雙層雙向4車道隧道

1、2 0 0 4年1月W日.世界上笫一條珥層趙向4車道隧道一一中園上 海上中路隧道正式開(kāi)工建設(shè)°位于上游徐浦大橋和盧浦大橋之間的上 中路隧道，全長(zhǎng)約2. &公里.計(jì)劃2 0 0 E年邑月竣工通車。（完）1前言全站儀以其高度自動(dòng)化和準(zhǔn)確快捷的定位功能在目前工程測(cè)量工具 上確立了其統(tǒng)治地位。許多新技術(shù)運(yùn)用到全站儀的制造和使用當(dāng)中，如 無(wú)反射棱鏡測(cè)距、目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與瞄準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)目標(biāo)自動(dòng)跟蹤、無(wú)線遙控、 用戶編程、聯(lián)機(jī)控制等。在隧道控制測(cè)量中，全站儀業(yè)已普及，但以其 作為隧道施工測(cè)量的測(cè)量工具并不多見(jiàn)。新建隧道施工中的最主要工 序，如掘進(jìn)掌子面放樣、斷面測(cè)量及圍巖凈空位移量測(cè)等，與工程的

2、經(jīng) 濟(jì)效益、平安質(zhì)量有著根本的聯(lián)系。免棱鏡測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)輻射 測(cè)量極坐標(biāo)的方式，能夠準(zhǔn)確、快速地完成隧道掘進(jìn)放樣、斷面測(cè)量、 圍巖凈空位移量測(cè)等主要施工測(cè)量工作， 全部測(cè)量業(yè)利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)處 理，為隧道施工測(cè)量帶來(lái)技術(shù)革命，為整個(gè)工程節(jié)約時(shí)間、減少投資。 本文以新原高速公路雁門關(guān)隧道施工為例，介紹應(yīng)用全站儀免棱鏡測(cè)距這一新興技術(shù)來(lái)進(jìn)展隧道開(kāi)挖放樣、斷面測(cè)量及圍巖凈空位移量測(cè)等隧 道施工日常測(cè)量工作。2工程概況新原高速公路雁門關(guān)隧道位于代縣境，為目前國(guó)高速公路最長(zhǎng)隧道，是新原高速公路的咽喉控制工程。 設(shè)計(jì)為4車道雙洞單向行駛隧道，左 洞長(zhǎng)5235米，右洞長(zhǎng)5323米，凈寬10米，凈高6米。

3、6B合同段為出 口段，全長(zhǎng)5175米左洞長(zhǎng)2560米，右洞長(zhǎng)2615米。該段地質(zhì)條 件復(fù)雜，其中III類及以下圍巖占全段的76.8%,成為該隧道施工的難點(diǎn)。 隧道施工中掘進(jìn)放樣、開(kāi)挖后斷面測(cè)量及圍巖監(jiān)測(cè)等測(cè)量任務(wù)重，尤其是超欠挖所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失更是不容無(wú)視。對(duì)此，選擇徠卡TCRA1101型免棱鏡測(cè)距全站儀來(lái)進(jìn)展開(kāi)挖放樣、斷面測(cè)量及圍巖凈空位移量測(cè)等 主要日常測(cè)量工作。徠卡TCRA1101型全站儀，測(cè)角精度為1.5,測(cè)距精 度為2+2ppm,免棱鏡測(cè)量標(biāo)稱距離為 250m。3免棱鏡測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用3.1掘進(jìn)掌子面斷面放樣放樣前，先將隧道設(shè)計(jì)參數(shù)如洞門點(diǎn)坐標(biāo)及高程、縱坡參數(shù)、開(kāi)挖 斷面形狀等通過(guò)有關(guān)

