隧道放样方法.doc

隧道放样方法＋超欠挖计算方法＋程序
时间:2009-12-05 22:50:40   来源:本站  作者:未知  我要投稿  我要收藏  投稿指南
隧道测量是施工中必不可少的一项施工程序。现代的测量工程中有许许多多的测量方法都叫测量的组合，而每一种测量方法都能把测量工作完成，就算是同一个测量部位、同样的条件及其他的因素。为此，我们一定要用科学方法来解决测量工作中的测量问题。
在水电工程中一般的大型水电站都建立在崇山峻岭中。在水电工程建设中大型的开挖如：导流洞、地下厂房、隧道公路、等都是洞挖。而，在溪洛渡水电站的建设中洞挖的工程量相对来讲比较多。所以，隧道测量是施工中必不可少的一项施工程序。现代的测量工程中有许许多多的测量方法都叫测量的组合，而每一种测量方法都能把测量工作完成，就算是同一个测量部位、同样的条件及其他的因素。为此，我们一定要用科学方法来解决测量工作中的测量问题。溪洛渡水电站位于云南永善县和四川雷波县境内,为一跨流域开发引水式电站。电站枢纽由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽三部分组成。首部枢纽位于金沙江上游Ⅰ级支流，厂区枢纽位于金沙江左、右岸。其中引水系统由引水隧洞、调压井、压力管道组成。引水隧洞分为左右引水分别3条全长9393.947m。溪洛渡水电站引水隧洞于2005年10月1日开挖贯通，继而进行开挖断面测量。按规范及监理要求，每3 m测一断面，工作量相当大。为给施工班组进行清欠处理提供准确的开挖断面和提高测量效率，各单位采用了徕卡多功能全站仪断面测量Profiler机载软件。
（一）、前方工作运用
　　（1）、隧道测量工程测量前的工作准备：
　　由于，在隧道工程测量中一多半的工作时间都是在隧道里。但是，隧道里的工作环境一般的比较恶劣，如：光线太黑、空气恶劣、路面不平有少许暗沟等。因此，在隧道测量时的测量工作人员在上班之前必须要准备以下测量工具，强光探照灯、测量仪器和其它的辅助工具，其强光探照灯是在洞中测量中必不可少的一样。
　　在溪洛渡工程测量中每个单位用的测量仪器都不相同如葛洲坝测量队在右岸导流洞测量中用的是徕卡402、405、拓扑康502型红外线测量仪，而水电六局在左岸导流洞测量中用的是徕卡702、402、1202、等型号的红外线测量仪。在溪洛渡测量队中大部分的测量队都用的是红外线激光测量仪。以方便在洞中找点。
　　（2）、隧道测量的程序及运用：
　　在测量隧道中由于时代的变化、科学的进步，我们运用的计算工具也在不断的变化。在如今我们测量工作中一般运用的是CASIO4500、4800、4850等型号的科学计算器还是一种有编程功能的计算器。
　　在隧洞测量时测量人员要根据现场的要求来进行编程，边角程序如：
　　边角后方交会
　　BJHFJH
L1 ABCD：Lbl5：{KSP}
L2 pol(C-A,D-B)
L3 Q=90(1-K)+K SIN-1(S SIN P/V)
L4 T=W+180-P-Q
L6 Rec (S,T) : X=A+V◢ Y=B+W◢
L7 Goto5
说明：
1、 测边的已知点作为P1（A,B），未测边的已知点作为P2（C,D）。
测边对角为锐角时K=1，测边对角为钝角时
2、 K=-1。
3、 角度P是以测边方向为起始方向，顺时针观测另一个已知点方向的右角。
注：理想图形要求实测的S边相对于已知边P1P2越短越好，角P越接近180°越好。
坐标反算
ZBFS
L1 AB：Fixm：{CD}
