隧道超欠挖控制.doc

淺談隧道超欠挖計(jì)算原理與程序設(shè)計(jì) 摘要：隨著鐵路、公路建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)隧道建設(shè)的施工技術(shù)也大幅度提高，由于工期緊迫促成測(cè)量放樣的過(guò)程也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，如果再采用普通的尺距法不僅僅降低了放樣效率還造成了輪廓線(xiàn)的放樣精度，導(dǎo)致開(kāi)挖掘進(jìn)造成隧道超欠挖，所以現(xiàn)在通過(guò)卡西歐編程計(jì)算器結(jié)合帶紅外線(xiàn)的全站儀進(jìn)行配套操作，這樣不僅提高了施測(cè)效率還保證了放樣精度，現(xiàn)通過(guò)本文給大家講解隧道超欠挖的計(jì)算原理和程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：隧道超欠挖 計(jì)算原理程序設(shè)計(jì) 何為超欠挖？：隧道超欠挖分為（超挖和欠挖），超挖即為隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)大于隧道設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)，欠挖即為隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)小于隧道設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)。 超欠挖的影響：隧道超欠挖不止直接影響到了施工進(jìn)度、安全質(zhì)量，還會(huì)讓開(kāi)挖費(fèi)用增加，更重要的是由此造成了過(guò)量超填混凝土的費(fèi)用。超挖在實(shí)際施工中由于重視不夠或方法不當(dāng)，以至于在施工過(guò)程中會(huì)不知不覺(jué)地提高工程成本，從而也減少了應(yīng)得的利潤(rùn)。 超欠挖是如何產(chǎn)生的？在目前的隧道施工中，掘進(jìn)技術(shù)有兩種方法，一種是傳統(tǒng)的“鉆爆法（開(kāi)挖臺(tái)階法）”；一種是“全斷面掘進(jìn)法（盾構(gòu)掘進(jìn)法）”。受各種條件的制約，“鉆爆法”仍是隧道施工的主要掘進(jìn)方法。所以隧道超欠挖的形成也是不可避免的，下面講述一下形成超欠挖的三種情況。1、巖層變化：由于隧道開(kāi)挖過(guò)程中隨著巖層的變化，地質(zhì)條件和圍巖裂隙的發(fā)生會(huì)出現(xiàn)不可避免的超欠現(xiàn)象，所以巖體是超欠挖的主要因素之一。 2、爆破方式：由于工作面（掌子面）是一個(gè)不平整的巖體面，導(dǎo)致鉆孔間距控制不當(dāng)或間距過(guò)大、過(guò)小，容易影響其他孔位的爆破效果，或者由于裝藥結(jié)構(gòu)控制不當(dāng)和掏槽不合理也會(huì)造成隧道超欠現(xiàn)象。 3、測(cè)量放線(xiàn)：由于隧道測(cè)量放線(xiàn)過(guò)程中能見(jiàn)度低，操作有限，測(cè)量人員進(jìn)入隧道測(cè)量時(shí)導(dǎo)致前后視照準(zhǔn)誤差，同時(shí)因?yàn)檎谱用娴陌纪共黄疆?huà)輪廓線(xiàn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生偏離現(xiàn)象。 如何正確實(shí)施隧道測(cè)量工作？隧道測(cè)量工作由公司專(zhuān)業(yè)測(cè)量人員組織成立測(cè)量小組，根據(jù)設(shè)計(jì)院給定的坐標(biāo)控制點(diǎn)和高程控制點(diǎn)進(jìn)行建立導(dǎo)線(xiàn)控制網(wǎng)。并按規(guī)定程序檢查驗(yàn)收，對(duì)施測(cè)組全體人員實(shí)行詳細(xì)的圖紙交底和方案交底，明確分工，所有施測(cè)的工作進(jìn)度根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行安排。