小断面隧洞施工测量方法

小断面隧洞施工测量方法摘要：小断面隧洞施工测量，洞内无法布设双导线或导线环，采用支导线测左右角按闭合导线进行平差计算可对导线进行检核和精度评定。

施工放样采用后方交会设站，建参考线对隧洞进行施工放样和断面测量的方法，从坐标值可直观地看出隧洞超欠挖情况，并可有效地缩短测量作业时间。

关键词：小断面隧洞；支导线按闭合导线计算；后方交会；极坐标放样；建参考线放样；贯通误差1 概述都江堰灌区毗河一期供水工程乐阳干渠、裕通分干渠，中和支渠总长40.429km，隧洞39座共计20.354km，占渠线总长50.35%，最长的两座隧洞为小岩寺后洞长1.8498km，凤凰坡隧洞长1.850km。

隧洞均为城门洞型无压隧洞，隧洞最大断面为乐阳干渠隧洞6.1m³/s（底宽×高）2.6m×2.9m，最小断面为裕通分干渠第三流量段隧洞2.01m³/s（底宽×高）1.74m×1.83m。

整个渠线隧洞占比达到一半，且隧洞断面尺寸小，施工面狭窄，工程处于川中浅丘地区，隧洞围岩为粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩，岩性软弱，具弱膨胀性，暴露失水易风化开裂，浸水存在软化崩解，全线隧洞施工难度较大，工期长。

隧洞的施工进度，施工质量，能否顺利贯通成为全线能否顺利完工的关键，作为指导隧洞施工的测量工作则成了重中之重，为了保证隧洞能按计划工期，按设计精度贯通，我们根据该工程断面小，工作面狭窄，工序间干扰大，地下水丰富，洞内积水多，底板无法埋设控制点的特点，制定和探索了能满足工期要求和设计贯通精度要求的测量方案和测量方法。

2 控制测量2.1洞外控制测量由于整个施工段40km没有布设设计控制点，主控网平面采用GPS控制网，高程采用水准高程控制网，从主干渠已知点引测坐标高程，沿渠线布设主控网，主控网布设时兼顾渡槽、长隧洞洞口等主要建筑物施工时可直接引用或方便引测。

由于主控网的布设条件及精度要求，不可能满足渠系所有建筑物施工放样时的需要，同时也为了提高长隧洞的贯通精度，对于1km以上的隧洞，在主控网的基础上单独作与主控网同等精度的隧洞独立控制网，作为隧洞洞内控制点的引测依据。

以此减小洞外控制对贯通误差的影响。

隧洞洞外控制网采用GPS控制网，高程采用水准高程或光电测距三角高程，控制网等级根据《水利水电工程测量规范》小于5km的隧洞洞外控制按四等控制网测设。

2.2洞内控制小断面隧洞洞内施工面狭窄，干扰较大，无法按传统方法布设双导线或导线环，洞内控制只能按支导线布置，导线布设尽量按相邻边近似相等布设，但支导线无法进行精度计算和评定，为了提高导线测量精度我们采用了全站仪测量导线左右角，左右角按规范要求的测回数测相同测回数，平差计算时将左角作为往测角，右角作为返测角，将导线尾端按360度角纳入整个导线平差计算，计算导线时按闭合导线计算（线路从起点经各个左角经尾端360度角再经各个右角回到起点闭合），这样除了左角+右角=360的检验计算外，还可进行起点坐标、方位角的闭合差计算，不仅提高了导线测量的精度和可靠性，而且对导线进行了精度检验和评定。

地下控制测量等级要求根据《水利水电工程测量规范》要求，隧洞相向开挖长度小于5km时，洞内基本导线测量按三、四等导线测量。

本工程由于隧洞底板高程均低于洞外原地面高程，进洞施工道路均为下坡，两侧的地表水极易进入洞内，加之洞内地下水丰富，洞内极易积水，底板围岩为粉砂质泥岩，岩性软弱，经水浸泡和运渣机械的反复碾压后，底板形成较厚的泥浆和泥浆水，洞内宽度窄，底板受施工机械扰动破坏大，底板上无法埋设和保存控制点。

在作洞内控制点时，我们事先用工字钢和铁板加工成钢板凳，将控制点测设和标定在钢板凳上作为导线点，因钢板凳是临时作为控制点点位使用，无法保存和直接用于施工时的控制点，我们在测量导线点的同时，测出在边墙上锚杆外露钢筋头上标注点的坐标，该标注点采用两个坐标点测量并取平均数。

边墙锚杆外露钢筋头上的点作为指导隧洞掘进和衬砌施工的控制点使用。

洞内的高程控制与导线控制点同时完成，高程采用光电三角高程测量，平差计算与导线平差同时完成。

3 洞内施工放样3.1洞内开挖掘进施工放样隧洞施工各工序间衔接较紧密，施工面狭窄，光线差，空气质量差，干扰大，红外线反射信号弱，旁折光影响大等因素都给测量工作带来了较大困难，有时甚至使测量工作无法进行，而测量工作又是直接指导隧洞开挖掘进方向、开挖断面尺寸、贯通的关键工作。

在隧洞测量工作前除了提前加大排烟排风，停止一些干扰大的工序，以满足测量工作的要求外，还应采用即能满足隧洞贯通和放样精度要求，也能满足占用时间短的测量方法，为此我们在毗河工程乐阳干渠、裕通分干渠、中和支渠的小断面隧洞施工放样中，采用了后方交会任意设站，建参考线的施工放样方法进行隧道内的中线和结构尺寸放样及开挖断面的断面测量工作。

