淺談測量技術(shù)在隧道工程施工中的應(yīng)用

1、<p><b>　　龍巖學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）</b></p><p>　　題目：淺談測量技術(shù)在隧道工程施工中的應(yīng)用 </p><p>　　二0一六年四月十五日</p><p>　　淺析測量技術(shù)在隧道工程施工中的應(yīng)用</p><

2、p>　　摘要：隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國基礎(chǔ)建設(shè)的施工技術(shù)也大幅提高，同時測量技術(shù)在工程建設(shè)中作用越來越大。本文以寧德市古田縣翠屏湖景區(qū)沽洋隧道施工為例，粗略的介紹測量技術(shù)在高速公路隧道工程施工過程中的應(yīng)用，旨在讓測量技術(shù)與隧道施工過程能更緊密的結(jié)合在一起，更好的為基礎(chǔ)建設(shè)服務(wù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：隧道工程；測量；施工</p><p><b>　　1 引言<

3、;/b></p><p>　　沽洋隧道地處于寧德市古田縣沽洋村翠屏湖景區(qū)，該隧道為小凈距隧道，進口位于曲線段，分左右線。隧道左線的平曲線半徑按照設(shè)計是1050米，右線設(shè)計是為1050米。右線進口樁號為YK43+030，出口樁號為YK43+680，長650米，縱坡為-1.126％；左線進口樁號為ZK43+043，出口樁號為ZK43+691，長648米，縱坡為-1.121％。</p><p&

4、gt;<b>　　圖1 沽洋隧道洞口</b></p><p>　　隧道整體結(jié)構(gòu)是按照新奧法原理設(shè)計的，以錨桿、濕噴混凝土等作為初期支護，并用鋼支撐、大管棚、注漿小導(dǎo)管等作為輔助支護措施，二次襯砌采用模筑混凝土。同時，依據(jù)不同的圍巖等級采用的支護方法也不同。測量的主要目的就是保證初支和二襯能夠按照設(shè)計的尺寸施工，使隧道進度順利，也利用精確的測量來控制施工成本。為了保證測量的準(zhǔn)確度與效率，需準(zhǔn)備

5、一臺卡西歐計算器，以坐標(biāo)正算，坐標(biāo)反算和隧道超欠挖計算公式為基礎(chǔ)編寫計算程序或者將隧道平曲線、縱曲線和起始點樁號等數(shù)據(jù)提前輸入道路之星軟件內(nèi)，構(gòu)建三維隧道模型，這樣可以省去大量的計算過程，使測量過程簡單高效。</p><p><b>　　2 設(shè)計和測量</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計</b></p><p>

6、;　　2.1.1 鋼支撐設(shè)計</p><p>　　以右線為例，進洞采用三臺階開挖法。前三十米為五級圍巖，采用ZDK-1支護。在ZDK-1支護中，初期支護需要厚度為二十公分的鋼支撐，我們按照施工隊的要求對鋼支撐進行設(shè)計，需要考慮這幾個因素：（1）每一臺階高度不宜太矮，具體根據(jù)現(xiàn)場情況來設(shè)計。上臺階的高度要滿足鏟車和渣土車施工；（2）由于洞口屬于淺埋段，圍巖等級較差會發(fā)生較大的形變，為了滿足業(yè)主要求的隧道橫斷面大小我

7、們需要將預(yù)留變形量考慮在內(nèi)，這樣保證二次襯砌時有足夠的位置；（3）鋼支撐弧長不宜過長，最好控制在6米以內(nèi)，這樣方便工人豎立鋼支撐。需要注意的是，設(shè)計上每前進七十公分便需要架立一榀鋼支撐，所以在設(shè)計鋼支撐的同時，須標(biāo)注需要的榀數(shù)，這樣方便統(tǒng)一加工。如下圖：</p><p>　　圖2 沽洋隧道三臺階鋼支撐設(shè)計圖</p><p>　　上臺階高3.7米，有三節(jié)相同的鋼支撐，每節(jié)長4.93米；中臺階