在隧道施工過(guò)程中，為了保證開(kāi)挖、初期支護(hù)及二次襯砌后的凈空滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，必須對(duì)已完工的主體工程進(jìn)行全斷面檢查，常規(guī)的檢查一般采用帶紅外線(xiàn)的全站儀在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)進(jìn)行檢查，由于保證精度要求建議使用智能隧道斷面儀在現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，然后導(dǎo)出數(shù)據(jù)輸入到電腦，利用儀器配套專(zhuān)業(yè)軟件一次成圖對(duì)比隧道輪廓線(xiàn)所形成的超欠挖。對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)反饋到現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員，以便及時(shí)控制開(kāi)挖及襯砌凈空標(biāo)準(zhǔn)。 通過(guò)以上對(duì)隧道超欠挖的了解及形成和影響，如何正確施測(cè)和控制等，現(xiàn)在談?wù)勊淼莱吠诘挠?jì)算原理。許多測(cè)量人員會(huì)把超欠挖點(diǎn)位檢測(cè)和掌子面輪廓線(xiàn)放樣程序顛倒不分，其實(shí)隧道超欠挖計(jì)算屬于檢測(cè)點(diǎn)至該圓弧所對(duì)的圓心的半徑與設(shè)計(jì)圓心半徑的差值，而隧道輪廓線(xiàn)放樣則是放樣點(diǎn)至設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)邊緣的水平距離差值。 超欠挖計(jì)算原理：隧道超欠挖檢測(cè)的計(jì)算原理主要是通過(guò)三角函數(shù)所求，即由三角形的邊角關(guān)系求出對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng)和理論邊長(zhǎng)值產(chǎn)生的差值。 超欠挖檢測(cè)數(shù)學(xué)模型 超欠挖實(shí)測(cè)模型 從“超欠挖檢測(cè)數(shù)學(xué)模型”圖中可以看出x為大于設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)位置，表示該點(diǎn)為超挖，可以通過(guò)以下方式及公式進(jìn)行求解得出x差值。1、 先通過(guò)tan-1求出夾角。2、 再通過(guò)cos求出邊長(zhǎng)c。3、 用邊長(zhǎng)c減去r半徑得出x差值。示例：假如a=4.8142、b= 6.026m、r=6.96m，求x？計(jì)算公式如下：x=acos（tan-1(ba)）-rx=0.753m從計(jì)算式得出該檢測(cè)點(diǎn)比隧道設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)大0.753米，屬于隧道超挖。 輪廓線(xiàn)放樣原理：隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)放樣的計(jì)算原理主要通過(guò)直角三角形的兩直角邊的平方和等于斜邊的平方原理進(jìn)行求解。（俗稱(chēng)勾股弦定理）數(shù)學(xué)公式中常寫(xiě)作a2+b2=c2（即勾的平方加股的平方等于弦的平方）。勾股定理圖示 輪廓線(xiàn)放樣數(shù)學(xué)模型 說(shuō)明：放樣點(diǎn)為現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖實(shí)測(cè)掌子面實(shí)際點(diǎn)位，x為超挖寬度，通過(guò)計(jì)算出x寬度然后將該點(diǎn)水平移動(dòng)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)輪廓線(xiàn)位置即可。方 式：1、 通過(guò)全站儀（配合紅外線(xiàn)或反射片）直接測(cè)出放樣點(diǎn)坐標(biāo)X、Y和高程Z。2、 用卡西歐編程計(jì)算器（或PDA、手機(jī)軟件等）反算出放樣點(diǎn)的實(shí)際里程和該點(diǎn)距隧道中心線(xiàn)水平距離d。 過(guò) 程：a）用放樣點(diǎn)實(shí)測(cè)高程Z減去O1點(diǎn)圓心設(shè)計(jì)理論高程得出高度a。