隧道斷面測(cè)量應(yīng)用程序編制原理

隧道斷面測(cè)量應(yīng)用程序編制

隧道測(cè)量設(shè)備的不斷更新（紅外測(cè)距功能），編程計(jì)算器的普及使用，隧道斷面測(cè)量的手段也日益進(jìn)步。如何更快、更準(zhǔn)的進(jìn)行隧道斷面測(cè)量，也同樣關(guān)系著隧道施工的成敗。

下面簡(jiǎn)單介紹下隧道斷面測(cè)量方法：

首先我們要知道設(shè)計(jì)中提供的有關(guān)數(shù)據(jù)：一般情況下給出隧道所在線路的曲線要素等；隧道逐樁坐標(biāo)（鐵路隧道設(shè)計(jì)中一般不會(huì)給出）；隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖（其中會(huì)明確指明隧道中線與線路測(cè)設(shè)線之間的關(guān)系，隧道斷面的組成）。

通過隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖，我們看出隧道襯砌拱墻部分為單心圓的一部分。我們?cè)谶M(jìn)行隧道斷面測(cè)量時(shí)，可將輪廓線上的點(diǎn)看做圓上的點(diǎn)，如下圖：

LDR上半圓起拱線設(shè)計(jì)標(biāo)高線輪廓線上的點(diǎn)的關(guān)系，可看做D2＋L2=R輪廓線外的點(diǎn)可看做D2＋L2＞R2輪廓線內(nèi)的點(diǎn)可看做D2＋L2＜R2D=H-設(shè)計(jì)標(biāo)高-1.5上式是參見上頁示意圖所列

而設(shè)計(jì)標(biāo)高又與里程有關(guān)，故我們斷面測(cè)量程序需要的三個(gè)變量分別為：｛KLH｝

D=H-(XXXXXXKXXXXX)-1.5

D≥0成立時(shí)E=ABS(L)-(R2D2)（超寬值+為超-為欠）F=D-(R2L2)（超高值+為超-為欠）R=(D2L2)r（半徑方向超欠+為超-為欠）不成立時(shí)E=L-(R2D2)（超寬值+為超-為欠）F=ABS（D）-(R2L2)（超高值+為超-為欠）R=(D2L2)r（半徑方向超欠+為超-為欠）根據(jù)數(shù)學(xué)計(jì)算公式，我們知道我們需要的儀器測(cè)量值為：里程K

距離隧道中線的寬度L高程H

但設(shè)計(jì)中給出的都是大地坐標(biāo)值

我們就要把測(cè)量中導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換為上述坐標(biāo)系中可根據(jù)坐標(biāo)反算程序計(jì)算，也可手算

N隧道中心坐標(biāo)點(diǎn)大地坐標(biāo)系E掌子面YK92+750施工用直角坐標(biāo)系導(dǎo)線點(diǎn)2導(dǎo)線點(diǎn)1隧道中線第一步：計(jì)算隧道中線坐標(biāo)點(diǎn)A與導(dǎo)線點(diǎn)1之間的距離，方位角第二步：計(jì)算隧道中線坐標(biāo)點(diǎn)A與導(dǎo)線點(diǎn)2之間的距離，方位角已知條件：隧道某里程（擬定YK92+750）中心坐標(biāo)，隧道前進(jìn)方位角。第三步：計(jì)算上兩步得出的方位角與隧道前進(jìn)方向方位角之間的夾角第四步：利用距離及夾角計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)的里程及距離隧道中線的距離（在隧道中線左側(cè)距離為-，在隧道中心右側(cè)距離為+）。

利用普通的測(cè)量放樣方式，進(jìn)行置鏡、后視，退回常規(guī)測(cè)量模式，就可以進(jìn)行隧道斷面測(cè)量。

上述方法在隧道直線段可用，在曲線段落同樣可用，不過由于曲線段，隧道前進(jìn)方向不斷變化，要事先估計(jì)掌子面里程，將掌子面前后3米距離看做直線段計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)的施工直角坐標(biāo)，再進(jìn)行常規(guī)測(cè)量（掌子面里程不同，導(dǎo)線點(diǎn)的施工直角坐標(biāo)也不相同，要每循環(huán)進(jìn)行計(jì)算）。

