工程技术隧道施工快速简捷测量方法王东波(中铁十三局集团一公司)摘要:隧道测量工作在隧道施工中起着至关的作用，如何快速准确的测量成为隧道测量工作的关键，本文详细介绍了隧道测量工作快速简捷的方法。关键词:隧道断面快速测量中图分类号:TV45文献标识码:A文章编号:1672一3791(2007)04(a)一0059一02在隧道施工中，各种工序衔接紧凑，平行作业、交叉施工的工程很多，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、高程和断面几何尺寸，关系到隧道的贯通。为满足测量工作需要，需选择关键工序工作面污染小的时间，停止一些次要工序，提前加大排风来满足测量工作条件。若测量工作占用时间过长，将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。花几十万买一台隧道断面仪，仅能用于隧道断面测量，投资太大，为节省投资可采用全站仪配隧道断面测量软件来完成。用全站仪进行外业数据采集后，再对采集的数据进行分析。数据分析可用台式、便携电脑，也可用可编程计算器进行。现将三数据分析方法列于表，从表可以看出，采用可编程计算器进行分析，内外业用时最少，测量工作对工程作业时间影响最小。本文将对这种方便，快捷的测量和计算方法进行分析与介绍。图1是一个隧道断面，垂直方向(高程)为纵轴，用H表示。水平方向(距线路中线的距离)为横轴，用B表示。圆心纵坐标等千路线设计高程减设计高程线至隧道中心的距离乘横坡比，加圆心至路面的高度。用公式(1)表示。0=5一bxi+h二5一4.11x0.02+1.线高。测量数据记录于表2。1.3测量数据处理为了与CASIO系列可编程计算器编程使用附号一致，部分附号按汉语拼音首位为代码，并启用“轴交点”一词。FX一4500断面测量计算程序如下:程序名:SDDM(隧道断面一)1LILblo，极坐标断面测量法1.1极坐标系的建立(1)圆心横坐标等予10m(假定线路中心横坐标为10米)。加线路中心至隧道中心的距离1.2数据采集1.2.1待测断面站点放样可放出路中线、隧中线或距路中线任意宽度的点位，记录其地面高程、线路中线至待测断面站点的距离等。1.2.2断面测量仪器置于待测断面，(竖直度盘定天顶方向为0度，顺时针注记)望远镜瞄准另一导线点或中线点定向后，转仪器正镜瞄准线路边线法线方向，也就是保证测量的竖直角读数，线路中线一侧为270一360度，线路边线一侧为0一90度。记录仪器高、观测的竖直角、斜距。根据个人习惯，亦可记录水平距离和高差。如隧道内干扰大，可在仪器定向前，竖直度盘调至90度或270度，置水准尺干水准点上，读取塔尺读数来校核视旅材料利利用率97。7滚69LZ{J，D}L3Norlll:T=J/1000)(L4I=IntT+Int(fracTxl00)/60+frac(fracTxl00)/36LSH二G+Y+Rec(D，1)L6B二10+L+NxWL70二5一4.llxo.02+1.69LSC二(伪1(B一15.11，H一0)一R)xl0):(Fixl:“Pc=”LgGotooG为视吐站地面高程Y为仪器高J为观测的竖直角D为斜距L为线路中线至测站的距离5为线路中线设计高程R为半径H为实测纵坐标截材方法编号厂卿犷下而而系百一犷不杯一刃盯丽余料}!藉原材料数赞123l}2，0，0，30，2，2，01500，0，4，30，0，0，1352146134305009‘用长度5结语开发一个实用的铁塔计算机下料系统是非常有意义的，本系统的研究开发正是在这方面开展工作。本软件采用编程灵活的36304伪.4说明:利用率.(3910X3卜4008X5卜3926X9)/4060X一，7，70%2叮.卫‘..t，‘‘、ephDi7.0作为开发工具，采用QLsSerervZ侃幻作为数据库进行数据的统一存储管理，在卜问个单纯形表，单纯形表上的数据都参与运算，WindowsXP操作平台下运行。