b）斜長(zhǎng)c等于圓心理論半徑R，求b長(zhǎng)度，公式：c）求x寬度，公式： 示例：放樣點(diǎn)至隧道中心間距d= 6.026m、放樣點(diǎn)實(shí)測(cè)高程Z=314.8142m、O1圓心高程H=310.0000m、O1圓心理論半徑c=6.96m，通過(guò)以下公式求解！x= x=1.000m從以上計(jì)算式中得出現(xiàn)場(chǎng)放樣點(diǎn)距設(shè)計(jì)理論輪廓線(xiàn)的水平距離為1m，說(shuō)明放樣點(diǎn)需要向設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)內(nèi)移動(dòng)1m才是放樣的標(biāo)準(zhǔn)位置，然后將所有放樣的點(diǎn)位用線(xiàn)形鏈接起來(lái)即成了掌子面開(kāi)挖輪廓線(xiàn)。輪廓線(xiàn)放樣數(shù)學(xué)模型 輪廓線(xiàn)放樣掌子面效果圖 超欠挖程序設(shè)計(jì)：通過(guò)以上了解相信各位對(duì)隧道超欠挖和隧道輪廓線(xiàn)放樣的方式并不陌生了，現(xiàn)在對(duì)隧道輪廓線(xiàn)的放樣程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。 程序適用：CASIO fx-5800P工程測(cè)量編程計(jì)算器程序主題：直線(xiàn)隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)放樣程序 準(zhǔn)備工作：1、公式：直線(xiàn)坐標(biāo)正算、反算公式，直線(xiàn)縱坡計(jì)算公式，勾股定理公式。2、工具：CASIO fx-5800P工程測(cè)量編程計(jì)算器。3、數(shù)據(jù)：隧道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖、放樣點(diǎn)實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)X、Y、Z數(shù)據(jù)。 鐵路雙線(xiàn)隧道橫斷面設(shè)計(jì)圖 直線(xiàn)坐標(biāo)正算公式：X=X+Dcos(F)Y=Y+Dsin(F)式中：X、Y為起點(diǎn)坐標(biāo)，D為計(jì)算長(zhǎng)度，F(xiàn)為直線(xiàn)方位角。 直線(xiàn)坐標(biāo)反算公式：Sin()D、Qtan()式中：為直線(xiàn)起點(diǎn)到放樣點(diǎn)直線(xiàn)方位角，D為直線(xiàn)起點(diǎn)到放樣點(diǎn)計(jì)算斜長(zhǎng)，Q為反算偏距（垂距）。 勾股定理公式： 示例：理論數(shù)據(jù)：以設(shè)計(jì)左線(xiàn)為基準(zhǔn)線(xiàn)形，起點(diǎn)樁號(hào)DK0+1000，起點(diǎn)坐標(biāo)X=97673.389，起點(diǎn)Y=65327.753，直線(xiàn)方位角F=565522，起點(diǎn)高程H=310.687，縱坡I=0.50（單位為百分?jǐn)?shù)）。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：放樣點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)X=97939.880，Y=65750.885，高程H=320.158 程序建立：程序設(shè)計(jì)需要有一個(gè)明確的思路和合理的方法，然后通過(guò)結(jié)合數(shù)學(xué)計(jì)算模型進(jìn)行程序化語(yǔ)言編譯。通過(guò)本文了解到超欠挖的計(jì)算原理分析后，現(xiàn)在運(yùn)用程序語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)和編譯，超欠挖程序主要分為（主程序和子程序）共5個(gè)，其中ZXCQW為運(yùn)算主程序，其他均為調(diào)用子程序。 主程序：ZXCQW（程序名可自定義）DK(QD)？A：X(QD)？B：Y(QD)？C：FWJ？F：QDH？Z：ZP？P（建立變量）1=XY.2=DK：J？W（提示選擇）If W2：ThenProgZXZSC：Else ProgZXFSC：IfEnd（判斷語(yǔ)句，當(dāng)W2時(shí)則跳轉(zhuǎn)到ZXFSC子程序運(yùn)行） 正算程序，程序名：ZXZSCLb1 1：JSDK？