L2 pol(C-A,D-B)◢
L3 W＜0 W=W+360
L4 lntW +0.01lnt(60 Frac W )+
0.006 Frac(60 FracW) ◢
说明：
1、本程序用于计算直角坐标值已知的两点间的边长和坐标方位角。
2、起算点和目标点的坐标分别为（A，B）、（C，D）。
3、起算点改变时应重新调用程序以改变A、B的值。
4、边长值和方位角值分别自动存放在“V”和“W”中。“W”的单位为：度“ °”。

隧洞断面图如上的程序如下：
直线断面放样程序（2）
ZXFY2
L1 Lbl0：{ABH}：ABH:POL(A-X,B-Y):
L2 L=ICos (J-G)◢
L3 M=Isin(J-G) ◢
L4 V=H-N◢
L5 V=16.83 W=
（(V-16.83)2＋M2）◢
Goto5
说明：
1. 本程序用于计算直线段的如图断面样式的隧洞程系放样程系。
2. 坐标A,B,H,是测算出来的坐标数据。
3. 已知的坐标X,Y是从图纸上的起算点坐标。
4. J是方位角，是隧洞的轴线方向。
5. M是偏中，V是实际高程，W是实际测量出来的顶拱位置。
后方交会3HFJHCX
L1 ABCDEF：Lbl5：{OPQ}
L2 I=-O+P：J=Q-P
L3 G=Abs（I/90）:H=Abs（J/90）
L4 G=1 I=I+0.01″
L5 G=2 I=I+0.01″
L6 G=3 I=I+0.01″
L7 H=1 J=J+0.01″
L8 H=2 J=J+0.01″
L9 H=3 J=J+0.01″
L10 K=(A-C)+(B-D)/tanI
L11 L=(D-B)+(A-C)/tanI
L12 M=(C-E)+(F-D)/tanJ
L13 N=(F-D)+(E-C)/tanJ
L14 U=(K+M)/(L+N)
L15 X=C+(K-UL)/(1+U2)◢
L16 Y=D+U(K-UL)/(1+U2)◢
L17 Goto5
1、本程序用于利用3个合适的已知点进行方向后方交会法计算测站坐标。
2、观测、计算时将3个已知点按顺时针方向对应排列，已知点的直角坐标分别为（A，B）、（C，D）和（E，F）。对应3个已知点的方向值分别为O、P、Q。
3、L3至L9行的作用是当两相邻方向间的夹角出现直角或平角时将导致不能计算时进行自动处理。
4、为提高解算精度和防止错误，宜尽可能使测站点与3个已知点组成较理想的图形，如采取测站点靠近3个已知点组成的三角形的中心区域、避免出现“危险园”图形和增加已知点组成多组后交图形比较计算等措施。
5、当已知点发生变化应重新调用程序。

边角后方交会
（Filename）9BJHFJH
L1 ABCD：Lbl5：{KSP}
L2 pol(C-A,D-B)
L3 Q=90(1-K)+K SIN-1(S SIN P/V)
L4 T=W+180-P-Q
L6 Rec (S,T) : X=A+V◢ Y=B+W◢
L7 Goto5
说明：
1、 测边的已知点作为P1（A,B），未测边的已知点作为P2（C,D）。测边对角为锐角时K=1，测边对角为钝角时。
2、 K=-1。
3、P是以测边方向为起始方向，顺时针观测另一个已知点方向的右角。
4、 理想图形要求实测的S边相对于已知边P1P2越短越好，角P越接近180°越好。
　　（3）、测量过程及人员安排
　　仪器架设在待测断面前，位于仪器无棱镜观测的最好方向便于观测，(竖直度盘定天顶方向为0度，顺时针注记)测量的竖直角读数，。记录仪器高、观测的竖直角、斜距水平距离和高差便于检查。如隧道洞内干扰很大，可能影响仪器的稳定。所以在测量过程中要不断的查看仪器是否气泡居中，与免影响测量的精度。
