淺談測量技術在隧道工程施工中的應用

1、<p><b>　　龍巖學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文（設計）</b></p><p>　　題目：淺談測量技術在隧道工程施工中的應用 </p><p>　　二0一六年四月十五日</p><p>　　淺析測量技術在隧道工程施工中的應用</p><

2、p>　　摘要：隨著國家經濟的高速發(fā)展，我國基礎建設的施工技術也大幅提高，同時測量技術在工程建設中作用越來越大。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在高速公路隧道工程施工過程中的應用，旨在讓測量技術與隧道施工過程能更緊密的結合在一起，更好的為基礎建設服務。</p><p>　　關鍵詞：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計是1050米，右線設計是為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>　　隧道整體結構是按照新奧法原理設計的，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。為了保證測量的準確度與效率，需準備

5、一臺卡西歐計算器，以坐標正算，坐標反算和隧道超欠挖計算公式為基礎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據提前輸入道路之星軟件內，構建三維隧道模型，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 設計和測量</b></p><p><b>　　2.1設計</b></p><p>

6、;　　2.1.1 鋼支撐設計</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，具體根據現場情況來設計。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、們需要將預留變形量考慮在內，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，這樣方便工人豎立鋼支撐。需要注意的是，設計上每前進七十公分便需要架立一榀鋼支撐，所以在設計鋼支撐的同時，須標注需要的榀數，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。臺車的設計也要考慮這幾個因素：（1）臺車要按照最小橫斷面來設計，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公分為可拉伸側臂。</p><p>　　圖3 沽洋隧道三級圍巖設計圖</p><p>　　臺車的設計還要根據施工工藝來設計，如沽洋隧道右線在前進十幾米后需采用單側壁開挖法，相應的臺車要發(fā)生變化。如下圖，單側壁開挖法又稱為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 沽洋隧道單側壁臺車設計圖</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，就需要按照設計圖將邊坡的設計坡度、設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）司機從隧道出來經歷由暗到明的一個變化過程，邊坡工程則可以保護和誘導司機的視線，且美化環(huán)境等。</p><p>　　按照設計圖，將邊坡的坡度控制在設計要求內，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，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，然后用變坡點的設計偏差相加減，得到實測點的設計偏距，最后用此偏距與實測的偏距比較，若差值在合理范圍內就可以了。圖上所示，邊坡坡度為1:0.5轉變?yōu)?:0.75，邊坡點設計偏距為1393.2cm，坡腳設計高程=設計標高-（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計里程，得出實測點的設計里程，最后用實測里程跟設計里程對比，若差值在合理范圍內就可。</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容之一。超欠挖指的是隧道實際開挖的輪廓與當前里程隧道橫斷面的設計開挖輪廓相比較。超挖即為實際開挖輪廓大于設計輪廓，欠挖則相反。超欠挖數值指的是實測點到圓弧的半徑與設計圓心半徑的差值。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，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生影響，導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象；（3）因為隧道測量放線在隧道內部可見度較低，且采用后方交

16、會的方法設站，測量時會產生前后視照準誤差，同時因為掌子面是凹凸不平的也會產生偏差，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線控制點（本文不討論洞內控制網的布設）架設全站儀（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，由三角形的邊角關系求出對應邊長的設計值和實測值的偏差。</p><p>　　圖6 超欠挖計算模型<

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

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側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。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留變形量考慮在內，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、平移機構總成、門設總成、主從行走機構、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，通常廠家在生產制造二襯臺車時會在臺車

21、頂部中心位置標記一十字絲，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，使臺車升至設計的襯砌高度，然后旋緊基礎千斤，固定后還要進行多次的檢核；（3）操作液壓系統(tǒng)，使兩邊側向模邊沿到達設計襯砌斷面，然后扳動側向支

22、撐絲桿千斤，讓它達到側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計橫斷面半徑大5公分。</p><p>　　臺車的定位至關重要，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，在路面上放樣出隧道中點，并以水泥釘在路面上做標記，同時要標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法。將斷面儀架設在隧道中心點，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。通過洞內的施工控制點可以獲得斷面儀的點數據，通過計算計算軟件的幫助，自動將實際開挖輪廓線與設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設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>　　隧道路線設計一定會呈現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米內橫坡從2％漸變?yōu)?3％，稱為超高路面。超高路段一般設置在路線轉彎處，有利于安全行車。</p><p>　　線路縱斷面測量：隧道內縱向路線鋪設一般以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置水準點并測量水準點高程；中平測量是利用水準點高程分段測定各里程樁的高程。中平測量可以采用水準測量和三角高程測量方法。均要起閉與水準點，構成附和水準路線。設計的路線高度是根據設計坡度、距離和設計標高計算的，設計線的標高是確定的，路線某點的設計標高=設計標高±（設計坡度×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計線標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，根據控制點架設全站儀，在路面選取幾個待測點，將待測點的高程h測出后與設計的線路高程H對比，得到高差△h，然后根據高差來澆灌混凝土。設計的路面高程可以用三角函數求得。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>　　設計線標高不變，路面

28、高程隨著坡度發(fā)生了變化。線路高程H=設計高程-2％×某點到設計高的偏距。</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后，要及時對控制點坐標進行多次的檢驗。在隧道洞口施工范圍之外，至少要布設3個或者3個以上的點，構成一個小型的三角網或者多邊控制網，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線點，以便定向等（2）隧道開挖口號“寧超勿欠”，這就需要根據圍巖等級適當預留變形量，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濟損失，所以要根據圍巖的等級、當時地形的地質情況和測量經驗來判斷，確定預留的變形量；（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的鉆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，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值還要根據前幾次測量結果來判斷；（4）在隧道挖掘前</p><p>　　這些問題都是很常見且容易出現的，一旦出現問題就會對工程進度等造成影響，嚴重

31、的會導致經濟損失。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其他已經點進行坐標檢核，同時測量人員要了解測量的基本要求，且認真對待測量、責任心強，出現問題能及時尋找原因。最好有一定的測量經驗，而且熟悉整個施工過程；對隧道設計圖理解透徹，每次測量放樣時要提前依據設計圖做好準備，將重要的數據整理好以便測量。還需要熟練操作cad、excel以及卡西歐fx-9800計算器的應用和編程等。</p&g

32、t;<p><b>　　4 總結</b></p><p>　　本文根據沽洋隧道的實際情況為例，粗略的介紹了測量技術在其中的應用。在現場實際測量放樣時會發(fā)現，真正的現場施工與設計圖存在一定的差異。設計圖更多考慮的是工程本身，而現場施工還需要考慮工人、材料和經濟效益等，所以現場施工在不偏離合理和安全的范疇內，可以根據實際情況做適當的調整，測量放樣也要做相應的調整。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，各個學科相互滲透，隧道測量不能只做單純的測量，地質學、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驗總結[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構安全性評價[D].重慶大學碩士論文.2007.</p>

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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>　　本論文是在我指導老師張高興

40、教授親切關懷和悉心指導下完成的。無論是在論文選題、研究內容和研究理論上都給予了我細致指導和不懈的支持，他嚴謹的治學精神、嚴肅的科研態(tài)度以及精益求精的工作作風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，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>