隧道施工斷面快速測(cè)量方法

隧道施工斷面快速測(cè)量方法

摘要：

隧道施工斷面測(cè)量工作，使用帶有無棱鏡測(cè)量的全站儀和可編程的CASIO4850計(jì)算器，使用極坐標(biāo)法就可以檢測(cè)任意斷面位的超欠挖情況，準(zhǔn)確的指導(dǎo)施工。配合CASS5.1成圖軟件就可以快速的繪制斷面圖，明確超欠挖方量。關(guān)鍵詞：隧道斷面測(cè)量

前言

隧道施工和大橋施工一樣，各種工序銜接十分的緊湊，平行作業(yè)、交叉施工的工作面很多，如果一道工序滯后都會(huì)影響整體工程進(jìn)度。而且洞內(nèi)作業(yè)面狹小，隧道開挖造成了很大的灰塵，如果排風(fēng)量不夠就會(huì)使全站儀信號(hào)無法返回，無法正常進(jìn)行測(cè)量房樣工作。測(cè)量工作在隧道開挖施工中尤為重要，它控制著隧道開挖的平面、高程和斷面幾何尺寸，關(guān)系到整個(gè)隧道的貫通。為滿足測(cè)量工作需要，需選擇關(guān)鍵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)量工作條件。所以若測(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)效益。如何及時(shí)、準(zhǔn)確的提供測(cè)量成果，使用的儀器和方法便成了重要因素。如果花幾十萬買一臺(tái)隧道斷面儀，雖然可有效的提高測(cè)量速度和精度但是僅能用于隧道斷面測(cè)量，投資巨大，也會(huì)浪費(fèi)公司資源。為節(jié)省投資可采用全站儀配隧道斷面測(cè)量成圖軟件來完成。用全站儀測(cè)量斷面極坐標(biāo)后就可使用可編程的CASIO4850計(jì)算器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算，馬上就可反映超欠挖的情況。節(jié)省了放樣的時(shí)間。在隧道收方時(shí)使用全站儀采集斷面極坐標(biāo)數(shù)據(jù)后使用CASS5.1成圖軟件就可以直觀的反映隧道斷

面情況和超欠挖方量。

斷面待測(cè)點(diǎn)的放樣

將儀器于隧道洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)（隧道內(nèi)的點(diǎn)位已和外部導(dǎo)線連測(cè)），對(duì)好后視后使用無棱鏡測(cè)量并打開可視紅外線（我項(xiàng)目部使用的全站儀為TOPCONGPT-3000L系列，無棱鏡測(cè)量距離為600米）。

1.2.2斷面測(cè)量

1.3測(cè)量數(shù)據(jù)處理為了與CASIO系列可編程計(jì)算器編程使用附號(hào)一致，部分附號(hào)按漢語拼音首位為代碼，并啟用軸交點(diǎn)一詞。FX4500斷面測(cè)量計(jì)算程序如下：程序名：SDDM(隧道斷面-1)L1Lb10L2{J,D}

L3Norm:T=J/10000

L4I=IntT+Int(fracT×100)/60+frac(fracT×100)/36L5H=G+Y+Rec(D,I)L6B=10+L+N×WL7O=S-4.11×0.02+1.69

L8C=(poI(B-15.11,H-O)-R)×100:Fix1:Pc=L9Goto0G--測(cè)站地面高程Y--儀器高J--觀測(cè)的豎直角D--斜距

L--線路中線至測(cè)站的距離S--線路中線設(shè)計(jì)高程R--半徑H--實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)B--實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)O--圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)

C--實(shí)測(cè)偏差（輸出用‘pc=’表示）I--T為計(jì)算過程對(duì)J的替換N--修正符(當(dāng)儀器不是在中線上，且各種原因引起測(cè)量的豎直角讀數(shù)，線路中線一側(cè)不是270-360度，

線路邊線一側(cè)不是0-90度時(shí)，計(jì)算結(jié)果偏差超常，無需重測(cè)，輸-1修正即可。其它情況輸入+1，測(cè)站不能設(shè)在隧道中線時(shí)，測(cè)站至隧道中線的距離盡可能大于一米為益)

角度輸入，如203°23′12″輸入203231266°03′18″輸入6603180°0′10″輸入10即可。

其它輸入單位均為m，輸出單位為cm。

本程序僅適用于單心圓隧道斷面測(cè)量，如遇多心圓隧道，可根據(jù)實(shí)測(cè)的橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)，用判斷語句確定采用不同的半經(jīng)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)，只需對(duì)程序適作調(diào)整。

轉(zhuǎn)貼于中國論文下載中心1.3.1計(jì)算軸交點(diǎn)坐標(biāo)

軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)等于測(cè)站地面高程加儀器高；軸交點(diǎn)橫坐標(biāo)等于１０加線路中心至測(cè)站的距離。

1.3.2計(jì)算所測(cè)斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)

實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)等于軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)加豎直角的余弦乘斜距。實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)等于軸交點(diǎn)橫坐標(biāo)加豎直角

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實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)G測(cè)站地面高程Y-儀器高