E：PJ？G：PA？H（建立變量）X=：B+(E-A)cos(F)+Gcos(F+H)X（正算結(jié)果坐標(biāo)X）Y=：C+(E-A)sin(F)+Gsin(F+H)Y（正算結(jié)果坐標(biāo)Y）H=：Z+（E-A）P100H（正算結(jié)果高程H）Goto 1（返回至Lbl 1繼續(xù)重復(fù)運(yùn)行） 反算程序，程序名：ZXFSCLb1 1：X=？K：Y=？L：H=？M（建立變量）Pol(K-B，L-C)：ID：If J0：ThenJ+360J：Else JJ：IfEnd（起點(diǎn)至放樣點(diǎn)的直線(xiàn)方位角，式中J0為數(shù)字）If FJ：Then J-F：ElseF-J：IfEnd（判斷語(yǔ)句，為字母）Sin()DQ（計(jì)算偏距“垂距”公式）DK=：A+Qtan()R（顯示計(jì)算結(jié)果里程）PJ=：IfFZ4+Z2：ThenCls：Locate 2,2,HCFW？Goto 4：IfEnd（判斷語(yǔ)句，當(dāng)放樣點(diǎn)高程大于O1圓心高程加O1圓心半徑時(shí)則提示該語(yǔ)句HCFW？，然后則返回到ZXFSC子程序）IfMZ7：ThenCls：Locate 2,2,HCFW？Goto 4：IfEnd（判斷語(yǔ)句，當(dāng)放樣點(diǎn)高程小于O2圓弧最小高程時(shí)則提示該語(yǔ)句H0：Then Abs(Q)-Z1-L+UV：Else Abs(Q)+Z1-L+UV：IfEnd（計(jì)算結(jié)果，式中Q0為數(shù)字）Cls：CQW=：Locate 5,1,V（顯示超欠計(jì)算結(jié)果）Lbl 4：ProgZXFSC（返回ZXFSC子程序）說(shuō)明：以上括號(hào)（）中屬于文字說(shuō)明無(wú)需輸入。 結(jié)合以上程序設(shè)計(jì)與編寫(xiě)現(xiàn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)核對(duì)與演示，以下為隧道放樣實(shí)測(cè)點(diǎn)理論計(jì)算圖示（方法采用勾股定理）。 隧道輪廓線(xiàn)放樣示意圖 程序演示：運(yùn)行主程序：ZXCQWDK(QD)？=1000（直線(xiàn)起點(diǎn)里程）X(QD)？=97673.389（直線(xiàn)起點(diǎn)坐標(biāo)X）Y(QD)？=65327.753（直線(xiàn)起點(diǎn)坐標(biāo)Y）FWJ？=565522（直線(xiàn)方位角）QDH？=310.687（直線(xiàn)起點(diǎn)高程）ZP？=0.5（直線(xiàn)縱坡，單位為%）1=XY.2=DKJ？=2（提示選擇，輸入1為坐標(biāo)正算，輸入2為坐標(biāo)反算和超欠計(jì)算）X=？ 97939.880（輸入實(shí)測(cè)坐標(biāo)X）Y=？ 65750.885（輸入實(shí)測(cè)坐標(biāo)Y）H=？ 320.158（輸入實(shí)測(cè)高程H）計(jì)算結(jié)果：DK=1499.9999（顯示線(xiàn)路反算結(jié)果里程）PJ=7.6299（顯示線(xiàn)路反算結(jié)果偏距，正數(shù)為偏右，負(fù)數(shù)為偏左）CQW=0.596（顯示超欠計(jì)算結(jié)果，正數(shù)為大于設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)，負(fù)數(shù)為小于設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)） 附注：在這里或許有許多朋友要問(wèn)，什么不編寫(xiě)和演示交點(diǎn)法或者線(xiàn)元法類(lèi)的主程序？其實(shí)這個(gè)隧道輪廓線(xiàn)放樣程序可以直接嵌入到交點(diǎn)法或者線(xiàn)元法主程序中，由于交點(diǎn)法和線(xiàn)元法程序編寫(xiě)的語(yǔ)句和程序字符過(guò)多，所以這里不便演示，大家也可以根據(jù)自己所想的程序思路進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。 結(jié)論：通過(guò)對(duì)本文的