4、程序輸入儀器存。放樣時(shí)儀器可置于導(dǎo)線點(diǎn)或利用 自由測(cè)站、前方交會(huì)程序完成設(shè)站工作，包括設(shè)置測(cè)站點(diǎn)三維坐標(biāo)、儀 器高、方位角。為使儀器與掌子面距離不至于太遠(yuǎn)，儀器一般不直接安 置于導(dǎo)線點(diǎn)上，而通常采用前方交會(huì)方式來(lái)完成儀器的設(shè)站工作。臨時(shí)后視點(diǎn)可埋設(shè)在邊墻上，但須注意檢查其穩(wěn)定性。儀器建站后，首先瞄準(zhǔn)掌子面僅用激光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)一激光與望遠(yuǎn)鏡同軸測(cè)出掌子面至儀器站的距離，儀器計(jì)算出掌子面的里程，根據(jù)里程及有 關(guān)輸入的參數(shù)定位掌子面開(kāi)挖斷面， 而后開(kāi)場(chǎng)進(jìn)展開(kāi)挖輪廓線上點(diǎn)的測(cè) 設(shè)。放樣點(diǎn)可按設(shè)置間距從左到右、從中間向兩側(cè)等不同順序測(cè)設(shè)。當(dāng) 紅色激光指向第一個(gè)點(diǎn)位確定后，點(diǎn)上紅油漆就完成一個(gè)點(diǎn)位的放樣工 作，

5、按操作鍵儀器在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)向下一個(gè)點(diǎn)，依此類推放樣完所有的點(diǎn)。當(dāng)掌子面不平時(shí)，應(yīng)增加每個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量次數(shù)，一般設(shè)為3至6次,并給出點(diǎn)的允許偏差，儀器每測(cè)一次得所測(cè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)并計(jì)算出激 光點(diǎn)離設(shè)計(jì)輪廓的偏移值，將修正偏移值后重測(cè)其坐標(biāo)值，重算偏移值， 假設(shè)偏移值在允許偏差圍，激光點(diǎn)處位置即可認(rèn)為是開(kāi)挖輪廓線上的 點(diǎn)，否那么重測(cè)。利用此程序還可以放樣出掌子面每一個(gè)炮孔的設(shè)計(jì)位置。3.2斷面測(cè)量徠卡TCRA1101 PLU型全站儀機(jī)配置有兩個(gè)程序可以進(jìn)展斷面測(cè)量。 一個(gè)是在所測(cè)斷面的任一位置安設(shè)儀器，可用前方交會(huì)、自由測(cè)站或站點(diǎn)設(shè)站，確定儀器的三維坐標(biāo)及設(shè)置方位角，然后啟動(dòng)斷面測(cè)量程序， 設(shè)置好

6、有關(guān)參數(shù)后，儀器在司服馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下照準(zhǔn)布于隧道軸線法線的 豎直平面旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)按設(shè)置間隔距離測(cè)取儀器到各測(cè)點(diǎn)的距離及角 度，并存儲(chǔ)于儀器存或PC卡上，即完成一個(gè)斷面的外業(yè)測(cè)量工作圖 1所示；另一斷面測(cè)量程序是儀器不一定安置在所測(cè)斷面垂直面，建 站工作同前，可測(cè)取儀器免棱鏡測(cè)程的所有需測(cè)的斷面。此方法優(yōu)點(diǎn)在 于不用頻繁搬動(dòng)儀器，可測(cè)取任一需測(cè)斷面， 但開(kāi)挖后的斷面外表凹凸 不平，斷面每個(gè)點(diǎn)位的測(cè)取需重復(fù)屢次。對(duì)襯砌后輪廓規(guī)那么的斷面此 法測(cè)量速度將大大快于前一種方法。將不同斷面的外業(yè)測(cè)量記錄輸入裝有相應(yīng)斷面測(cè)量后處理軟件的計(jì) 算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算與理論斷面比擬等處理過(guò)程，最后輸出實(shí) 測(cè)及

