论文部分内容阅读
摘要：本文阐述了隧道测量技术的总体流程，并通过水库引水隧道工程测量的实例，介绍了利用激光指向仪和CASIO5800计算器配合使用来降低隧道测量在施工中所占时间比重的隧道测量优化具体措施。
关键词：隧道测量； 设计优化； 激光指向仪；CASIO5800
Tunnel measurement technique and Measurement Optimization Research
FANGXiubo
（Liaoning based Institute of Surveying and mapping，Liaoning Jinzhou 121000）
Abstract：This paper describes the overall process of the tunnel measurement technology, and leisure through Reservoir Diversion Tunnel Engineering instance, introduced the laser pointing device and CASIO5800 calculator used to reduce the tunnel with the measurement of time allocated in the construction of the tunnel measuring optimal weight specific measures.Key words：Tunnel Measurement； Optimization； Laser pointing device； CASIO5800
0 引 言
隧道测量属于地下工程测量的一种，较之于常规工程测量，隧道测量具有施工条件差；不便于组织检核，出现误差不易发现；由于作业环境的要求，需要一些特殊的作业方法和仪器，隧道施工测量的工作包括洞外控制测量、隧道进洞测量、隧道洞内控制测量、隧道施工测量等几个主要步骤,其中后两个是隧道测量的主要内容。
本文通过水库引水隧道工程测量的实例，介绍了利用激光指向仪和CASIO5800计算器配合使用来降低隧道测量在施工中所占时间比重的隧道测量优化具体措施。
1 工程概况
A水库坝址以上集雨面积16.89km2 ，正常蓄水位为62.5m，总库容为999万m3。坝型采用混凝土面板堆石坝，泄水建筑物采用深孔泄洪洞。输水隧洞总长15122m，其中部分结合引水入城输水隧洞长2234m和暗渠2146m，新开隧洞10742m（中间设2个施工支洞），布置于水库右岸，衬后洞径3.5m。
2 工程测量基本要求
2.1 控制测量
接收测量基准点、基准线和水准点及其基本资料和数据后，进行校测其基准点(线)的测量精度，并复核其资料和数据的准确性。根据校测后的基准点，设计布置本隧洞工程的施工控制网。根据工程布置特点，施工控制网采用两级导线控制：基本导线用于贯通测量，二级导线用于施工放样。
（1）基本导线
根据《水利水电工程施工测量规范》施工测量主要精度指标有：隧洞横向贯通中误差为±50mm，纵向贯通中误差为±100mm，高程贯通中误差为±25mm。基本导线主要指标为：导线边长200m，测角中误差±2.5秒(J2经纬仪6个测回)，边长相对中误差1:15000。
（2）施工导线(二级导线)
施工导线每50米布一个点，与基本导线统一考虑，间隔3-5个施工导线点，布设一个基本导线点。施工导线边长50m，测角用J2经纬仪左右角各一测回。施工导线用于隧洞开挖放样及衬砌立模放样。高程控制采用四等水准，洞内水准标石与基本导线点标石合一。
隧洞贯通后及时进行贯通测量，进行贯通误差调整与分配。
2.2 施工测量
隧洞细部放样轮廓点，相对于洞轴线的点位中误差不应大于下列规定：开挖轮廓点50mm(不允许任何型式的欠挖)。混凝土衬砌立模点10mm。开挖放样以导线标定的轴线为依据，采用激光经纬仪标定开挖中线，每次爆破后标定中心、腰线并画出开挖轮廓线。
3 测量优化方案及其应用
3.1 隧道测量隧道测量技术方案
3.1.1 测量原则
测量坚持“从整体到局部，先控制后碎部”的原则。
3.1.2 测量优化方案
根据设计提供的测量控制点，采用激光指向仪与CASIO5800计算器的配合使用，达到节约时间和保证精度的效果。
3.1.3 控制点复测、加密精度要求
控制点复测、加密测量精度和方法符合《水利水电工程施工测量规范》要求。按照先复核后利用的原则与监理共同检测设计提供的控制点(平面、高程控制点)的精度，并复核其资料和数据的准确性，所有加密控制点报监理检测合格后方可使用。