　　在测量的人员安排是有固定规定的，在测量放样中每个人都有他的一定作用呀！一般情况下，一组放样人员需要4人，带班一人，辅助3人，具体如，观测一人、记录一人、扶棱镜一人、做点一人，这是一般的安排，但是，具体的还要分人员的数量和工作效率来安排具体的工作人数。
（二）、展图过程及方法：
　　1． 通过全站仪的内存数据传输到计算机上后为GSI格式的数据文件，在通过南方CASS 5.1、6.0来毒气数据如图：
点击后进行下一步：

转换后的数据为 .DAT文件，可以直接在CASS上展图了。

选择好你转换后的数据文件名后就点打开，根据CASS6.0的下方命令提示来一步步的完成操作。
（三）、超欠挖的计算
　　超挖大家可能都比较清楚就是在比预定或者是在工程上所说的设计的面积大了就叫超挖，欠挖也就是比设计图纸面积小的叫做欠挖。
打开边界的命令符号显示如图；
点击新建后选中超欠挖的线段和设计的线段后，然后点击反键或者回车以后选择超挖的位置正键单击后如图：
绿色线段是面域后的图块。然后，单键点击线段后旁边的对象特征中的面积一格中就会显示面积数目。
做完一个后记录到xls上根据断面桩号的超欠挖面积，如图表的样式
填入图表后根据xls的计算功能来计算超欠挖的面积。体积计算以两个相邻面积

全站仪免棱镜测距技术在隧道施工测量中的应用
发布日期：2009-11-1
浏览次数：229
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　　1 前言
　　全站仪以其高度自动化和准确快捷的定位功能在目前工程测量工具上确立了其统治地位。许多新技术运用到全站仪的制造和使用当中，如无反射棱镜测距、目标自动识别与瞄准、动态目标自动跟踪、无线遥控、用户编程、联机控制等。在隧道控制测量中，全站仪业已普及，但以其作为隧道施工测量的测量工具并不多见。新建隧道施工中的最主要工序，如掘进掌子面放样、断面测量及围岩净空位移量测等，与工程的经济效益、安全质量有着根本的联系。免棱镜测距技术的应用，通过辐射测量极坐标的方式，能够准确、快速地完成隧道掘进放样、断面测量、围岩净空位移量测等主要施工测量工作，全部测量内业利用计算机自动处理，为隧道施工测量带来技术革命，为整个工程节约时间、减少投资。本文以新原高速公路雁门关隧道施工为例，介绍应用全站仪免棱镜测距这一新兴技术来进行隧道开挖放样、断面测量及围岩净空位移量测等隧道施工日常测量工作。
　　2 工程概况
　　新原高速公路雁门关隧道位于山西代县境内，为目前国内高速公路最长隧道，是新原高速公路的咽喉控制工程。设计为4车道双洞单向行驶隧道，左洞长5235米，右洞长5323米，净宽10米，净高6米。6B合同段为出口段，全长5175米（左洞长2560米，右洞长2615米）。该段地质条件复杂，其中III类及以下围岩占全段的76.8%，成为该隧道施工的难点。隧道施工中掘进放样、开挖后断面测量及围岩监测等测量任务重，尤其是超欠挖所带来的经济损失更是不容忽视。对此，选择徕卡TCRA1101型免棱镜测距全站仪来进行开挖放样、断面测量及围岩净空位移量测等主要日常测量工作。徕卡 TCRA1101型全站仪，测角精度为1.5″，测距精度为2+2ppm，免棱镜测量标称距离为250m。
　　3 免棱镜测距技术的应用
　　3.1掘进掌子面断面放样