8、位置在圓心水平線下降60公分，左右各一節(jié)鋼支撐；下臺階包含了仰拱。各個臺階需要錯開一定距離，否則容易造成塌方事故。</p><p>　　2.1.2 臺車的設(shè)計</p><p>　　隧道在開挖時凈高最大可達七米多，穹頂位置就無法施工，這就需要設(shè)計一架臺車，以方便工人打鉆及進行初期支護等施工。臺車的設(shè)計也要考慮這幾個因素：（1）臺車要按照最小橫斷面來設(shè)計，這樣可以節(jié)省成本；（2）臺車要靠鏟車拖

9、動，所以臺車不能太高，同時要考慮臺車左右兩側(cè)不能離拱墻太近。（3）臺車每一層要方便工人站立。如下圖為初支臺車，白色粗線段為臺車。高4.6米，寬5.2米；60公分為可拉伸側(cè)臂。</p><p>　　圖3 沽洋隧道三級圍巖設(shè)計圖</p><p>　　臺車的設(shè)計還要根據(jù)施工工藝來設(shè)計，如沽洋隧道右線在前進十幾米后需采用單側(cè)壁開挖法，相應(yīng)的臺車要發(fā)生變化。如下圖，單側(cè)壁開挖法又稱為CD開挖法，按照

10、左上、左下、右上、右下順序進行開挖。</p><p>　　圖4 沽洋隧道單側(cè)壁臺車設(shè)計圖</p><p><b>　　2.2測量</b></p><p>　　2.2.1 邊坡和仰坡的放樣</p><p>　　邊坡在進洞之前必須先穩(wěn)固好，就需要按照設(shè)計圖將邊坡的設(shè)計坡度、設(shè)計高程和坡腳放樣出來。</p>&l

11、t;p>　　圖5 沽洋隧道右線邊坡示意圖</p><p>　　邊坡的作用：（1）邊坡穩(wěn)固的話可以保證路基的整體穩(wěn)定性;（2）使人類活動對環(huán)境的破壞程度減少到最小;（3）司機從隧道出來經(jīng)歷由暗到明的一個變化過程，邊坡工程則可以保護和誘導(dǎo)司機的視線，且美化環(huán)境等。</p><p>　　按照設(shè)計圖，將邊坡的坡度控制在設(shè)計要求內(nèi)，以便進行下一步的防護。邊坡放樣方法為：利用后方交會架立全站儀，

12、測出邊坡某點的實際坐標(biāo)，然后通過計算器程序算出里程與偏距，用實測的高程和已知的變坡點高程相減，得到一個高差，通過此高差與坡度算出一偏距差，然后用變坡點的設(shè)計偏差相加減，得到實測點的設(shè)計偏距，最后用此偏距與實測的偏距比較，若差值在合理范圍內(nèi)就可以了。圖上所示，邊坡坡度為1:0.5轉(zhuǎn)變?yōu)?:0.75，邊坡點設(shè)計偏距為1393.2cm，坡腳設(shè)計高程=設(shè)計標(biāo)高-（偏距×2％）。</p><p>　　隧道仰坡是指

13、從隧道成洞面沿掘坡度開始直至地面線的坡面。與邊坡放樣不同的是，仰坡放樣是利用設(shè)計里程與實測里程的差值計算的。通過計算器程序算出實測點的里程與偏距，用實測高程減去邊坡點的設(shè)計高程，得到一個高差，然后用這個高差跟坡度算出一里程差，用此里程差加減變坡點的設(shè)計里程，得出實測點的設(shè)計里程，最后用實測里程跟設(shè)計里程對比，若差值在合理范圍內(nèi)就可。</p><p>　　2.2.2 隧道超欠挖計算</p><p