7、理論斷面比擬圖形、斷面面積、超、欠挖面積等有關(guān)參數(shù)。3.3圍巖凈空位移量測(cè)隧道采用鉆爆法施工，根據(jù)新奧法根本原理，運(yùn)用圍巖監(jiān)控量測(cè)來(lái) 掌握施工過(guò)程中圍巖變形及支護(hù)狀況， 及時(shí)準(zhǔn)確獲取監(jiān)測(cè)信息，并指導(dǎo) 施工，以到達(dá)平安、可靠、經(jīng)濟(jì)的目的。為快速、高效、準(zhǔn)確完成圍巖 凈空位移量測(cè)任務(wù)，采用三維非接觸量測(cè)新技術(shù)。 其根本原理是利用全 站儀自由設(shè)站遠(yuǎn)距離測(cè)定量測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位不同時(shí)段的三維坐標(biāo)，將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)展后處理，最后輸出監(jiān)測(cè)成果。全站儀相應(yīng)配圍巖收斂檢 測(cè)模塊，計(jì)算機(jī)配圍巖收斂分析處理輸出模塊。自由設(shè)站三維非接觸觀測(cè)系統(tǒng)由觀測(cè)主機(jī)全站儀、反射靶標(biāo)、后視基準(zhǔn)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)組成。后視基準(zhǔn)點(diǎn)要求穩(wěn)固，其坐

8、標(biāo)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自行設(shè)置或利用隧道 控制測(cè)量的導(dǎo)線點(diǎn)；反射靶標(biāo)采用 3mm厚的薄鋁板制成70X80mm的 方板，外表貼上60X60mm的反射膜片，中間鉆直徑為 3mm的小孔， 用膨脹螺栓錨固在初期支護(hù)的外表或點(diǎn)焊在初期支護(hù)的鋼筋上，按有關(guān)規(guī)要求在隧道進(jìn)展點(diǎn)位布置。測(cè)量時(shí)中心小孔為照準(zhǔn)點(diǎn)，觀測(cè)時(shí)反射膜 片與儀器光軸的傾斜角度應(yīng)不大于 30度，以減少照準(zhǔn)對(duì)測(cè)距的影響。觀測(cè)前，對(duì)全站儀進(jìn)展調(diào)校，使儀器處于最正確狀態(tài)。觀測(cè)時(shí)，翻 開(kāi)儀器的角度改正及補(bǔ)償器功能，并對(duì)儀器進(jìn)展氣壓和溫度的氣象改 正。觀測(cè)采用記錄測(cè)量模式，所有觀測(cè)數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在模塊。全站儀采用自由設(shè)站，但為了消除膜片傾斜對(duì)測(cè)距的影響，每次量

9、測(cè)時(shí)測(cè)站位置應(yīng)大致一樣。觀測(cè)時(shí)采用三次重復(fù)設(shè)站，每次設(shè)站采用雙盤測(cè)回結(jié)合三次重復(fù)照準(zhǔn)的冗余觀測(cè)方法，即每一測(cè)站上分別用兩個(gè)盤 位連續(xù)、重復(fù)照準(zhǔn)三次目標(biāo)點(diǎn)，然后取平均值作為一次設(shè)站觀測(cè)的結(jié)果。 量測(cè)頻率主要根據(jù)位移速度和測(cè)點(diǎn)距開(kāi)挖面的距離而定。一般在測(cè)點(diǎn)埋設(shè)初期測(cè)試頻率每天1-3次，隨著圍巖漸趨穩(wěn)定，量測(cè)次數(shù)減少，當(dāng) 出現(xiàn)不穩(wěn)定征兆時(shí)，增加量測(cè)次數(shù)。當(dāng)圍巖到達(dá)根本穩(wěn)定后，以1次/3日的頻率量測(cè)2周，假設(shè)無(wú)明顯變形，那么可完畢量測(cè)。將每次測(cè)量記錄按要求輸入裝有后處理程序的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將自 動(dòng)分析處理量測(cè)數(shù)據(jù)，并相應(yīng)輸出量測(cè)成果，并打印報(bào)表。4結(jié)論免棱鏡測(cè)距技術(shù)應(yīng)用于隧道測(cè)量有如下優(yōu)點(diǎn) :1測(cè)量速

