隧道施工断面快速测量方法

隧道施工断面快速测量方法

摘要：隧道施工断面测量工作，不需要专用软件，采用里面坐标法也能及时为施工提供可靠测量数据，准确的知道施工。三维坐标断面法，只需要测量任意位置的三维坐标即可及时计算其偏差。

关键词：隧道、断面、快速测量。

中图分类号： u45文献标识码：a 文章编号：

前言

隧道施工中各种工序衔接紧凑，平行作业、交叉作业施工的工程很多，且洞内作业面狭小，如排风不畅，空气质量差，红外线测量仪器反射信号太弱，往往无法进行测量工作。测量工作在隧道开挖施工中非常重要，它控制着隧道开挖的平面，高程和断面集合尺寸，关系到隧道的贯通。为满足测量工作需要，必须选择在工作面无干扰，空气污染小的时候进行测量工作。若测量时间较长就直接影响工程进度和经济效益。如何及时、准确的提供测量成果，使用的仪器和方法便成了重要因素。目前国内隧道测量工作主要以全站仪为主，也有少数的项目配备有断面仪，从技术经济角度考虑断面仪的投资过大而仅能用于断面的测量，得不偿失。然而用带面棱镜功能的全站仪配合编程计算器完成隧道的测量工作既能满足经济投入少、现场测量速度快、内业用时少、对工程作业时间影响也最小。本文将对这种方便、快捷的测量和计算方法进行分析和介绍。

三维坐标断面测量方法原理

在隧道施工断面测量工作中，无论采用隧道断面仪，还是采用全

站仪配隧道测量软件来完成，一般用测量一个断面来代表一个段落，有一定的片面性。在隧道开挖断面测量工作中，其缺点极为明显。若采用三维坐标断面测量法进行隧道测量，可全面反映整个段落任意桩号上各个点的超欠挖情况

极坐标系的建立

我们先以直线段为例，以线路零桩号为坐标系原点建立施工坐标系（施工坐标系建立详见工程测量学）。如图一所示，是一个单圆心圆形隧道断面，以圆心o为坐标系的原点，线路中心线前进方向为x轴，水平方向（距线路中线的距离）为横轴用y表示，垂直方向（高程）为纵轴用h表示。

首先计算圆心坐标

g=h+l×i（公式1）；

g为圆心点高程；l为断面桩号；i隧道线路纵坡,h为线路起点设计高程。

则圆心点坐标为（l,0，g）。

断面测量

图一

目前全站仪都带有后方交会功能，将仪器架在适当位置设站、后视，检查无误后在隧道断面上测任意一点p的三维坐标,p点坐标为（x,y,z）,其中x为测点桩号，y为测点距离，z为测点高程。那么我们可以以求测点p至圆心o距离

r=√(y2+(z-g)2)(公式2)；

则p点处超欠值为

q= r - r(公式3)

r为隧道断面设计半径（+超，-欠）。

测量数据处理

在此以casio 5800p可编程计算器编程为例，部分符号用汉语拼代码。

fx-5800p测量程序：

i→i:r→r：lbl 0:x?: y?:z?: “yuan xin gao=”:

h+l×i→ g◢: “chaoqian=”: √(y2+(z-g)2)→q◢：

goto 0

程序中变量代表值为公式1,、公式2、公式3中所示。

4、圆曲线段断面测量

图二

如图二所示，为一个以a点位起点b点为终点的圆形线路，p点位断面所测点在平面上的投影，断面形式为图一所示。

那么在此我们首先计算测点p的桩号

l=l0+πrɑ/180(公式4)

式中l0为a点桩号，r为圆曲线半径，ɑ为p点对应的圆心角即为oa与op的方位角之差。

p点距离隧道中心线的距离为0p长度与圆曲线半径之差（左负、右正）。

求的桩号、距中心线距离后，计算p点的超欠挖同直线段，计算器程序类似于1.3在此不再累赘。

缓和曲线

在缓和曲线上求任意点的法线方向十分简单，但要求测站要对应哪个桩号法线上的点，相当复杂。采用近似法，完全能满足测量精度要求。在测站前后的线路上，各选一个距离合适的点作为计算点，把两点当作直线看，按直线计算即可。

在隧道测量中无论哪种线形，断面形式为单圆心、多圆心、马蹄形或者是其他的断面形式，根据测量点的实际桩号，计算线路的设计高程，通过线路的设计高程和隧道圆心的关系，计算隧道圆心设计高程和线路中心线到隧道圆心的距离。我们都可以用此原理在全站仪配合casio系列可编程计算器编程解决。看似复杂的方法，运用三角形勾股定理后就变得非常简便快捷。

隧道竣工测量

用于隧道竣工测量，只需要在某一个桩号上，每隔50cm～

100cm(根据设计断面的大小，小半径取小值，大半径取大值)采集三维坐标，注意测量时及时计算所测断面桩号，桩号偏差不易大于10cm。采集的数据下载到电脑上，利用excel打开数据，把偏距列和高程列编辑成坐标对后再展到cad下即完成断面图的绘制。

结束语

三维坐标断面测量法在隧道施工测量中不需要专用的软件，且更为方便、快捷、适用。如全站仪带有蓝牙功能，也可通过仪器上的

蓝牙与手机或其他手持智能设备连接，测量结果可直接显示偏差或者直接绘出竣工图，是隧道断面测量工作可选用方法之一。比较适用于隧道的开挖、初期支护、混凝土二次衬砌断面测量，尤其适用于台车就为调试工作，能边测量坐标后立即计算的偏差值，及时指导施工。不但适用于施工测量同时也可适用于业主、监理部门的质量检查工作，彻底的杜绝了施工单位弄虚作假的可能，同时测量人员也从繁重的工作中得到了解放。

三维坐标断面法适合于施工中隧道开挖断面测量，可做到任意位置需要测量后马上出结果，一次设站后能有效的测量整个段落的特征点和任意点，可根据面积与点数的频率进行测量。人员和仪器都不需要到开挖面下面去，安全上也得到了保障。该方法除用于隧道测量外还可用于对大型球体，球面进行精确的测量。

参考文献：

李青岳陈永奇.测绘出版社.2008年.