平面控制点复测、加密要求“(1)外业水平角观测2”全站仪不少于2测回：(2)导线方位角闭合差小于±10：(3)往返测距1测回，同一边长往返互差不超过±15mm；(4)导线相对精度K小于1／15000。
高程控制点复测、加密要求：(1)外业采用往返观测；(2)闭合差小于±20或±12。
3.2 隧洞开挖总体工序及时间安排表
作业顺序如图3-1：激光经纬仪或激光指仪定向，画出开挖轮廓线，并在开挖轮廓线上布好光面爆破眼位，打眼，装药爆破，通风排烟，洒水，敲帮问顶，耙斗式装岩机配合蓄电池电机车、梭车装碴主洞内洞渣运输，在主支洞接口附近进行有轨无轨转换，自卸车运至弃渣场。
3.3 测量桩的布设和注意事项
要想提高隧道测量的效率，保证速度和质量，测量桩的布设与保护是犹为重要的。隧道洞内的施工周期长、测量环境条件差、施工千扰大，故测量桩位受影响的因素最多。在实际测量中常采用钢筋作为测量桩，先用切割机截取一段30公分左右的钢筋（本次隧道施测采用的是Φ22钢筋），并用锯子在其一头刻画十字，在要布点的隧道中线位置用打钻机钻孔，在孔中添加部分湿润的锚固剂，然后将钢筋锤入孔中，并在裸露出来的钢筋部分用湿润的锚固剂围起来，如图3-2；如碰到地面坚硬，钻孔无法的到理想位置的，按照图3-3埋设。
3.4激光指向儀和CASIO5800计算器的配合使用
激光指向仪激光指向仪是利用激光光束集中，相干性好的特性研制出的用于方向定位的测量仪器，它具有光束质量好、价格低廉、安装调整方便、发射可见光、使用方便等特点，能指示隧道掘进的方向，可以快速准确地标定隧道中线位置，从而有效地控制隧道的超、欠挖。
3.4.1 激光指向仪的安装调试
在距导线点前方3～5米处将直径为22mm的两根锚杆按测量组预设位置牢固焊接在隧道拱顶的钢拱架上，锚杆埋入拱顶的深度不短于20cm，外露的长度在安置仪器后不应妨碍施工即可。用拉杆将两根锚杆连接在一起，以增强稳定性。激光指向仪通过接合器悬挂在锚杆下方并固定。
本次隧道为直线隧道，故在隧道内安置的激光指向仪应满足①激光光束和隧道中线平行②激光光束的坡度和隧道坡度一致。为调试和计算方便，一般以隧道中线和X轴建立直角坐标系，并将里程值作为其坐标值。
激光指向仪在隧道的成功使用，极大的提高了测量精度和工程质量，同时也减轻了测量人员的劳动强度。有了这条光束，暗挖区间开挖的全部工序都有了标准，工程规格和质量人人可以掌握和检查，为快速掘进创造了有利条件。
3.4.2 CASIO5800隧道直线断面放样程序
原理：在直线段上选任意点B作为起算点，已知直线段方位角BC，A点就是我们在隧道断面中所测点的三维坐标点，用坐标反算求得BA的方位角。通过两点方位角之差a和BA的距离，解直角三角形可得BC距离L和AC距离b。B点的桩号加L等于测量点对应的桩号。b就是我们所求点隧道断面的宽度，高程为A点实测高程。如图3-4：
实例：如图3-5所示A为隧洞洞口坐标，B为设计隧道中线上的一点。方位角αAB=65°26′28.04″,A点坐标（74125.66，67668.40）放样点坐标（X,Y,H）,洞口高程64m，坡向下，坡度8.64%，編程如下：
Lbl 0
?X:?Y:?H
Pol(X-74125.66,Y-67668.40)
I→A
J+360→B
B-65°26′28.04″→C
0+ACOS(C)→K
ASIN(C)→L
H+ACOS(C)*0.0864-64→D
"J=":J⊿
"PJ=":L⊿
"ZH=":K⊿
"GC=":D⊿
Goto 0
说明：I,J为计算器内部字符，即2点间距离及方位角；PJ→偏距；ZH→桩号；GC→高差。
偏距为左负右正，例如-3.2 表示放样点在中线左边3.2米处。
高差为上正下负，例如-2.1 表示放样点在实际高程的下面2.1米处。
图3-6水库隧道循环开挖12h
在CASIO5800计算器程序中将测量坐标系转换成施工坐标系后，配合着使用激光指向仪，完成一次隧道开挖断面测量需时22min，较之使用普通测量方法节约时间18min。
4 总结
隧道测量工作的重点不仅仅是保证测量成果和桩位的准确，更重要的是进行施工过程的测量监控和复核，及时纠正施工误差，满足隧道净空、限界、标高、中线及预留沉降等的要求，及时反馈信息，与其他技术管理人员一道，共同控制好工程质量。测量和其他技术管理人员对施工过程中出现或存在不符合净空、限界、标高、中线及预留沉降等基本要求的情况时要及时书面交底给作业队进行更正，出现作业队不严格执行技术管理人员的技术交底或不听从管理时要及时报告项目领导，不得因报告或制止不及时而放任自流，造成技术质量事故。
参考文献：
[1]张项泽．隧道工程测量．北京．测绘出版社，2002.23-48.
