淺析隧道施工斷面測量方法

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據，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。

關鍵詞：隧道；斷面；測量；立面坐標法；三維坐標段落法

隧道施工中各種工序銜接緊湊，平行作業、交叉施工的工程很多，且洞內作業面狹小，如排風不暢，空氣質量差，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，關系到隧道的貫通。為滿足測量工作需要，需選擇關鍵工序工作面污染小的時間，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。花幾十萬買一臺隧道斷面儀，僅能用于隧道斷面測量，投資太大，為節省投資可采用全站儀配隧道斷面測量軟件來完成。用全站儀進行外業數據采集后，再對采集的數據進行分析。數據分析可用臺式、便攜電腦，也可用可編程計算器進行。現將三數據分析方法列于表-1，從表-1可以看出，采用可編程計算器進行分析，內外業用時最少，測量工作對工程作業時間影響最小。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。

1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P表示；水平方向（距隧道中線的距離）為橫軸，用L表示，圓心高程用O表示，超欠挖值用S表示。

2數據采集

把全站儀置于測站點，對中、整平、后視后有針對性的對掌子面的特征點或者任意點進行測量，記錄X、Y、Z三坐標。測站點應選在不被鉆孔臺車擋住視線的適當位置。可用有棱鏡模式也可選用免棱鏡模式測量。

3數據分析

根據測點的樁號計算線路的內軌頂面設計高程，通過線路的內軌頂面設計高程和隧道圓心的關系，計算隧道圓心的設計高程。測出開挖輪廓線上各個待測點坐標和高程并算出其到隧道中線的實測距離，根據所測高程算出理論斷面在此高程時距隧道中線的距離，把實測值和理論值加以比較從而算出此點的水平超欠挖值。

4 數據處理

無論是哪一種線型均可用CASIO系列可編程計算器編一套由X、Y坐標反算出線路里程樁號、距中心線寬度，再由所測高程、距中心線寬度與理論輪廓線上點作比較算出超欠挖值的程序，使看似復雜的方法，變的非常簡便。下面介紹一個適用于直線隧道用FX-4800P編制的一套程序：

程序名：NLSD

Lb1 0

{E F P}：Prog\"SJ\"

E\"CDX\":F\"CDY\":P\"GAOCHENG\":

D=√（(E-A)2+(F-B)2):

J=2tan-1((F-B)÷(D+E-A)):

J<0＝＞J=J+360:≠＞J=J:△

K=J-T:H=G+D*cosK:H\"ZXZH=\"▲

L=D*sink:L\"JL=\" ▲

C=116.667-（H-2020400）*4.5/1000：C\"GUIMIAN=\"▲

O=C+2.43▲

P（6.9+（P-（O-3.4））*0.06734: ≠＞S= AbsL-√((R2-(P-O) 2)) △S\"CQWZ=\" ▲

M=O-3.4：M\"SUIDI=\" ▲

Q=O+7.1：Q\"GONGDING=\" ▲

Goto 0

子程序名：SJ

A=2707480.606：B=549196.059：T=177°51′20″：G=2020900

另外，在計算拱頂部位超欠挖時，在水平方向上量超欠挖值，誤差較大，可在垂直方向上計算量取，只需在程序末語句Goto 0前加一條語句：

M=√（R2-L2）-（P-O）▲即可。

E-實測X坐標

F-實測Y坐標

P-實測點高程

R-圓半徑，如圖-1示這里值應為7.1米

O-所測里程的圓心設計高程

A-直線起點X坐標

B-直線起點Y坐標

T-路線前進方向方位角

G-直線起點里程

ZXZH-所測點樁號

JL-所測點到線路中心線距離，負值為線路左側，正值為線路右側

CQWZ-水平方向上超欠挖值，值為\"+”時為超挖，為\"-”時為欠挖

M-豎直方向超欠挖值，M為正值時表示欠挖，應往上量取；為負值是表示超挖應往下量取。

程序里的0.43是如圖-1示的圓心至起拱線距離，7.1為圓心半徑，3.4為圓心至隧底高度，6.9為隧底邊墻至隧道中心線距離，116.667為變坡點高程，2020400為變坡點樁號，即2020+400

例：

所測掌子面任意一點數據為：X=2706591.4，Y=549232.00，高程P=119.4

運行計算器所得結果依次顯示為：

ZXZH=2021789.928

JL=-2.643

GUIMIAN=110.412

O=112.842

SUIDI=109.442

GONGDING=119.942

CQWZ=-0.079

若點在圓曲線上只需更改反算樁號和距中線距離的程序即可。這里只做簡單分析，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，到圓心的距離和方位角，兩方位角之差（OA-OB=a）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.測量參數見圖-2.L由下列公式求得.

L=∏Ra/180

式中L-弧長

R-半徑

a-圓心角

若點在緩和曲線上時可采用近似法，也可完全滿足測量精度要求.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。若精度要求較高可用緩和曲線上由坐標算出里程和偏距的程序，因程序內容較復雜這里不再敘述。

經常用此程序時可以把已知數據列入一個數據庫，每次運行程序時即會自動調用數據庫，不需每次輸入已知數據。這樣只需輸入X坐標Y坐標和高程三個值便可算出所需要的超欠挖值，從而畫出輪廓線，方便、快捷、準確。同時還可以得出同一里程的理論拱頂高程、圓心高程、軌面高程、隧底高程。

結語。這種三維坐標斷面測量法在隧道施工測量中，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，測量結果可直接顯示超欠挖值。是隧道掌子面畫輪廓線測量工作可選用方法之一。也適用于檢查隧道的初期支護、二襯的斷面超欠挖，能邊測量邊出成果，一次置鏡能有效的測量全部特征點和任意點，可根據面積與點數的頻率進行測量。及時正確的指導施工。為隧道的提前貫通和節約成本提供了有力的保障。更適用于業主監理部門的檢查工作。同時測量人員也從繁忙的工作中得到了解放。三維坐標段落法適合于施工中隧道開挖斷面測量，可做到那里需要測后馬上出結果，一次置鏡能有效的測量全段落的特征點和任意點，可根據面積與點數的頻率進行測量。人和儀器都不需要到開挖面下去，安全上也得到了保障。該方法也適用于初期支護、二襯施工的斷面測量。還可用于對大型球體、球面進行精確的測量。