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關(guān)于CASIO系列編程計(jì)算器在隧道斷面測(cè)量中的應(yīng)用

關(guān)于CASIO系列編程計(jì)算器在隧道斷面測(cè)量中的應(yīng)用：隧道斷面施工放樣測(cè)量的快速方法，作者：米躍光

（杭州路達(dá)公路工程總公司：20省道桐廬段改建工程S202段項(xiàng)目部）摘要：隧道施工斷面測(cè)量工作，不需要專用軟件，采用立面坐標(biāo)法就能及時(shí)為施工提供可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的指導(dǎo)施工。三維坐標(biāo)法，只需測(cè)量隧道斷面內(nèi)任意位置的三維坐標(biāo)即可計(jì)算其偏差。

關(guān)健詞：隧道斷面放樣測(cè)量：立面坐標(biāo)、三維坐標(biāo)段落法。

一、前言隧道施工中各種工序銜接緊湊，平行作業(yè)，交叉施工的工序很多，且洞內(nèi)作業(yè)面狹小，排風(fēng)不暢，空氣質(zhì)量差，紅外線測(cè)量?jī)x器的反射信號(hào)太弱，往往無法進(jìn)行測(cè)量放樣工作。測(cè)量放樣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(cè)量放樣工作的需要，需選擇關(guān)健工序工作面污染小的時(shí)間，停止一些次要工序，提前加大排風(fēng)來滿足測(cè)量放樣工作條件。若測(cè)量工作占用時(shí)間過長(zhǎng)，將直接影響工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)放益。在洞內(nèi)測(cè)量必需使用免棱鏡全站儀，配合CASIOfx-4800P計(jì)算器進(jìn)行施工放樣測(cè)量，使用起來非常方便，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。二、CASIOfx-4800P計(jì)算器編程方法：1、直線段隧道斷面：

在直線段上選任意點(diǎn)B作為起算點(diǎn)，已知直線段方位角BC，A點(diǎn)就是我們?cè)谒淼罃嗝嬷兴鶞y(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)點(diǎn)，用坐標(biāo)反算求得BA的方位角。通過兩點(diǎn)方位角之差a和BA的距離，解直角三角形可得BC距離L和AC距離b。B點(diǎn)的樁號(hào)加L等于測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的樁號(hào)。b就是我們所求點(diǎn)隧道斷面的寬度，高程為A點(diǎn)實(shí)測(cè)高程。如圖：

程序文件名：SD-ZD（隧道直線斷面）

程序：B“X0”：C“Y0”：A：K“L0”：Lbl0：{D,E}：D“X1”：E“Y1”：Pol(D-B,E-C)：F=I：J≥0＝＞J=J≠＝＞J=J+360：W=J-A：G“B0”=FSinW▲L=FcosW+K▲

H=（L-K）O“I0”÷100+Q“H0”：S“H1”=√(R2-G2)+H▲Goto0

說明：X0,Y0,A---起點(diǎn)坐標(biāo)及方位角。L0----起點(diǎn)樁號(hào)。X1，Y1----計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)。

B0----計(jì)算點(diǎn)到中線的寬度。L-----計(jì)算點(diǎn)的里程樁。

I0-----路線縱坡。(上坡為正,下坡時(shí)為負(fù))H0----遂道園心處的高程。I，J---計(jì)算器內(nèi)部轉(zhuǎn)換符號(hào)。H1----計(jì)算點(diǎn)的高程計(jì)算值。(與實(shí)測(cè)高程對(duì)比)

計(jì)算實(shí)例：X0=679.969Y0=179.471L0=K1+580A=142°27′06″I0=1.05H0=45.83R=5.81.計(jì)算:X1=663.0Y1=196.0

計(jì)算結(jié)果:B0=-2.764(在線路左側(cè)).L=K1+603.527.H1=51.1762.計(jì)算:X1=659.0Y0=190.0