[2] 伍志刚, 万龙兴. 隧洞工程平面控制测量问题的讨论[J]. 测绘科技通讯,1996,(04).2-3.
[3]姜庆滨. 哈尔滨市轨道交通一期工程7381既有隧道测量及限界分析研究[J]. 岩土工程界, 2005,(08).2-4.
[4]胡波, 张英翔, 张红亮, 陈梦华, 魏巍. 特长隧道精密导线网测量研究[J]. 地理空间信息, 2008,(03). 2-3.
[5]李志成, 何凭宗, 颜云阳. 分水岭隧道初期支护钢拱变形的测量方法及数据处理[J]. 中南公路工程, 2003,(01).2-5.
[6]姜庆滨. 某既有隧道测量及限界分析与研究[J]. 隧道建设, 2005,(05). 2-3.
[7]熊维海. 隧道断面测量技术[J]. 中国测试技术, 2004,(02).2-8.
[8]邸英伏. 卡西欧5800计算器在公路测量中应用[J]. 内蒙古公路与运输, 2010,(03).3-5.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：隧道测量； 设计优化； 激光指向仪；CASIO5800
Tunnel measurement technique and Measurement Optimization Research
FANGXiubo
（Liaoning based Institute of Surveying and mapping，Liaoning Jinzhou 121000）
Abstract：This paper describes the overall process of the tunnel measurement technology, and leisure through Reservoir Diversion Tunnel Engineering instance, introduced the laser pointing device and CASIO5800 calculator used to reduce the tunnel with the measurement of time allocated in the construction of the tunnel measuring optimal weight specific measures.Key words：Tunnel Measurement； Optimization； Laser pointing device； CASIO5800
0 引 言
隧道测量属于地下工程测量的一种，较之于常规工程测量，隧道测量具有施工条件差；不便于组织检核，出现误差不易发现；由于作业环境的要求，需要一些特殊的作业方法和仪器，隧道施工测量的工作包括洞外控制测量、隧道进洞测量、隧道洞内控制测量、隧道施工测量等几个主要步骤,其中后两个是隧道测量的主要内容。
本文通过水库引水隧道工程测量的实例，介绍了利用激光指向仪和CASIO5800计算器配合使用来降低隧道测量在施工中所占时间比重的隧道测量优化具体措施。
1 工程概况
A水库坝址以上集雨面积16.89km2 ，正常蓄水位为62.5m，总库容为999万m3。坝型采用混凝土面板堆石坝，泄水建筑物采用深孔泄洪洞。输水隧洞总长15122m，其中部分结合引水入城输水隧洞长2234m和暗渠2146m，新开隧洞10742m（中间设2个施工支洞），布置于水库右岸，衬后洞径3.5m。
2 工程测量基本要求
2.1 控制测量
接收测量基准点、基准线和水准点及其基本资料和数据后，进行校测其基准点(线)的测量精度，并复核其资料和数据的准确性。根据校测后的基准点，设计布置本隧洞工程的施工控制网。根据工程布置特点，施工控制网采用两级导线控制：基本导线用于贯通测量，二级导线用于施工放样。
