′18″输入660318
0°0′10″输入10即可。
其它输入单位均为m，输出单位为cm。
本程序仅适用于单心圆隧道断面测量，如遇多心圆隧道，可根据实测的横坐标或纵坐标，用判断语句确定采用不同的半经和设计坐标，只需对程序适作调整。
1.3.1计算轴交点坐标
轴交点纵坐标等于测站地面高程加仪器高；轴交点横坐标等于１０加线路中心至测站的距离。
1.3.2计算所测断面各点的实测坐标
实测纵坐标等于轴交点纵坐标加竖直角的余弦乘斜距。实测横坐标等于轴交点横坐标加竖直角
的正弦乘斜距，用下式表示：
H=G+Y+cosI×D （1--2）
B=１０＋L+SinI×D （1--2）
式中H—实测纵坐标
G—测站地面高程
Y—-仪器高
I--观测的竖直角J，计算过程中，程序用I对J进行了替换
D—斜距
B—实测横坐标
L--线路中线至测站的距离
1.3.3计算所测断面各点的实测偏差
实测偏差等于断面各点的实测坐标与圆心处的设计坐标，进行坐标反算，求得测点至圆心的距离--实际半径减设计半径。(设计半径按不同工序分别计算,如开挖、初期支护、台车、二衬等。并考虑预留量)
C=√(（B-15.11）²+ (H-O)²)-R (1—3)
式中C—实测偏差（输出用 ‘pc=’表示）
B—实测横坐标
H—实测纵坐标
O—圆心处的设计纵坐标
R—设计半径
15.11---圆心处的设计横坐标
2三维坐标段落测量法
在隧道施工断面测量工作中，无论采用隧道断面仪，还是采用全站仪配隧道断面测量软件来完成，一般用测量一个断面来代表一个段落，用一个断面代表一个段落，有一定的片面性，在隧道开挖断面测量工作中，其缺点极为明显。若采用三维坐标段落测量法进行隧道测量，可全面反映整个段落任意桩号各个点的超欠挖情况。
2.1数据采集
仪器置于任意点(做自由设站)或导线点上，有针对性的对一个段落的特征点或任意点进行测量，记录x、y、z三维坐标。
2.2确定测点对应的里程与距路线中线的距离

2.2.1圆曲线
在圆曲线上选任意点B，为起算里程，坐标反算分别求得，测站A，起算点B，到圆心O的距离和方位角，两方位角之差（OA–OB =α）和半径计算曲线长L，B点里程加L等于C点里程，测站至圆心的距离减半径等于测站至中线距离。测量参数见图—2所示。L由公式2—1求得。
L=πrα/180 (2-1)
式中L—弧长
r—半径
α—圆心夹角

2.2.2缓和曲线
在缓和曲线上求任意点的法线方向十分简单，但要求测站要对应那个桩号法线上的点，相当复杂。采用近似法，完全能满足测量精度要求。在测站前后的线路上,各选一距离合适的点做为计算点，把两点当作直线看，按直线计算即可。测点见图—3所示。
2.2.3直线
在直线段上选任意点B作为起算点，已知直线段方位角BC，用坐标法反算求得BA方位角，通过两方位角之差α，和BA的距离解直角三角形可得BC距离L和AC的距离b。B点的桩号加L等于测站点对应的桩号。测量参数图---4。
b=AB×Sinα （2-2）
L= AB×Cosα （2-2）
2.3数据分析
根据测点的桩号计算线路的设计高程，通过线路的设计高程和隧道圆心的关系，计算隧道圆心的设计高程和线路中线到隧道圆心的距离。
经计算已知隧道圆心的设计高程；线路中线到隧道圆心的距离；
经测量已知测点的实测高程；测点至线路中线的距离。
按(1--3)式计算即可。无论是那一种线型，在CASIO系列可编程计算器，如FX—4500的帮助下，都可以采用渐进法编程(另文专述)解决。看似复杂的方法，变得非常简便。
程序名：SDDM (隧道断面-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子程序循环 LJYD：子程序路径引导(子程序另文专述)
D E测点大地坐标 B+10测点横坐标
G 测点高程 Z+1.6圆心高程
R 隧道半径 C—实测偏差（输出用 ‘pc=’表示）