14、>　　隧道超欠挖計算是隧道測量的主要內(nèi)容之一。超欠挖指的是隧道實際開挖的輪廓與當(dāng)前里程隧道橫斷面的設(shè)計開挖輪廓相比較。超挖即為實際開挖輪廓大于設(shè)計輪廓，欠挖則相反。超欠挖數(shù)值指的是實測點到圓弧的半徑與設(shè)計圓心半徑的差值。超欠挖對隧道的影響巨大，隧道開挖面過大的話，會拖慢施工進度，同時加大支護的成本，更嚴重的會影響工程安全；若開挖過小達不到設(shè)計要求，則無法滿足使用。</p><p>　　目前的隧道挖掘方法有兩

15、種，一種是“鉆爆法”，另一種是“盾構(gòu)掘進法”。但是由于各種條件影響，“鉆爆法”仍是目前隧道開挖的主要方法。至于隧道超欠挖產(chǎn)生的原因，有以下三種情況：（1）由于掌子面是一個不平整的巖體面，打鉆孔間距控制不當(dāng)，會影響各個鉆孔的爆破效果，或者炸藥的用量不合理等都會對爆破產(chǎn)生影響，導(dǎo)致爆破后的掌子面超挖或欠挖；（2）隨著隧道開挖前進，巖層會隨著發(fā)生變化，圍巖裂縫會造成不可避免的超欠挖現(xiàn)象；（3）因為隧道測量放線在隧道內(nèi)部可見度較低，且采用后方交

16、會的方法設(shè)站，測量時會產(chǎn)生前后視照準(zhǔn)誤差，同時因為掌子面是凹凸不平的也會產(chǎn)生偏差，容易造成超欠挖。一般在超欠挖放線時，可以利用項目部提供的導(dǎo)線控制點（本文不討論洞內(nèi)控制網(wǎng)的布設(shè)）架設(shè)全站儀（帶紅外激光）進行放線。</p><p>　　超欠挖計算原理：隧道超欠挖的計算原理主要是利用三角函數(shù)，由三角形的邊角關(guān)系求出對應(yīng)邊長的設(shè)計值和實測值的偏差。</p><p>　　圖6 超欠挖計算模型<

17、;/p><p>　　超欠挖的數(shù)學(xué)模型如圖上所示，m為超欠挖的數(shù)值，所以圖上所示的檢測點超挖了，我們可以通過三角函數(shù)計算出m的值。</p><p>　　利用X²+Y²=（6.44+m）²，其中6.44為設(shè)計半徑，X和Y可以通過全站儀所測的坐標(biāo)反算求得，求得m即為該檢測點比設(shè)計輪廓超出的數(shù)值。在現(xiàn)場實測時，可以通過坐標(biāo)和公式計算出n的值，然后將實測點水平平移到設(shè)計的輪

18、廓線上即可，將掌子面上實測的點連接起來就是設(shè)計的輪廓線。</p><p>　　圖7 掌子面測量放線過程圖</p><p>　　在沽洋隧道實測中，初支測量放線只把鋼支撐的內(nèi)側(cè)連接點點和隧道洞軸中點放樣出來，同時前進方向也各需要一個點保證鋼支撐在同一個里程面上，這樣可以讓工人施工更加便捷。超欠挖是隧道測量的主要內(nèi)容之一，它適用于檢查隧道的初期支護、二村斷面的超欠挖?？刂坪贸吠诳梢怨?jié)省人力物力

19、，保證施工進度和安全，所以測量精度要把握好，將精度控制在一定范圍內(nèi)。需要注意的是：沽洋隧道進口段為淺埋段，且洞口圍巖和地形的地質(zhì)情況較差，洞口及洞口附近段可能將有一定的變形量，所以按照經(jīng)驗我們把鋼支撐的半徑放大十五公分，這樣在二襯的時候能留有足夠的位置。我們在超欠挖放線時要把預(yù)留變形量考慮在內(nèi)，以保證施工進度的順利。</p><p>　　2.2.3.二次襯砌</p><p>　　二次襯砌需

