淺談線路工程隧道施工測量的主要內容及其精度

蔣德興

（四川建筑職業技術學院，四川成都 610300）

0.引言

隧道是線路工程穿越山體等障礙物的通道，或是為地下工程施工所做的地面與地下聯系的通道，隧道施工是從地面開挖豎井或斜井進入地下的，為了加快工程 進度，通常采取多井開挖以增加工作面的辦法。在對向開挖的隧道貫通面上，中線不能吻合，這種偏差稱為貫通誤差。貫通誤差包括縱向誤差、橫向誤差和高程誤差，其中，縱向誤差僅影響隧道中線的長度，容易滿足設計要求。因此，根據具體工程的性質、隧道長度和施工方法的不同，一般只規定貫通面上的橫向誤差及高程誤差的限差：橫向貫通誤差＜100mm～150mm，高程貫通誤差＜50mm～75mm。

在隧道工程施工測量中，首先要進行地面控制測量，也叫洞外控制測量，地面控制測量又分為平面控制測量和高程控制測量兩個部分；然后再進行地下施工測量，也稱為洞內施工測量，地下施工測量同樣分為平面施工測量和高程施工測量兩個部分[1]。

1.地面控制測量

1.1 平面控制測量

隧道工程地面平面控制測量的主要任務是測定各洞口控制點的平面坐標，以便根據洞口控制點將設計方向導向地下，指引隧道開挖，并能按規定的精度進行貫通。對于長度較短的直線型隧道，可以采用直接定線法；對于較長的曲線隧道，可以采用導線作平面控制；對于隧道較長、地形復雜的山嶺地區，地面平面控制網一般布置成三角網形式；對于通視比較困難的地區，用GNSS定位系統技術作地面平面控制測量比較方便。

使用全站儀作導線測量時，通常布設單一導線（閉合或附合）形式，為了簡化內業平差計算，一般不布設導線網。相鄰兩導線點間的邊長應基本接近，避免較長邊跟較短邊相連，否則全站儀觀測該點的轉折角的誤差就會太大，測角誤差的限差應＜24"，邊長往返測量的相對誤差應＜1/7000[2]。

1.2 高程控制測量

隧道工程地面高程控制測量的任務是按規定的精度施測隧道洞口附近水準點的高程，作為起算高程引測進洞的依據，高程控制通常采用三、四等水準測量的方法施測。水準測量應選擇連接洞口最平坦和最短的線路，以期達到設站少、觀測快、精度高的要求。水準路線的布設形式根據已知水準點的個數和分布位置確定，若附近只有唯一已知水準點，就選擇閉合水準路線，若附近有兩個及以上已知水準點，就選擇附合水準路線。

若采用四等水準測量的精度觀測，后、前視距長度應＜100m，視線離地面的最低高度應＞0.5m，后、前視距差應＜5m，后、前視距差累積應＜10m，黑、紅面讀數差應＜3mm，黑、紅面讀數所測高差之差應＜5mm，水準路線高差閉合差按照±20√L（mm）計算，L為水準路線單程長度（km）[2]。

2.地下施工測量

地面控制測量完成后即轉入隧道施工測量，也稱為地下施工測量或洞內施工測量。隧道貫通的橫向誤差主要由隧道中線方向的測設精度所決定，洞內中線的測設方法是根據隧道洞口中線控制樁和中線方向樁，在洞口開挖面上測設開挖中線，并逐步往洞內引測中線上的里程樁。直線段通常每隔10m或20m測設一個中線樁，曲線段通常每隔5m或10m測設一個中線樁，測設的方法可以用全站儀長弦偏角法，也可以用全站儀坐標放樣法。隧道兩側邊線的平面控制點就不用全站儀坐標來控制了，直接使用鋼尺以中線樁拉隧道的寬度就解決了，直線段沿著中線的垂線方向拉隧道寬度，曲線段沿著中線的法線方向拉隧道寬度。邊線樁的平面位置相對于中線樁的平面位置來說，其精度就沒有那么重要了。

中線樁的高程使用水準儀以視線高程法測設，各中線樁的高程根據中線各段的縱向坡度計算，變坡點的豎向曲線采用圓弧線，圓弧線上的高程采用公式H=H′±x2/2R計算。式中：H為豎向曲線上某點的高程，H′為該點對應直線上的高程，x為該點距離豎向曲線上起點的長度，R為豎向曲線的半徑，凸型豎向曲線取“-”號，凹型豎向曲線取“+”號。邊線樁的高程根據對應中線樁的高程和該樁的橫向坡度計算，邊線樁只需要關心各樁的橫向坡度，無須關心邊線樁的縱向坡度，事實上，邊線樁的縱向坡度是一個非常復雜的問題，也沒有必要去關心邊線樁的縱向坡度。

關于各中線樁橫向坡度的計算，直線段部分兩側為對稱雙向坡度，通常為1.5%左右，進入緩和曲線后，內側先保持橫向坡度不變，外側橫向坡度均勻增加，待外側和內側橫向坡度成單向坡度的時候，內、外側的橫向坡度一起均勻變化，外側均勻加大，而內側均勻減小，直到緩和曲線結束時，內、外側的橫向坡度達到最大值，通常為8%左右，緩和曲線結束后就是圓曲線段，整個圓曲線段的橫向坡度不變（8%），且是單向坡度。下面舉例說明：

某隧道工程中線樁直線段為對稱雙向橫向坡度，其大小為1.5%，緩和曲線長度為110m，圓曲線段為單向橫向坡度8%，且是最大值。緩和曲線段外側橫向坡度均勻增加，內側橫向坡度先不變，待與外側橫向坡度成單向坡度時再均勻變小。假定緩和曲線起點樁里程數為K123+053.492，那么整個曲線部分整10m樁號內外側的橫向坡度如表1所示。

3.隧道竣工測量

隧道工程竣工后，為了檢查工程是否符合設計要求，并為設備安裝和運營管理提供基礎信息，需要進行竣工測量，繪制竣工圖。由于隧道工程是在地下，因此隧道竣工測量具有獨特之處，驗收時要檢測隧道中心線的位置是否符合精度要求。竣工測量應提交以下成果：技術設計書和竣工測量方案；控制點平面布置圖；儀器的檢校資料；原始觀測記錄資料；整理之后的各類觀測成果表；竣工測量技術總結報告。

4.隧道施工測量的注意事項

（1）洞內導線應盡量沿著線路中線布設，邊長力求均勻，避免短邊；（2）導線控制點應盡量布設在受施工影響小、通視良好的地段，兩點間視線離建筑物的距離應大于0.5m；（3）測量使用的所有儀器都必須經過鑒定合格才能使用；（4）距離測量應往返觀測2～4個測回，設置好儀器的棱鏡常數以及氣溫氣壓；（5）水平角觀測采用測回法進行，導線前進方向的左角和右角應間隔觀測，以每個測站點的左目標為準配置水平度盤讀數；（6）由于地面和地下的溫度、濕度相差很大，為使儀器箱內的溫度與外界環境的溫度達到一致，儀器應開箱后晾置0.5h～1h才能觀測[2]。

5.結語

隧道施工測量根據工作地點的不同，可以分為隧道洞外控制測量和隧道洞內施工測量，隧道洞外控制測量可以結合隧道的長度和平面形狀以及路線通過地區的地形情況，分別采用導線測量、三角網測量、GNSS定位系統測量等方法，高程控制測量一般采用水準測量或全站儀三角高程測量。隧道貫通測量的最終目的就是保證各項施工工作面均沿著設計的平面位置和高程掘進，使隧道在貫通面上的橫向貫通誤差和高程貫通誤差不超過規定的限度[3]。