I--觀測(cè)的豎直角J，計(jì)算過程中，程序用I對(duì)J進(jìn)行了替換D斜距B實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)

L--線路中線至測(cè)站的距離

1.3.3計(jì)算所測(cè)斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)偏差

實(shí)測(cè)偏差等于斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)與圓心處的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，進(jìn)行坐標(biāo)反算，求得測(cè)點(diǎn)至圓心的距離--實(shí)際半徑減設(shè)計(jì)半徑。(設(shè)計(jì)半徑按不同工序分別計(jì)算,如開挖、初期支護(hù)、臺(tái)車、二襯等。并考慮預(yù)留量)C=√(（B-15.11）+(H-O))-R(13)式中C實(shí)測(cè)偏差（輸出用‘pc=’表示）B實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)H實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)O圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)R設(shè)計(jì)半徑

15.11---圓心處的設(shè)計(jì)橫坐標(biāo)2三維坐標(biāo)段落測(cè)量法

在隧道施工斷面測(cè)量工作中，無論采用隧道斷面儀，還是采用全站儀配隧道斷面測(cè)量軟件來完成，一般用測(cè)量一個(gè)斷面來代表一個(gè)段落，用一個(gè)斷面代表一個(gè)段落，有一定的片面性，在隧道開挖斷面測(cè)量工作中，其缺點(diǎn)極為明顯。若采用三維坐標(biāo)段落測(cè)量法進(jìn)行隧道測(cè)量，可全面反映整個(gè)段落任意樁號(hào)各個(gè)點(diǎn)的超欠挖情況。2.1數(shù)據(jù)采集

儀器于任意點(diǎn)(做自由設(shè)站)或?qū)Ь�點(diǎn)上，有針對(duì)性的對(duì)一個(gè)段落的特征點(diǎn)或任意點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記錄x、y、z三維坐標(biāo)。2.2確定測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的里程與距路線中線的距離2.2.1圓曲線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)站A，起算點(diǎn)B，到圓心O的距離和方位角，兩方位角之差（OAOB=α）和半徑計(jì)算曲線長(zhǎng)L，B點(diǎn)里程加L等于C點(diǎn)里程，測(cè)站至圓心的距離減半徑等于測(cè)站至中線距離。測(cè)量參數(shù)見圖2所示。L由公式21求得。L=πrα/180(2-1)式中L弧長(zhǎng)r半徑α圓心夾角2.2.2緩和曲線

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)站要對(duì)應(yīng)那個(gè)樁號(hào)法線上的點(diǎn)，相當(dāng)復(fù)雜。采用近似法，完全能滿足測(cè)量精度要求。在測(cè)站前后的線路上,各選一距離合適的點(diǎn)做為計(jì)算點(diǎn)，把兩點(diǎn)當(dāng)作直線看，按直線計(jì)算即可。測(cè)點(diǎn)見圖3所示。2.2.3直線

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，用坐標(biāo)法反算求得BA方位角，通過兩方位角之差α，和BA的距離解直角三角形可得BC距離L和AC的距離b。B點(diǎn)的樁號(hào)加L等于測(cè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的樁號(hào)。測(cè)量參數(shù)圖---4。b=AB×Sinα（2-2）L=AB×Cosα（2-2）2.3數(shù)據(jù)分析

根據(jù)測(cè)點(diǎn)的樁號(hào)計(jì)算線路的設(shè)計(jì)高程，通過線路的設(shè)計(jì)高程和隧道圓心的關(guān)系，計(jì)算隧道圓心的設(shè)計(jì)高程和線路中線到隧道圓心的距離。經(jīng)計(jì)算已知隧道圓心的設(shè)計(jì)高程；線路中線到隧道圓心的距離；經(jīng)測(cè)量已知測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)高程；測(cè)點(diǎn)至線路中線的距離。

按(1--3)式計(jì)算即可。無論是那一種線型，在CASIO系列可編程計(jì)算器，如FX4500的幫助下，都可以采用漸進(jìn)法編程(另文專述)解決�？此茝�(fù)雜的方法，變得非常簡(jiǎn)便。

程序名：SDDM(隧道斷面-2)L1Lbl0：L2{DE}：progXH：progLJYD：

L3{G}：C=((poI(15.11-B-10,G-Z-1.6))-OR)×100:Fix1:Pc=L4Goto0式中

XH子程序循環(huán)LJYD：子程序路徑引導(dǎo)(子程序另文專述)DE測(cè)點(diǎn)大地坐標(biāo)B+10測(cè)點(diǎn)橫坐標(biāo)G測(cè)點(diǎn)高程Z+1.6圓心高程

R隧道半徑C實(shí)測(cè)偏差（輸出用‘pc=’表示）

三維坐標(biāo)段落法隧道斷面測(cè)量表--3

隧道名稱檢查項(xiàng)目初期支護(hù)圓心橫坐標(biāo)隧道半徑樁號(hào)大地坐標(biāo)X大地坐標(biāo)Y實(shí)測(cè)高程圓心高程實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)實(shí)測(cè)偏差3結(jié)語