20、要二襯臺車，二襯臺車一般由模板總成、頂模架體、平移機構(gòu)總成、門設(shè)總成、主從行走機構(gòu)、絲杠千斤頂、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。在隧道開挖初期支護幾十米后，隧道有坍塌的危險，需要二襯臺車跟進進行二次襯砌。我們就需要對二襯臺車定位，使其能夠在設(shè)計的軌道上前進，順利完成襯砌，定位同樣需要測量放線。</p><p>　　定位二次襯切的臺車需要先確定洞軸中心和臺車中線。臺車中線定位極其簡單，通常廠家在生產(chǎn)制造二襯臺車時會在臺車

21、頂部中心位置標(biāo)記一十字絲，利用中點引出重力垂線，就可以找出臺車的中線；隧道中線則需要利用全站儀放樣，通過計算調(diào)整實測點到洞軸線的偏距，確定出隧道中點。確定完這些后，將臺車行駛到待定襯砌斷面，最后再通過這幾個步驟進行定位：（1）操作液壓系統(tǒng)，平移油缸使臺車中線與隧道中線對齊；（2）操作液壓系統(tǒng)頂升油缸，使臺車升至設(shè)計的襯砌高度，然后旋緊基礎(chǔ)千斤，固定后還要進行多次的檢核；（3）操作液壓系統(tǒng)，使兩邊側(cè)向模邊沿到達設(shè)計襯砌斷面，然后扳動側(cè)向支

22、撐絲桿千斤，讓它達到側(cè)向油缸的支撐位置并旋緊；（4）完成以上幾個步驟后，需要對臺車的橫斷面進行尺寸的檢核，一般臺車襯砌的橫斷面要比設(shè)計橫斷面半徑大5公分。</p><p>　　臺車的定位至關(guān)重要，以上幾個步驟需要用到全站儀放樣出隧道中點、臺車中點和臺車各模邊沿點的高程和里程，以保證臺車相同面上的點在同一里程上，防止隧道發(fā)生變形。</p><p>　　二襯臺車定位完成后，隧道就能夠開始進行二

23、次襯砌，我們則要根據(jù)二襯臺車的長度放樣。沽洋隧道的二襯臺車全長12米，二襯橫斷面半徑為5.45米。測量放樣時最好在間隔12米或者以內(nèi)，在路面上放樣出隧道中點，并以水泥釘在路面上做標(biāo)記，同時要標(biāo)記該點到隧道頂中點的凈高，用來控制二襯橫斷面的凈高。然后在左右兩邊的矮邊墻各找一點，測出該點到設(shè)計高程的差值，以便混凝土填高。如果隧道矮邊墻還未修筑，則左右兩點需要放樣在矮邊墻邊界處。</p><p>　　在二次襯砌施工完成

24、后，可以利用激光斷面儀對二襯橫斷面進行檢測，激光斷面儀測量原理為極坐標(biāo)法。將斷面儀架設(shè)在隧道中心點，以某一方向為起始，按一定的間距依次測定該中心點所在的開挖輪廓線上的點到設(shè)計輪廓線的矢距，然后這些點依次相連就可以獲得實際開挖的輪廓線。通過洞內(nèi)的施工控制點可以獲得斷面儀的點數(shù)據(jù)，通過計算計算軟件的幫助，自動將實際開挖輪廓線與設(shè)計開挖輪廓線的空間三維匹配對比，并可以求出各測點與相應(yīng)設(shè)計開挖輪廓線之間的超欠挖值。</p><

25、;p>　　2.2.4 路基測量</p><p>　　隧道路線設(shè)計一定會呈現(xiàn)縱向坡度和路面的橫向坡度，如沽洋隧道右線的縱向坡度為-1.121％，為下坡路；右線橫坡前360米為2％，接下來的第360米到525米內(nèi)橫坡從2％漸變?yōu)?3％，稱為超高路面。超高路段一般設(shè)置在路線轉(zhuǎn)彎處，有利于安全行車。</p><p>　　線路縱斷面測量：隧道內(nèi)縱向路線鋪設(shè)一般以10米為一模進行澆灌混凝土。一般

