隧道超欠挖計(jì)算原理與程序設(shè)計(jì)

1、淺談隧道超欠挖計(jì)算原理與程序設(shè)計(jì) 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)挖輪廓線大于隧道設(shè)計(jì)輪廓

2、線，欠挖即為隧道開(kāi)挖輪廓線小于隧道設(shè)計(jì)輪廓線。 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

3、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：由于隧道測(cè)量放線過(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嬢喞€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

4、立導(dǎo)線控制網(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，利用儀器配套專業(yè)軟件一次成圖對(duì)比隧道輪廓線所形成的超欠挖。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

5、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，而隧道輪廓線放樣則是放樣點(diǎn)至設(shè)計(jì)輪廓線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、  

6、0;   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=a÷cos（tan-1(b÷a)）-rx=0.753m從計(jì)算式得出該檢測(cè)點(diǎn)比隧道設(shè)計(jì)輪廓線大0.753米，屬于隧道超挖。 輪廓線放樣原理：隧道開(kāi)挖輪廓線放樣的計(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

7、的平方原理進(jìn)行求解。（俗稱勾股弦定理）數(shù)學(xué)公式中常寫作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)輪廓線位置即可。方  式：1、   通過(guò)全站儀（配合紅外線或反射片）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)距隧道中心線水平

8、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)理論輪廓線的水平距離為1m，說(shuō)明放樣點(diǎn)需要向設(shè)計(jì)輪廓線內(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)位用線形鏈接起來(lái)即成了掌子面開(kāi)挖輪廓線。輪廓線放樣數(shù)學(xué)模型 &#

9、160; 輪廓線放樣掌子面效果圖   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放樣的方式并不陌生了，現(xiàn)在對(duì)隧道輪廓線的放樣程序進(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：直線隧道開(kāi)挖輪廓線放樣程序 準(zhǔn)備工作：1、公式：直線坐標(biāo)正算、反算公式，直線縱坡計(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)。 鐵路雙線隧道橫斷面設(shè)計(jì)圖  直線坐標(biāo)正算公式：X=X+D

10、15;cos(F)Y=Y+D×sin(F)式中：X、Y為起點(diǎn)坐標(biāo)，D為計(jì)算長(zhǎng)度，F(xiàn)為直線方位角。 直線坐標(biāo)反算公式：Sin()×D、Q÷tan()式中：為直線起點(diǎn)到放樣點(diǎn)直線方位角，D為直線起點(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)左線為基準(zhǔn)線形，起點(diǎn)樁號(hào)DK0+1000，起點(diǎn)坐標(biāo)X=97673.389，起點(diǎn)Y=65327.753，直線方位角F=56°5522，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

11、.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

12、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)+G×cos(F+H)X（正算結(jié)果坐標(biāo)X）Y=：C+(E-A)×sin(F)+G×sin(F+H)Y（正算結(jié)果坐標(biāo)Y）H=：Z+（E-A）×P÷100H（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 J<0：ThenJ+360J：E

13、lse JJ：IfEnd（起點(diǎn)至放樣點(diǎn)的直線方位角，式中J<0為數(shù)字）If F<J：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+Q÷tan()R（顯示計(jì)算結(jié)果里程）PJ=：IfF<J：Then 1×QQElse -1×QQ（顯示計(jì)算結(jié)果偏距）IfEndProgZXCXZP（調(diào)用ZXCXZP子程序）ProgZXCQWZ（調(diào)用ZXCQW子程序） 直坡程序，程序名：ZXCXZP（R-A）×P÷100N（直坡高差計(jì)算公式）超欠挖數(shù)據(jù)庫(kù)，程序名：

14、ZXCQWSJ10DimZ      （設(shè)定擴(kuò)展Z變量）2.55Z1    （設(shè)計(jì)線路中心與隧道中心偏距，左偏為負(fù)，右偏為正數(shù)，相等為0）6.09Z2     (O1圓心半徑)7.61Z3     (O2圓心半徑)313.537Z4  (直線起點(diǎn)位置O1圓心高程“內(nèi)軌頂面高程+209cm+76cm”)312.777Z5  (直線起點(diǎn)位置O2圓心高程“內(nèi)軌頂面高程+209cm”)316.5

15、87Z6  (直線起點(diǎn)位置O1圓弧最小高程“內(nèi)軌頂面高程+590cm”)309.587Z7  (直線起點(diǎn)位置O2圓弧最小高程“內(nèi)軌頂面高程-110cm”)1.32Z8     (直線起點(diǎn)位置O2圓心距隧道中心間距) 附注：以上數(shù)據(jù)輸入請(qǐng)參考本文“鐵路雙線隧道橫斷面設(shè)計(jì)圖”。 輪廓線放樣程序，程序名：ZXCQWZProgZXCQWSJ（調(diào)用ZXCQWSJ子程序）Z4+NZ4Z5+NZ5Z6+NZ6Z7+NZ7（中間值加上計(jì)算高差進(jìn)行賦值）IfM>Z4+Z2：ThenCls：Locate 2,2,H&g

16、t;CFW？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H>CFW？，然后則返回到ZXFSC子程序）IfM<Z7：ThenCls：Locate 2,2,H<CFW？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H<CFW？，然后則返回到ZXFSC子程序）IfMZ6：Then Goto 1：IfEnd（判斷語(yǔ)句，當(dāng)MZ6時(shí)則跳轉(zhuǎn)至Lbl 1語(yǔ)句）IfMZ7：Then Goto 2：IfEnd（判斷語(yǔ)句，當(dāng)MZ7時(shí)則跳轉(zhuǎn)至Lbl 2語(yǔ)句）Lbl1：Abs(M-Z4)G：If GZ2：Then

17、 （G2-Z22）L：Else （Z22-G2）L：IfEnd：0U：Goto 3（勾股定理計(jì)算公式，計(jì)算核心，式中為根號(hào)，0U為數(shù)字）Lbl2：Abs(M-Z5)G：If GZ3：Then （G2-Z32）L：Else （Z32-G2）L：IfEnd：Z8U：Goto 3（勾股定理計(jì)算公式，計(jì)算核心，式中為根號(hào)）Lbl3：If Q>0：Then Abs(Q)-Z1-L+UV：Else Abs(Q)+Z1-L+UV：IfEnd（計(jì)算結(jié)果，式中Q>0為數(shù)字）Cls：CQW=：Locate 5,1,V（顯示超欠計(jì)算結(jié)果）Lbl 4：ProgZXF

18、SC（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）。 隧道輪廓線放樣示意圖  程序演示：運(yùn)行主程序：ZXCQWDK(QD)？=1000（直線起點(diǎn)里程）X(QD)？=97673.389（直線起點(diǎn)坐標(biāo)X）Y(QD)？=65327.753（直線起點(diǎn)坐標(biāo)Y）FWJ？=56°5522（直線方位角）QDH？=310.687（直線起點(diǎn)高程）ZP？=0.5（直線縱坡，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（顯示線路反算結(jié)果里程）PJ=7.6299（顯示線路反算結(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，負(fù)數(shù)為小于設(shè)計(jì)輪廓線） 附注：在這里或許有許多朋友要問(wèn)，什么不編寫和演示交點(diǎn)法或者線元法類的主程序？其實(shí)這個(gè)隧道輪廓線放樣程序可以直接嵌入到交點(diǎn)法或者線元法主程序