10、度快掘進(jìn)放樣、斷面測(cè)量、圍巖凈空位移量測(cè)等每一斷面均可在幾分鐘 完成。2準(zhǔn)確一是測(cè)設(shè)定點(diǎn)精度準(zhǔn)確。其精度可依工程所需而定，可達(dá)幾毫米的 精度。二是固定性。程序編制時(shí)要求儀器自動(dòng)尋找斷面上一樣的點(diǎn)即 雖掌子面里程不同，但所放樣各點(diǎn)在隧道縱向上相對(duì)于隧道中線、軌面 的位置固定，且各點(diǎn)在開(kāi)挖輪廓線上間距一致，這為鉆眼爆破帶來(lái)極 大便利一一測(cè)點(diǎn)即是炮眼，炮眼間距固定。每茬炮鉆眼在斷面同一位置， 為鉆眼角度提供很好的參考方向， 使整個(gè)隧道炮眼順直，進(jìn)一步減少超 欠挖，減少平安質(zhì)量隱患。同理，如有必要，也可將需要的爆破設(shè)計(jì)炮 眼位置準(zhǔn)確放樣出來(lái)，如掏槽眼等，為提高爆破效果提供技術(shù)援助。3設(shè)站靈活因?yàn)閮x器可

11、用距離前方交會(huì)設(shè)站，這就給測(cè)量帶來(lái)很大靈活性，可 以在不同的現(xiàn)場(chǎng)條件下選擇最正確位置設(shè)站，減少其它工序?qū)y(cè)量的干擾，反之也減少了測(cè)量對(duì)其它工序的干擾。在某些人力設(shè)備不能到達(dá)的 或危險(xiǎn)的地方，只要滿足測(cè)程與通視兩個(gè)條件就可完成測(cè)量任務(wù)，減少測(cè)量對(duì)其它機(jī)械設(shè)備如腳手架，升降機(jī)等的依賴。因全站儀采用極 坐標(biāo)的方式進(jìn)展放樣，加上其自動(dòng)化程度較高，一般即需二人即可完成 作業(yè)任務(wù)。4與其它工序平行作業(yè)傳統(tǒng)開(kāi)挖輪廓線放樣一般在出碴完后進(jìn)展，往往占用數(shù)十分鐘的時(shí)間， 而采用全站儀放樣，尤其是通風(fēng)效果好時(shí)，可將儀器安置在邊墻附近， 裝碴的同時(shí)便可完成碴堆以上開(kāi)挖輪廓線放樣與坑道斷面掃描，裝碴完成后搶用其它工序準(zhǔn)

12、備工作的幾分鐘完成剩余測(cè)量工作?；蜓b碴快完成時(shí)，邊裝碴邊測(cè)量，實(shí)現(xiàn)零分鐘測(cè)量。5適應(yīng)性強(qiáng)因全站儀是以極坐標(biāo)方式來(lái)測(cè)量坑道上的點(diǎn)的坐標(biāo)，而設(shè)計(jì)坑道上 任何點(diǎn)都有自身的解析坐標(biāo)， 從測(cè)量的觀點(diǎn)與隧道解析觀點(diǎn)來(lái)看， 也就不再存在曲線隧道、曲墻斷面放樣、工作面不規(guī)那么等種種不便，使各 式各樣的線路走向、斷面形狀問(wèn)題統(tǒng)一化為極坐標(biāo)與隧道解析的問(wèn)題。 我們關(guān)心的是如何去準(zhǔn)確測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)，在程序中如何描述線路、 斷面設(shè)計(jì)參數(shù)，讓計(jì)算機(jī)去關(guān)心具體一個(gè)點(diǎn)位于曲線與直線、直墻與曲墻的問(wèn)題?？傊饫忡R測(cè)距的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)隧道工程測(cè)量不易、不能解決的 問(wèn)題得到很好的解決。準(zhǔn)確、快速、靈活的測(cè)量，有望建立隧道外表數(shù) 字模型，準(zhǔn)確快速繪制任意里程斷面圖，為施工決策提供數(shù)據(jù)根底，減 少浪費(fèi)，減少返