26、分基平測量和中平測量，基平測量是沿線路方向設(shè)置水準(zhǔn)點并測量水準(zhǔn)點高程；中平測量是利用水準(zhǔn)點高程分段測定各里程樁的高程。中平測量可以采用水準(zhǔn)測量和三角高程測量方法。均要起閉與水準(zhǔn)點，構(gòu)成附和水準(zhǔn)路線。設(shè)計的路線高度是根據(jù)設(shè)計坡度、距離和設(shè)計標(biāo)高計算的，設(shè)計線的標(biāo)高是確定的，路線某點的設(shè)計標(biāo)高=設(shè)計標(biāo)高±（設(shè)計坡度×起始點到某點的距離），上坡為正，下坡為負。各點的地面高程與設(shè)計線標(biāo)高之差為填高和挖深。</p>

27、<p>　　路線橫斷面測量：路線橫斷面測量可以利用全站儀來完成，根據(jù)控制點架設(shè)全站儀，在路面選取幾個待測點，將待測點的高程h測出后與設(shè)計的線路高程H對比，得到高差△h，然后根據(jù)高差來澆灌混凝土。設(shè)計的路面高程可以用三角函數(shù)求得。如下圖為沽洋隧道某一路面橫斷面：</p><p><b>　　圖9 路面橫斷面</b></p><p>　　設(shè)計線標(biāo)高不變，路面

28、高程隨著坡度發(fā)生了變化。線路高程H=設(shè)計高程-2％×某點到設(shè)計高的偏距。</p><p>　　3 測量過程需要注意的問題</p><p>　　隧道測量或多或少會遇到一些問題，我大概總結(jié)一下實際測量中需要注意的問題：（1）在獲得項目部提供的控制點坐標(biāo)后，要及時對控制點坐標(biāo)進行多次的檢驗。在隧道洞口施工范圍之外，至少要布設(shè)3個或者3個以上的點，構(gòu)成一個小型的三角網(wǎng)或者多邊控制網(wǎng)，方便

29、用來檢核和備用；在洞口路面施工基本完成的時候，需要在洞口引一個精密的導(dǎo)線點，以便定向等（2）隧道開挖口號“寧超勿欠”，這就需要根據(jù)圍巖等級適當(dāng)預(yù)留變形量，可是如果提高的太多，而實際變形量很小，雖然不會對工程進度有影響，但是會造成一定的經(jīng)濟損失，所以要根據(jù)圍巖的等級、當(dāng)時地形的地質(zhì)情況和測量經(jīng)驗來判斷，確定預(yù)留的變形量；（3）在隧道挖掘到圍巖較好的情況時，一般使用光面爆破，光面爆破是利用受力適當(dāng)?shù)你@孔間距和適量的炸藥使爆破的掌子面呈相對光

30、滑狀。測量時開挖的輪廓線可以沿半徑放大3公分，光面爆破后輪廓超挖可控制在5公分以內(nèi)，為圍巖的受力提供一定的空間；在圍巖較軟的情況下，測量開挖輪廓線沿半徑應(yīng)縮小10公分左右，在光爆后挖掘機和工人會進行排險，即清除松動的巖石，那樣會使整個開挖半徑增大一些，具體放大或縮小的數(shù)值還要根據(jù)前幾次測量結(jié)果來判斷；（4）在隧道挖掘前</p><p>　　這些問題都是很常見且容易出現(xiàn)的，一旦出現(xiàn)問題就會對工程進度等造成影響，嚴重