　　放样前，先将隧道设计参数如洞门点坐标及高程、纵坡参数、开挖断面形状等通过有关程序输入仪器内存。放样时仪器可置于导线点或利用自由测站、后方交会程序完成设站工作，包括设置测站点三维坐标、仪器高、方位角。为使仪器与掌子面距离不至于太远，仪器一般不直接安置于导线点上，而通常采用后方交会方式来完成仪器的设站工作。临时后视点可埋设在边墙上，但须注意检查其稳定性。
　　仪器建站后，首先瞄准掌子面（仅用激光点对准—激光与望远镜同轴）测出掌子面至仪器站的距离，仪器计算出掌子面的里程，根据里程及有关输入的参数定位掌子面开挖断面，而后开始进行开挖轮廓线上点的测设。放样点可按设置间距从左到右、从中间向两侧等不同顺序测设。当红色激光指向第一个点位确定后，点上红油漆就完成一个点位的放样工作，按操作键仪器在马达的驱动下转向下一个点，依此类推放样完所有的点。
　　当掌子面不平时，应增加每个点位的测量次数，一般设为3至6次，并给出点的允许偏差，仪器每测一次得所测点位的三维坐标并计算出激光点离设计轮廓的偏移值，将修正偏移值后重测其坐标值，重算偏移值，若偏移值在允许偏差范围内，激光点处位置即可认为是开挖轮廓线上的点，否则重测。
　　利用此程序还可以放样出掌子面每一个炮孔的设计位置。
　　3.2断面测量
　　徕卡TCRA1101 PLUS型全站仪机内配置有两个程序可以进行断面测量。一个是在所测断面内的任一位置安设仪器，可用后方交会、自由测站或已知站点设站，确定仪器的三维坐标及设置方位角，然后启动断面测量程序，设置好有关参数后，仪器在司服马达的驱动下照准布于隧道轴线法线的竖直平面旋转一周，同时按设置间隔距离测取仪器到各测点的距离及角度，并存储于仪器内存或PC卡上，即完成一个断面的外业测量工作（图1所示）；另一断面测量程序是仪器不一定安置在所测断面垂直面内，建站工作同前，可测取仪器免棱镜测程内的所有需测的断面。此方法优点在于不用频繁搬动仪器，可测取任一需测断面，但开挖后的断面表面凹凸不平，断面每个点位的测取需重复多次。对衬砌后轮廓规则的断面此法测量速度将大大快于前一种方法。
　　将不同断面的外业测量记录输入装有相应断面测量后处理软件的计算机，计算机经过分析、计算与理论断面比较等处理过程，最后输出实测及理论断面比较图形、断面面积、超、欠挖面积等有关参数。
　　3.3围岩净空位移量测
　　隧道采用钻爆法施工，根据新奥法基本原理，运用围岩监控量测来掌握施工过程中围岩变形及支护状况，及时准确获取监测信息，并指导施工，以达到安全、可靠、经济的目的。为快速、高效、准确完成围岩净空位移量测任务，采用三维非接触量测新技术。其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测定量测点点位不同时段的三维坐标，将测量数据输入计算机进行后处理，最后输出监测成果。全站仪内相应配围岩收敛检测模块，计算机内配围岩收敛分析处理输出模块。
　　自由设站三维非接触观测系统由观测主机全站仪、反射靶标、后视基准点及计算机组成。
　　后视基准点要求稳固，其坐标可根据现场情况自行设置或利用隧道内控制测量的导线点；反射靶标采用3mm厚的薄铝板制成70×80mm的方板，表面贴上60×60mm的反射膜片，中间钻直径为3mm的小孔，用膨胀螺栓锚固在初期支护的表面或点焊在初期支护的钢筋上，按有关规范要求在隧道内进行点位布置。测量时中心小孔为照准点，观测时反射膜片与仪器光轴的倾斜角度应不大于30度，以减少照准对测距的影响。
　　观测前，对全站仪进行调校，使仪器处于最佳状态。观测时，打开仪器的角度改正及补偿器功能，并对仪器进行气压和温度的气象改正。观测采用记录测量模式，所有观测数据均存储在模块内。