（1）基本导线
根据《水利水电工程施工测量规范》施工测量主要精度指标有：隧洞横向贯通中误差为±50mm，纵向贯通中误差为±100mm，高程贯通中误差为±25mm。基本导线主要指标为：导线边长200m，测角中误差±2.5秒(J2经纬仪6个测回)，边长相对中误差1:15000。
（2）施工导线(二级导线)
施工导线每50米布一个点，与基本导线统一考虑，间隔3-5个施工导线点，布设一个基本导线点。施工导线边长50m，测角用J2经纬仪左右角各一测回。施工导线用于隧洞开挖放样及衬砌立模放样。高程控制采用四等水准，洞内水准标石与基本导线点标石合一。
隧洞贯通后及时进行贯通测量，进行贯通误差调整与分配。
2.2 施工测量
隧洞细部放样轮廓点，相对于洞轴线的点位中误差不应大于下列规定：开挖轮廓点50mm(不允许任何型式的欠挖)。混凝土衬砌立模点10mm。开挖放样以导线标定的轴线为依据，采用激光经纬仪标定开挖中线，每次爆破后标定中心、腰线并画出开挖轮廓线。
3 测量优化方案及其应用
3.1 隧道测量隧道测量技术方案
3.1.1 测量原则
测量坚持“从整体到局部，先控制后碎部”的原则。
3.1.2 测量优化方案
根据设计提供的测量控制点，采用激光指向仪与CASIO5800计算器的配合使用，达到节约时间和保证精度的效果。
3.1.3 控制点复测、加密精度要求
控制点复测、加密测量精度和方法符合《水利水电工程施工测量规范》要求。按照先复核后利用的原则与监理共同检测设计提供的控制点(平面、高程控制点)的精度，并复核其资料和数据的准确性，所有加密控制点报监理检测合格后方可使用。
平面控制点复测、加密要求“(1)外业水平角观测2”全站仪不少于2测回：(2)导线方位角闭合差小于±10：(3)往返测距1测回，同一边长往返互差不超过±15mm；(4)导线相对精度K小于1／15000。
高程控制点复测、加密要求：(1)外业采用往返观测；(2)闭合差小于±20或±12。
3.2 隧洞开挖总体工序及时间安排表
作业顺序如图3-1：激光经纬仪或激光指仪定向，画出开挖轮廓线，并在开挖轮廓线上布好光面爆破眼位，打眼，装药爆破，通风排烟，洒水，敲帮问顶，耙斗式装岩机配合蓄电池电机车、梭车装碴主洞内洞渣运输，在主支洞接口附近进行有轨无轨转换，自卸车运至弃渣场。
3.3 测量桩的布设和注意事项
要想提高隧道测量的效率，保证速度和质量，测量桩的布设与保护是犹为重要的。隧道洞内的施工周期长、测量环境条件差、施工千扰大，故测量桩位受影响的因素最多。在实际测量中常采用钢筋作为测量桩，先用切割机截取一段30公分左右的钢筋（本次隧道施测采用的是Φ22钢筋），并用锯子在其一头刻画十字，在要布点的隧道中线位置用打钻机钻孔，在孔中添加部分湿润的锚固剂，然后将钢筋锤入孔中，并在裸露出来的钢筋部分用湿润的锚固剂围起来，如图3-2；如碰到地面坚硬，钻孔无法的到理想位置的，按照图3-3埋设。
3.4激光指向儀和CASIO5800计算器的配合使用
激光指向仪激光指向仪是利用激光光束集中，相干性好的特性研制出的用于方向定位的测量仪器，它具有光束质量好、价格低廉、安装调整方便、发射可见光、使用方便等特点，能指示隧道掘进的方向，可以快速准确地标定隧道中线位置，从而有效地控制隧道的超、欠挖。
3.4.1 激光指向仪的安装调试
在距导线点前方3～5米处将直径为22mm的两根锚杆按测量组预设位置牢固焊接在隧道拱顶的钢拱架上，锚杆埋入拱顶的深度不短于20cm，外露的长度在安置仪器后不应妨碍施工即可。用拉杆将两根锚杆连接在一起，以增强稳定性。激光指向仪通过接合器悬挂在锚杆下方并固定。