31、的會導(dǎo)致經(jīng)濟損失。為了避免測量錯誤，需要對儀器保養(yǎng)和定期的校核，在全站儀后方交會完后要再對后視點或者照準(zhǔn)其他已經(jīng)點進行坐標(biāo)檢核，同時測量人員要了解測量的基本要求，且認真對待測量、責(zé)任心強，出現(xiàn)問題能及時尋找原因。最好有一定的測量經(jīng)驗，而且熟悉整個施工過程；對隧道設(shè)計圖理解透徹，每次測量放樣時要提前依據(jù)設(shè)計圖做好準(zhǔn)備，將重要的數(shù)據(jù)整理好以便測量。還需要熟練操作cad、excel以及卡西歐fx-9800計算器的應(yīng)用和編程等。</p&g

32、t;<p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　本文根據(jù)沽洋隧道的實際情況為例，粗略的介紹了測量技術(shù)在其中的應(yīng)用。在現(xiàn)場實際測量放樣時會發(fā)現(xiàn)，真正的現(xiàn)場施工與設(shè)計圖存在一定的差異。設(shè)計圖更多考慮的是工程本身，而現(xiàn)場施工還需要考慮工人、材料和經(jīng)濟效益等，所以現(xiàn)場施工在不偏離合理和安全的范疇內(nèi)，可以根據(jù)實際情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，測量放樣也要做相應(yīng)的調(diào)整。選擇隧道洞口段開挖

33、方法時，在圍巖條件允許的情況下，可以選擇進度較快的開挖方法，如三臺階等；放開挖線的時候，可以間隔一到兩米做一個開挖點，節(jié)省測量時間，加快施工程序。</p><p>　　隧道測量中，各個學(xué)科相互滲透，隧道測量不能只做單純的測量，地質(zhì)學(xué)、土木工程、測繪計算編程等在隧道測量中都扮演很重要的角色，特別是量計算程序編寫對測量越發(fā)的重要。</p><p><b>　　參考文獻：</b&

34、gt;</p><p>　　[1].孫代，巫錫勇.測量工作在隧道施工中的重要性及經(jīng)驗總結(jié)[J].四川建筑，2008，28(4).</p><p>　　[2].李永民，跨步自行式臺車在明挖隧道的應(yīng)用[J].中國科技信息，2013，2013(4).</p><p>　　[3].彭躍，在役城市隧道支護結(jié)構(gòu)安全性評價[D].重慶大學(xué)碩士論文.2007.</p>

35、<p>　　[4].荀智翔，劉依霞.淺析隧道施工引起的地表沉降及變形測量[J].山西青年，2013，(11).</p><p>　　[5].周奎，黃再志.隧道工程施工中的測量工作分析[J].中國水運月刊，2012，12(z1).</p><p>　　[6].屈永強.淺談隧道工程施工中的測量工作[J].科學(xué)之友，2007，(2).</p><p>　　[7

36、].《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》SL378-2007.</p><p>　　[8].《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》GB/T 12898-2009.</p><p>　　Analyses measurement technology application in tunnel engineering construction</p><p>　　Absteact:

37、With the high-speed development of national economy, infrastructure construction technology in China has, at the same time increasing role in the construction of engineering measurement technology. This paper put in ning

38、de high-yield tsui ping lake scenic spot in the tunnel construction, for example, a rough introduction measurement technology in highway tunnel construction process, the application of aimed at measuring technique and th

39、e tunnel construction process can more closely toge</p><p>　　Keywords:Tunnel engineering; Measurement; The construction of the</p><p><b>　　致謝語</b></p><p>　　本論文是在我指導(dǎo)老師張高興

40、教授親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。無論是在論文選題、研究內(nèi)容和研究理論上都給予了我細致指導(dǎo)和不懈的支持，他嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神、嚴肅的科研態(tài)度以及精益求精的工作作風(fēng)都深深地感染和激勵著我。在此謹向張高興老師表示誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　在完成本論文的過程中，還要感謝12級測繪工程的全體同學(xué)，他們帶給我許多幫助讓我得以克服重重困難和疑問，讓我順利完成了本篇論文。</p><p>