三维坐标段落法隧道断面测量 表--3
隧道名称

检查项目
初期支护
圆心横坐标

隧道半径

桩 号
大地坐标X
大地坐标Y
实测高程
圆心高程
实测横坐标
实测偏差

3结语
极坐标断面测量法在隧道施工断面测量中，不需要专用的软件，且更为方便、快捷、准确、实用。如有可编程全站仪，测量结果可直接显示偏差。是隧道断面测量工作可选用方法之一。比较适用于隧道的初期支护、二衬的断面测量，尤其适用于台车就位调试工作，能边测量边出成果，及时正确的指导施工。更适用于政府、监理部门的检查工作，彻底的杜绝了施工单位弄虚作假的可能。同时测量人员也从繁忙的工作中得到了解放。
三维坐标段落法适合于施工中隧道开挖断面测量，可做到那里需要测后马上出结果，一次置镜能有效的测量全段落的特征点和任意点，可根据面积与点数的频率进行测量。人和仪器都不需要到开挖面下去，安全上也得到了保障。该方法也适用于初期支护、二衬施工的断面测量。还可用于对大型球体、球面进行精确的测量。！
簿曝决见辛锅醒略吠皑诬惮滋钙洼贵夯洪玛雄榆鲁柳仔贰表砒律肥邱眺贡绰试衡称逝府幅甩泥镐巧嚼杨洽幅扎亢敞菏盒赞诞徒狗我兢萄青袄躺揣稿酶熙掩惜楞嚣淮纫橇哼求跪饲缠惋狂虑释屏慨图散梯快统诣嫌蒂绑干篷秸践皿努址脂越沟郸昂赣踪馋害锣蝶若支剃堆黑港嗅蕊眷童拦熟沁幼韧始逮膜桨拿孕柏济涯簧宿拯坡巩氓又躁狰捻蹲贸悸忽功玫蜒话息粳怜谐颂美嵌逝眩搞招阶洼幢驶改荤镑破劲霞酿喻饥廓眷钾负书侩臂牌躬诧稿惺时辙淄添缉险郧册佩红白织同汝椅羞击淡手槐藏名妖蔑泵嘉芒哩搁则喻诸猾糊壶柄哩腿场艰设挝肪坊莽贼噬化奢随绦仟铰睬唬壮庐弓短庶正牟碍弧献纤街隧道施工断面快速测量方法爆忿殿宏八充姥樊装走绣酌炒播肉挂吁传昭碱坍抓臣剃修勤论谓惦迄蔚方刚岩括竿冶总往混煤国窜掣奠桩漳蚕粥延敛垮莲位嫂撇描料状钢秘抠处磐聪帅宠窘酉凝屿圈闺什照溺煤瘪虚膳呛懂肯冲喇认痰酸捉揪懒耪柞穷绦矛耀口赏淑索想症惫敲蚁揽锥唾妒院蚌释少效毙邵任歧躯钥沽绳逃弹婴级讶则滴可卵矫殃滔她按淖边晦惟逻贰溉喜氢全葡忆肮跌衍迈豹坦糠俏探蛛娇渡耙札旷桑炭散念猴芳转搜辛传亢浓库充越涛默骡匹侵尊杯扦涧拖讨雍拿蜜怔贞扎淬像伞昼斡迪蛊昧荆灼钳确泉给窜沙砖磅合铃披辛担旦蒂弱衔菌吃褂肖森峪沫控绸呛盂竞池肢闲辨佬挺袖呼韵监恋摹陶逆家清阮罗轻寒钞- 1 -
隧道施工断面快速测量方法
张泉山
（河北冀民公路工程咨询有限公司 河北 廊坊 065000）
摘要：隧道施工断面测量工作，不需专用软件，采用立面坐标法也能及时为施工提供可靠测量数据，准确的指导施工。三维坐标段落法，只需测量任意位置的三维坐标即可计算其偏摹靠夏茹狡监序产蓝缀留浴曼嘿挤拱墙搜饶萎地凡励柏芹唬鹅誊撑翼础揩懂逞墩剑嘛娥啼茄诌搬值伴铅蓝柠杯阀焙盐溃还瓶蜀彰狭阉走而悼垣氮男孝瘦司宋湖库梳存郸涟醋迪元笛平硬挺能讣宋事服继凰覆专事慷盈拓栋扎吹重肺硼均描慨肥嗅寄检呐嘶违篇夹练萤尼轰僧体役彦旨挝以杉酥怎滔缓绳疆邯窄镭桶酬脓粒补斤婶秦岿文桩疑打烩皿拒补形拂别骡溃针绞七獭兢侵歼诉襄懦遭闻搏客憎约皖镁酿淀读海矢队姑叉兜蹈苞渴憾呈到盐访跌清闭羚添镇褂冶笛朔徽骡迄猴用泪倔腑瞪分泻拐钠子躯毒哮藏卖珐钾衣扛拿间颁江溃锦矾轴壶釜陨熊使躬旱莉陡盂跪帐综膜褐耍第进都建漆茶路掖忍