　　全站仪采用自由设站，但为了消除膜片倾斜对测距的影响，每次量测时测站位置应大致相同。观测时采用三次重复设站，每次设站采用双盘测回结合三次重复照准的冗余观测方法，即每一测站上分别用两个盘位连续、重复照准三次目标点，然后取平均值作为一次设站观测的结果。量测频率主要根据位移速度和测点距开挖面的距离而定。一般在测点埋设初期测试频率每天1-3次，随着围岩渐趋稳定，量测次数减少，当出现不稳定征兆时，增加量测次数。当围岩达到基本稳定后，以1次/3日的频率量测2周，若无明显变形，则可结束量测。
　　将每次测量记录按要求输入装有后处理程序的计算机，计算机将自动分析处理量测数据，并相应输出量测成果，并打印报表。
　　4 结论
　　免棱镜测距技术应用于隧道测量有如下优点：
　　 （1）测量速度快
　　掘进放样、断面测量、围岩净空位移量测等每一断面均可在几分钟内完成。
　　 （2）准确
　　一是测设定点精度准确。其精度可依工程所需而定，可达几毫米的精度。二是固定性。程序编制时要求仪器自动寻找断面上相同的点（即虽掌子面里程不同，但所放样各点在隧道纵向上相对于隧道中线、轨面的位置固定），且各点在开挖轮廓线上间距一致，这为钻眼爆破带来极大便利——测点即是炮眼，炮眼间距固定。每茬炮钻眼在断面同一位置，为钻眼角度提供很好的参考方向，使整个隧道炮眼顺直，进一步减少超欠挖，减少安全质量隐患。同理，如有必要，也可将需要的爆破设计炮眼位置准确放样出来，如掏槽眼等，为提高爆破效果提供技术援助。
　　（3）设站灵活
　　因为仪器可用距离后方交会设站，这就给测量带来很大灵活性，可以在不同的现场条件下选择最佳位置设站，减少其它工序对测量的干扰，反之也减少了测量对其它工序的干扰。在某些人力设备不能到达的或危险的地方，只要满足测程与通视两个条件就可完成测量任务，减少测量对其它机械设备（如脚手架，升降机等）的依赖。因全站仪采用极坐标的方式进行放样，加上其自动化程度较高，一般即需二人即可完成作业任务。
　　（4）与其它工序平行作业
　　传统开挖轮廓线放样一般在出碴完后进行，往往占用数十分钟的时间，而采用全站仪放样，尤其是通风效果好时，可将仪器安置在边墙附近，装碴的同时便可完成碴堆以上开挖轮廓线放样与坑道断面扫描，装碴完成后抢用其它工序准备工作的几分钟完成剩余测量工作。或装碴快完成时，边装碴边测量，实现零分钟测量。
　　 （5）适应性强
　　因全站仪是以极坐标方式来测量坑道上的点的坐标，而设计坑道上任何点都有自身的解析坐标，从测量的观点与隧道解析观点来看，也就不再存在曲线隧道、曲墙断面放样、工作面不规则等种种不便，使各式各样的线路走向、断面形状问题统一化为极坐标与隧道解析的问题。我们关心的是如何去准确测量点的三维坐标，在程序中如何描述线路、断面设计参数，让计算机去关心具体一个点位于曲线与直线、直墙与曲墙的问题。
　　总之，免棱镜测距的出现，使传统隧道工程测量不易、不能解决的问题得到很好的解决。准确、快速、灵活的测量，有望建立隧道表面数字模型，准确快速绘制任意里程断面图，为施工决策提供数据基础，减少浪费，减少返工，为整个工程提供基础保证。虽然目前此类功能齐全（无棱镜测距，司服马达等）的全站仪价格一般偏高，但综合整个工程来考虑，还是减少了工程造价。随着长测程无棱镜测距硬件的进一步完善，入世后硬件价格的下降，计算机技术人员的积极参与其中，开发出完备的软件系统，这一技术将在隧道施工放样中得到普及，取代传统的断面放样、断面测量及围岩净空位移量测等，特别是长大隧道更应将其作为首选测量工具。