由于在隧洞洞内控制测量时，洞内无法在底板上埋设施工放样使用的控制点，而是在测导线控制点的同时在隧洞边墙锚杆上测设了坐标作为施工放样的控制点使用，而墙上的控制点无法直接架设仪器，所以选择在隧洞比较合适的位置安置仪器，采用两个以上已知点进行后方交会设站。

在测站坐标测设计算完成后即设站完成（测站坐标由仪器内程序自动计算完成并评定坐标精度），设站完成后可测量第三点已知坐标点进行坐标比较，检查测量精度是否满足要求。

在测站满足精度要求后就可采用极坐标法进行施工放样和断面测量。

在放样前建立以隧道中线及过水面高程（或腰线高程）为参考线的施工坐标系，在仪器参考线程序内输入隧道中线的起点桩号、坐标、高程和终点桩号、坐标、高程（参考线输入起终点高程后就自动形成了隧洞纵坡），在放样和测量时测出的坐标值即为该点与参考线比较的差值，如测出的坐标值为x=50，y=1.3，h=1.05这组坐标表示该点距参考线起点50m，距中线1.5m（正为右侧，负为左侧，然后与设计宽度比较大于设计值为超挖，小于设计值为欠挖），高度距该点设计过水面高程为1.05m（如为负值则低于过水面高程）。

这样从坐标值就可直观地看出隧洞掘进里程，周边及底板的超欠挖情况，放样完成后即刻进行已开挖段的断面测量。

隧洞弯道放样采用仪器自带的曲线放样程序，根据不同的已知条件，输入相应的已知条件组合，仍然采用后方交会和参考线进行弯道放样测量。

由于隧洞断面小，开挖工作及出渣工作时间较短，循环快，一天可完成3个循环以上，如果每一个循环都进行放样工作，在战线长，工作面多的项目测量根本无法完成每一循环的放样工作，所以，在开挖了一定长度的隧洞内安装固定的红外指向仪指导开挖掘进施工可以减小测量工作的劳动强度，缩短施工循环时间，加快施工进度，创造经济效益。

红外指向仪固定安装在距开挖面50米外的隧洞顶部或腰线位置，指向仪安装好后由测量进行精准调校，调校方法和施工放样方法一样，采用后方交会设站，建参考线的方法进行坐标测量。

调校时先用全站仪测出发光源的坐标，然后在开挖面上放出与发光源相同的坐标，调校指向仪的光斑与放出的点重合，然后再测发光源坐标，如坐标有变化，重新测量坐标，重新把坐标放于开挖面上，再调校指向仪光斑与放出的标点重合，反复几次直到两端坐标完全一致即指向仪定位完成（在调校前建立了参考线就已经确定了隧洞纵坡，所以，调校后的指向仪已经同时定位了隧洞纵坡）。

隧洞开挖时根据指向仪光斑的坐标与设计中线的关系定出隧洞中线和腰线，然后画出隧洞轮廓线进行开挖掘进。

3.2隧洞二次衬砌施工放样隧洞二次衬砌底板中线及高程放样仍然采用隧洞边墙上锚杆上的控制点进行，用后方交会法建站，建参考线进行底板中线和过水面高程放样。

隧洞边墙、顶拱衬砌多采用钢模台车进行，在二次边顶拱衬砌时主要是对钢模台车进行定位测量，在台车定位时，定出台车前后两端腰线的高程和边墙距中线的距离并使高程距离在设计要求的误差范围内，最后固定台车进行混凝土浇筑，浇筑期间要对台车的沉降和变形进行观测，并随时调整以满足变形规定范围要求。

4 隧洞贯通误差因洞外控制测量，洞内外联系测量，洞内控制测量，洞内中线放样等误差的联合影响，两相向开挖的隧洞，在贯通面的中线点，由两端导线放出的点位会不重合，形成贯通误差，垂直于隧洞中线的误差为横向贯通误差，顺中线方向的误差为纵向误差，铅锤线上的垂直误差为高程误差。

纵向贯通误差影响隧洞长度及坡降，对隧洞影响较小，横向贯通误差和高程贯通误差影响隧洞的方向，和高低，如果超出一定的范围就会造成隧洞的几何尺寸的改变或形成大量的超挖和欠挖，给工程造成严重的经济损失和社会影响，所以隧洞施工中应严格控制横向贯通误差和高程贯通误差，使其在规范允许的范围内，保证隧洞的贯通质量。

根据《水利水电工程施工测量规范》的要求，隧洞贯通测量的限差为：隧洞贯通测量限差毗河工程乐阳干渠、裕通分干渠、中和支渠的所有隧洞长度均小于2km，其贯通误差均满足规范要求。

最后在贯通面取贯通误差的平均值作为横向和高程的最终值，隧洞的混凝土衬砌时应在尽量长的距离进行误差分配调节，使其在贯通面处尽量减小误差的影响。

5 结语通过都江堰灌区毗河一期工程乐阳干渠、裕通分干渠、中和支渠39座隧道施工测量的实践证明，对于小断面隧洞的施工测量，洞内无法按双导线或导线环进行控制测量时，采用支导线进洞，测导线左右角，导线平差计算时将导线尾端角按360度角加人计算，按闭合导线进行平差计算的方法，可以有效地对导线进行平差计算并检核其精度，以减小洞内控制测量对隧洞贯通误差的影响。

在相向掘进距离小于2km的隧洞施工放样中，采用后方交会设站，建参考线的放样方法，可有效地缩短施工放样时间，加快隧洞施工作业循环，提高经济效益。

隧洞施工中安装固定的激光指向仪可减小测量人员的劳动强度，缩短作业时间，增加施工循环。

39座隧洞的顺利贯通，证明在该工程使用的从洞外控制到洞内控制，再到施工放样的测量方法是行之有效的，为今后水利工程小隧洞施工测量积累了经验。