計(jì)算結(jié)果:B0=2.764(在線路右側(cè)).L=K1+603.042.H1=49.8142、緩和曲線段隧道斷面。

在緩和曲線上求任意點(diǎn)的法線方向十分簡(jiǎn)單，但要求測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)那個(gè)樁號(hào)法線上的點(diǎn)，相對(duì)比較復(fù)雜。采用近似法，完全可以滿足測(cè)量精度要求，在測(cè)站前后的線路上，各選取一距離合適的點(diǎn)作為計(jì)算起點(diǎn)，再把兩點(diǎn)當(dāng)作直線看，按直線段程序進(jìn)行計(jì)算即可。測(cè)點(diǎn)如下圖：

3、圓曲線段隧道斷面

在圓曲線上選任意點(diǎn)B為起算里程，坐標(biāo)反算分別求得測(cè)點(diǎn)A，起算點(diǎn)B，到圓心O的距離和方位角，兩方位角之差（OA-OB=a）和半徑計(jì)算曲線L，B點(diǎn)里程加L等于C點(diǎn)里程，測(cè)點(diǎn)A至圓心的距離減圓曲線半徑等于測(cè)點(diǎn)至中線距離b。見下圖：

程序文件名：SD-YD（隧道圓曲線斷面）

程序：B“X0”：C“Y0”：P”R0”：D“X1”：E“Y1”：K“L1”：Lbl0：{F,G}：F“X2”：G“Y2”：Pol(D-B,E-C)：T=J：Pol(F-B,G-C)：W=J：A=Abs（W-T）：L“L2”=πPA÷180+K▲

M=√（（G-C）2+(F-B)2）:N“B2”=P-M▲H=（L-K）O“I0”÷100+Q“H1”：S“H2”=√(R2-N2)+H▲Goto0

說明：X0,Y0---園曲線園心坐標(biāo)。R0----園曲線半徑。X1，Y1，L1----園曲線計(jì)算起坐標(biāo)與相應(yīng)里程樁號(hào)。H1-----計(jì)算起點(diǎn)樁號(hào)隧道斷面園心處的半徑。X2，Y2------計(jì)算點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)。L2-----計(jì)算點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)換算后的里程。R-----隧道斷面半徑

B2----實(shí)測(cè)坐標(biāo)換算后相應(yīng)里程到中線的寬度。I0-----路線縱坡。(上坡為正,下坡時(shí)為負(fù))I，J---計(jì)算器內(nèi)部轉(zhuǎn)換符號(hào)。

H2----計(jì)算點(diǎn)的高程計(jì)算值。(與實(shí)測(cè)高程對(duì)比)

計(jì)算實(shí)例：X0=5933.769,Y0=8501.474,R0=410,

X1=6028.308,Y1=8102.522,L1=K1+210.927,H1=45.00R=5.8(隧道斷面半徑),I0=1.05,計(jì)算1.X2=5822.913,Y2=8111.941,

結(jié)果:L2=K1+419.9998,B2=4.999,H2=50.135計(jì)算2.X2=5820.1765,Y2=8102.323,

結(jié)果:L2=K1+419.9996,B2=-4.9999,H2=50.135

三、總結(jié)：

三維坐標(biāo)段落法適合于施工中隧道開挖斷面放樣測(cè)量，可做到那里需要，測(cè)后馬上出結(jié)果，一次置鏡能有效地測(cè)量全段落的特征點(diǎn)和任意點(diǎn)，可根據(jù)斷面的大小與點(diǎn)數(shù)的頻率進(jìn)行測(cè)量放樣。該方法也適用于初期支護(hù)、二襯施工的斷面放樣測(cè)量。

本人是從事多年測(cè)量工作的測(cè)量工作者，有豐富的施工測(cè)量工作經(jīng)驗(yàn)。利用CASIOfx-4800P編程，總結(jié)了一些在公路施工測(cè)量中非常方便的測(cè)量程序。如：利用高程進(jìn)行邊坡開挖確定開口線的計(jì)算程序，一套能計(jì)算直線、緩和曲線、圓曲線、卵形曲線中線逐樁坐標(biāo)在及任意邊樁的程序.

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