拭K凡卜凡凡囚=O其实有些运算是不必要的，当约束方程的个数拭气X=卜川同m和变量个数n很大时，计算机的储存量和计参考文献』从LN.会在储存量和计算量方面造成浪【]李琼，1金升平一维优化下料问题的模型与)算量都很大，3(费，改进单纯形法把单纯形法中所要求的计算算法的综合比较【I。J武汉交通科技大学学川其中线性规划方程组的系数矩阵A为下依次排成格式，以避免不必要的计算。报，1998，22(4):373一375.料方式，元代表第1种下料方式被采用的次数，3.4线性规划计算流程图2]华中平，1张立.基于线性规划的角钢优化下线性规划计算流程图如下，其中bi。表示b代表所需零件数量。21料算法研究.湖北工业大学学报，2005，02解这种不等式约束条件极值问题的一般约束方程右边的值，bir表示约束方程左边的(5):1003一4684，方法及最普通的算法是单纯形法，总体思路系数值。)413]张干宗.线性规划IM』1.武汉:武汉大学出版是:首先引进人工变量，将数学模型转化为线社，2004性规划向题的标准形式。然后根据得到的等4实例4]潘晓宇，[李海燕一维下料问题数学模型的式约束条件约去目标函数中的一些自变量，再现有规格为L50mmx4mm，长度为计算机自动生成与优化计算tJ].鞍山钢铁令非基变量等于零，求出对应一组基向量的基L二4060的钢管原材料，需要长度规格为学院学报.1998，21(3)，35一38.本可行解，从这一种基本可行解出发，考察这DI=1500mm，DZ=125omm，D3=750mm，【1王连杰，基于线性规划的一维优化下料系5点是否使目标函数达到最小值。如果不是，D4=3oomm的零件毛坯数量分别为2，=60，统研究与开发.大连理工大学硕士论文，再依次考察新的基本可行解以使目标函数达22=102003.0，2厂100，孔二200。切削用钢锯的刀口宽到最小值。为Zmm。运用整规划计算结果如下:在原始单纯形法中，每次迭代都要改写整科技资讯SCI〔NCE&TEC日NOLOOYINFORMATIONSel「闪C仁&T卜口闪以玄)〕YI闪F口书月ATION表1隧道断面单点测量耗时比较表序仪答型配套设备外业平均用时内业平均用时号号(.in)(.坛)1天宝笔记本电脑及隧道断256面软件2镶卡台式电脑及隧道断面85软件3株卡台式电脑及隧道断面6.67软件咬徕卡C户510此一450计算50器‘;:、;，衬百戚测袍标0为圆心处的设计纵坐标，0为圆心处的设计纵坐标R为设计半径C为实测偏差(输出用‘pc=’表示)15.H为圆心处的设计横坐标1为T为计算过程对J的替换N为修正符(当仪器不是置在中线上，且2三维坐标段落测量法各种原因引起测量的竖直角读数，线路中线在隧道施工断面侧量工作中，无论采用一侧不是线路边线一侧不是270一630度，0一90度时，计算结果隧道断面仪，还是采用全站仪配隧道断面测偏差超常，无需重测。输“一1”修正即量软件来完成，一般用测量一个断面来代表一个段落，用一个断面代表一个段落，有一可。其它情况输入“中线时，测站至隧道中线的距离尽可能大于+1”，测站不能设在隧道定的片面性，在隧道开挖断面测量工作中.其缺点极为明显。若采用三维坐标段落测量一米为益)法进行隧道测量，可全面反映整个段落任意角度输人，如203O23‘12尸输入桩号各个点的超欠挖情况。20323122.1数据采集66003产18，输入660318仪器置于任意点(做自由设站)或导线点0.0’10尸输入10即可。其它输人单位均为m，输出单位为cm。上，有针对性的对一个段落的特征点或任意本程序仅适用于单心圆隧道断面测量，点进行测量，记录x、y、2三维坐标。2.2确定测点对应的里程与距路线中线的距离如遇多心圆隧道，可根据实测的横坐标或纵2.2.1圆曲线坐标，用判断语句确定采用不同的半经和设计坐标，只需对程序适作调整。