水利工程論文-隧道施工斷面快速測(cè)量方法.doc

水利工程論文-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，不需專用軟件，采用立面坐標(biāo)法也能及時(shí)為施工提供可靠測(cè)量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的指導(dǎo)施工。三維坐標(biāo)段落法，只需測(cè)量任意位置的三維坐標(biāo)即可計(jì)算其偏差。關(guān)鍵詞：隧道斷面測(cè)量立面坐標(biāo)法三維坐標(biāo)段落法0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(wú)法進(jìn)行測(cè)量工作。測(cè)量工作在隧道開(kāi)挖施工中非常重要，它控制著隧道開(kāi)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(lái)滿足測(cè)量工作條件。若測(cè)量工作占用時(shí)間過(guò)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?；◣资f(wàn)買(mǎi)一臺(tái)隧道斷面儀，僅能用于隧道斷面測(cè)量，投資太大，為節(jié)省投資可采用全站儀配隧道斷面測(cè)量軟件來(lái)完成。用全站儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集后，再對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)分析可用臺(tái)式、便攜電腦，也可用可編程計(jì)算器進(jìn)行。現(xiàn)將三數(shù)據(jù)分析方法列于表-1,從表-1可以看出，采用可編程計(jì)算器進(jìn)行分析，內(nèi)外業(yè)用時(shí)最少，測(cè)量工作對(duì)工程作業(yè)時(shí)間影響最小。本文將對(duì)這種方便、快捷的測(cè)量和計(jì)算方法進(jìn)行分析與介紹。隧道斷面單點(diǎn)測(cè)量耗時(shí)比較表表-1序號(hào)儀器型號(hào)配套設(shè)備外業(yè)平均用時(shí)（min）內(nèi)業(yè)平均用時(shí)（min）1天寶筆記本電腦及隧道斷面軟件2562徠卡臺(tái)式電腦及隧道斷面軟件853徠卡臺(tái)式電腦及隧道斷面軟件6.574徠卡CASIOFX4500計(jì)算器501極坐標(biāo)斷面測(cè)量法1.1極坐標(biāo)系的建立圖1是一個(gè)隧道斷面，垂直方向（高程）為縱軸，用H表示；水平方向（距線路中線的距離）為橫軸，用B表示。圖-1圓心縱坐標(biāo)等于路線設(shè)計(jì)高程減設(shè)計(jì)高程線至隧道中心的距離乘橫坡比，加圓心至路面的高度。用公式（1-1）表示。O=S-bi+h4.110.02+1.69（1-1）圓心橫坐標(biāo)等于m（假定線路中心橫坐標(biāo)為米）。加線路中心至隧道中心的距離1.2數(shù)據(jù)采集：1.2.1待測(cè)斷面站點(diǎn)放樣可放出路中線、隧中線或距路中線任意寬度的點(diǎn)位，記錄其地面高程、線路中線至待測(cè)斷面站點(diǎn)的距離等。1.2.2斷面測(cè)量?jī)x器置于待測(cè)斷面，(豎直度盤(pán)定天頂方向?yàn)?度，順時(shí)針注記)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)另一導(dǎo)線點(diǎn)或中線點(diǎn)定向后，轉(zhuǎn)儀器正鏡瞄準(zhǔn)線路邊線法線方向，也就是保證測(cè)量的豎直角讀數(shù)，線路中線一側(cè)為270-360度，線路邊線一側(cè)為0-90度。記錄儀器高、觀測(cè)的豎直角、斜距。根據(jù)個(gè)人習(xí)慣，亦可記錄水平距離和高差。如隧道內(nèi)干擾大，可在儀器定向前，豎直度盤(pán)調(diào)至度或度，置水準(zhǔn)尺于水準(zhǔn)點(diǎn)上，讀取塔尺讀數(shù)來(lái)校核視線高。測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表-21.3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(yǔ)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)L1Lb10L2J,DL3Norm:T=J/10000L4I=IntT+Int(fracT100)/60+frac(fracT100)/36L5H=G+Y+Rec(D,I)L6B=10+L+NWL7O=S-4.110.02+1.69L8C=(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(guò)程對(duì)J的替換N-修正符(當(dāng)儀器不是置在中線上，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(wú)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2032312輸入2032312660318輸入6603180010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(yǔ)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。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+cosID（1-2）B=L+SinID（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(guò)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(kāi)挖、初期支護(hù)、臺(tái)車(chē)、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(wú)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(lái)完成，一般用測(cè)量一個(gè)斷面來(lái)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(kāi)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)采集儀器置于任意點(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=）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(jiàn)圖2所示。L由公式21求得。L=r/180(2-1)式中L弧長(zhǎng)r半徑圓心夾角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(jiàn)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(guò)兩方位角之差，和BA的距離解直角三角形可得BC距離L和AC的距離b。