極坐標(biāo)斷面測(cè)量法在隧道施工斷面測(cè)量中，不需要專用的軟件，且更為方便、快捷、準(zhǔn)確、實(shí)用。如有可編程全站儀，測(cè)量結(jié)果可直接顯示偏差。是隧道斷面測(cè)量工作可選用方法之一。比較適用于隧道的初期支護(hù)、二襯的斷面測(cè)量，尤其適用于臺(tái)車就位調(diào)試工作，能邊測(cè)量邊出成果，及時(shí)正確的指導(dǎo)施工。更適用于政府、監(jiān)理部門的檢查工作，徹底的杜絕了施工單位弄虛作假的可能。同時(shí)測(cè)量人員也從繁忙的工作中得到了解放。

三維坐標(biāo)段落法適合于施工中隧道開挖斷面測(cè)量，可做到那里需要測(cè)后馬上出結(jié)果，一次鏡能有效的測(cè)量全段落的特征點(diǎn)和任意點(diǎn)，可根據(jù)面積與點(diǎn)數(shù)的頻率進(jìn)行測(cè)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(hù)、二襯施工的斷面測(cè)量。還可用于對(duì)大型球體、球面進(jìn)行精確的測(cè)量。！

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隧道施工斷面快速測(cè)量方法

摘要：隧道施工斷面測(cè)量工作，不需要專用軟件，采用里面坐標(biāo)法也能及時(shí)為施工提供可靠測(cè)量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的知道施工。三維坐標(biāo)斷面法，只需要測(cè)量任意位置的三維坐標(biāo)即可及時(shí)計(jì)算其偏差。關(guān)鍵詞：隧道、斷面、快速測(cè)量。

中圖分類號(hào)：u45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：前言

隧道施工中各種工序銜接緊湊，平行作業(yè)、交叉作業(yè)施工的工程很多，且洞內(nèi)作業(yè)面狹小，如排風(fēng)不暢，空氣質(zhì)量差，紅外線測(cè)量?jī)x器反射信號(hào)太弱，往往無法進(jìn)行測(cè)量工作。測(cè)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，高程和斷面集合尺寸，關(guān)系到隧道的貫通。為滿足測(cè)量工作需要，必須選擇在工作面無干擾，空氣污染小的時(shí)候進(jìn)行測(cè)量工作。若測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)就直接影響工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。如何及時(shí)、準(zhǔn)確的提供測(cè)量成果，使用的儀器和方法便成了重要因素。目前國內(nèi)隧道測(cè)量工作主要以全站儀為主，也有少數(shù)的項(xiàng)目配備有斷面儀，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮斷面儀的投資過大而僅能用于斷面的測(cè)量，得不償失。然而用帶面棱鏡功能的全站儀配合編程計(jì)算器完成隧道的測(cè)量工作既能滿足經(jīng)濟(jì)投入少、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量速度快、內(nèi)業(yè)用時(shí)少、對(duì)工程作業(yè)時(shí)間影響也最小。本文將對(duì)這種方便、快捷的測(cè)量和計(jì)算方法進(jìn)行分析和介紹。三維坐標(biāo)斷面測(cè)量方法原理

在隧道施工斷面測(cè)量工作中，無論采用隧道斷面儀，還是采用全站儀配隧道測(cè)量軟件來完成，一般用測(cè)量一個(gè)斷面來代表一個(gè)段落，有一定的片面性。在隧道開挖斷面測(cè)量工作中，其缺點(diǎn)極為明顯。若采用三維坐標(biāo)斷面測(cè)量法進(jìn)行隧道測(cè)量，可全面反映整個(gè)段落任意樁號(hào)上各個(gè)點(diǎn)的超欠挖情況極坐標(biāo)系的建立

我們先以直線段為例，以線路零樁號(hào)為坐標(biāo)系原點(diǎn)建立施工坐標(biāo)系（施工坐標(biāo)系建立詳見工程測(cè)量學(xué)）。如圖一所示，是一個(gè)單圓心圓形隧道斷面，以圓心o為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，線路中心線前進(jìn)方向?yàn)閤軸，水平方向（距線路中線的距離）為橫軸用y表示，垂直方向（高程）為縱軸用h表示。首先計(jì)算圓心坐標(biāo)g=h+l×i（公式1）；

g為圓心點(diǎn)高程；l為斷面樁號(hào)；i隧道線路縱坡,h為線路起點(diǎn)設(shè)計(jì)高程。

則圓心點(diǎn)坐標(biāo)為（l,0，g）。斷面測(cè)量圖一

目前全站儀都帶有后方交會(huì)功能，將儀器架在適當(dāng)位置設(shè)站、后視，檢查無誤后在隧道斷面上測(cè)任意一點(diǎn)p的三維坐標(biāo),p點(diǎn)坐標(biāo)為（x,y,z）,其中x為測(cè)點(diǎn)樁號(hào)，y為測(cè)點(diǎn)距離，z為測(cè)點(diǎn)高程。那么我們可以以求測(cè)點(diǎn)p至圓心o距離r=√(y2+(z-g)2)(公式2)；

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