在圆曲线上选任意点B，为起算里程，1.3.1计算轴交点坐标坐标反算分别求得，测站A，起算点B，到轴交点纵坐标等于测站地面高程加仪器圆心0的距离和方位角，两方位角之差〔OAOB=a》和半径计算曲线长L，B点里高;轴交点横坐标等于10加线路中心至测站程加L等于C点里程，测站至圆心的距离减半的距离。1.3.2计算所测断面各点的实测坐标径等于测站至中线距离。测量参数见图一2所实mJl纵坐标等于轴交点纵坐标加竖直角示。L由公式4求得。L=二ra/180(4)的余弦乘斜距。实测横坐标等于轴交点横坐标加竖直角式中L一弧长r一半径的正弦乘斜距，用下式表示:a一圆心夹角H，G+Y+coslxD(2)2，2.2缓和曲线B=10+L+SinlxD、(2)在缓和曲线上求任意点的法线方向十分式中H为实测纵坐标简单，但要求测站要对应那个桩号法线上的G为测站地面高程点，相当复杂。采用近似法，完全能满足Y为仪器高]lif量精度要求。在测站前后的线路上，各选1为观测的竖直角J，计算过程中，程一距离合适的点做为计算点，把两点当作直序用1对J进行了替换线看，按直线计算即可。测点见图3所示。D为斜距2.2.3直线B为实测横坐标L为线路中线至测站的距离在直线段上选任意点B作为起算点，已1.3.3计算所测断面各点的实测偏差知直线段方位角BC，用坐标法反算求得BA实测偏差等于断面各点的实测坐标与圆方位角，通过两方位角之差a，和BA的距心处的设计坐标，进行坐标反算，求得测点至离解直角三角形可得BC距离L和AC的距离b。B点的桩号加L等于测站点对应的桩号.圆心的距离—实际半径减设计半径。(设计半径按不同工序分别计算，如开挖、初期支护、测量参数图4。b=ABxsina(5)台车、二衬等。并考虑预留呈)L=ABxCosa(5)C二斌((B一15.11)?+(H一0)?)(3)2.3数据分析式中C为实测偏差(输出用‘cP=’表示)B为实测横坐标根据测点的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H为实测纵坐标算隧道圆心的设计高程和线路中线到隧道圆60科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMAT!ON工程技术图1心的距离。经计算已知隧道圆心的设计高程;线路中线到隧道圆心的距离。经测量已知测点的实测高程.测点至线路中线的距离。无论是那一种线型，在CASIO系列可编程计算器，如FX一4500的帮助下，都可以采用渐进法编程(另文专述)解决。看似复杂的方法，变得非常简便。程序名:SDDM(隧道断面一2》LI?Lblo:LZ?{DE圣:progXH:progLJYD:L3?{G}:C二((pol(15.11一B一10，G一2一1.6))一0“R’)x100:Fixl:“Pc二”L4?Gotoo式中XH子程序循环LJYD:子程序路径引(子程序另文专述)DE测点大地坐标B+10测点横坐标G为测点高程2+1.6圆心高程R为隧道半径，C为实侧偏差(输出用丫c=’表示)三维坐标段落法隧道断面测量表3。3结语极坐标断面测量法在隧道施工断面测量中，不需要专用的软件，且更为方便、快捷、准确、实用。如有可编程全站仪，测量结果可直接显示偏差.是隧道断面测量工作可选用方法之一。比较适用于隧道的初期支护、二衬的断面测量，尤其适用于台车就位调试工作，能边测量边出成果，及时正确的指导施工。更适用于、监理部门的检查工作，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忙的工作中得到了。三维坐标段落法适合于施工中隧道开挖断面测量，可做到那里需要测后马上出结果，一次置镜能有效的测量全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。人和仪器都不需要到开挖面下去，安全上也得到了保障。该方法也适用于初期支护、二衬施工的断面测量。还可用于对大型球体、球面进行精确的测量。导