本次隧道为直线隧道，故在隧道内安置的激光指向仪应满足①激光光束和隧道中线平行②激光光束的坡度和隧道坡度一致。为调试和计算方便，一般以隧道中线和X轴建立直角坐标系，并将里程值作为其坐标值。
激光指向仪在隧道的成功使用，极大的提高了测量精度和工程质量，同时也减轻了测量人员的劳动强度。有了这条光束，暗挖区间开挖的全部工序都有了标准，工程规格和质量人人可以掌握和检查，为快速掘进创造了有利条件。
3.4.2 CASIO5800隧道直线断面放样程序
原理：在直线段上选任意点B作为起算点，已知直线段方位角BC，A点就是我们在隧道断面中所测点的三维坐标点，用坐标反算求得BA的方位角。通过两点方位角之差a和BA的距离，解直角三角形可得BC距离L和AC距离b。B点的桩号加L等于测量点对应的桩号。b就是我们所求点隧道断面的宽度，高程为A点实测高程。如图3-4：
实例：如图3-5所示A为隧洞洞口坐标，B为设计隧道中线上的一点。方位角αAB=65°26′28.04″,A点坐标（74125.66，67668.40）放样点坐标（X,Y,H）,洞口高程64m，坡向下，坡度8.64%，編程如下：
Lbl 0
?X:?Y:?H
Pol(X-74125.66,Y-67668.40)
I→A
J+360→B
B-65°26′28.04″→C
0+ACOS(C)→K
ASIN(C)→L
H+ACOS(C)*0.0864-64→D
"J=":J⊿
"PJ=":L⊿
"ZH=":K⊿
"GC=":D⊿
Goto 0
说明：I,J为计算器内部字符，即2点间距离及方位角；PJ→偏距；ZH→桩号；GC→高差。
偏距为左负右正，例如-3.2 表示放样点在中线左边3.2米处。
高差为上正下负，例如-2.1 表示放样点在实际高程的下面2.1米处。
图3-6水库隧道循环开挖12h
在CASIO5800计算器程序中将测量坐标系转换成施工坐标系后，配合着使用激光指向仪，完成一次隧道开挖断面测量需时22min，较之使用普通测量方法节约时间18min。
4 总结
隧道测量工作的重点不仅仅是保证测量成果和桩位的准确，更重要的是进行施工过程的测量监控和复核，及时纠正施工误差，满足隧道净空、限界、标高、中线及预留沉降等的要求，及时反馈信息，与其他技术管理人员一道，共同控制好工程质量。测量和其他技术管理人员对施工过程中出现或存在不符合净空、限界、标高、中线及预留沉降等基本要求的情况时要及时书面交底给作业队进行更正，出现作业队不严格执行技术管理人员的技术交底或不听从管理时要及时报告项目领导，不得因报告或制止不及时而放任自流，造成技术质量事故。
参考文献：
[1]张项泽．隧道工程测量．北京．测绘出版社，2002.23-48.
[2] 伍志刚, 万龙兴. 隧洞工程平面控制测量问题的讨论[J]. 测绘科技通讯,1996,(04).2-3.
[3]姜庆滨. 哈尔滨市轨道交通一期工程7381既有隧道测量及限界分析研究[J]. 岩土工程界, 2005,(08).2-4.
[4]胡波, 张英翔, 张红亮, 陈梦华, 魏巍. 特长隧道精密导线网测量研究[J]. 地理空间信息, 2008,(03). 2-3.
[5]李志成, 何凭宗, 颜云阳. 分水岭隧道初期支护钢拱变形的测量方法及数据处理[J]. 中南公路工程, 2003,(01).2-5.
[6]姜庆滨. 某既有隧道测量及限界分析与研究[J]. 隧道建设, 2005,(05). 2-3.
[7]熊维海. 隧道断面测量技术[J]. 中国测试技术, 2004,(02).2-8.
[8]邸英伏. 卡西欧5800计算器在公路测量中应用[J]. 内蒙古公路与运输, 2010,(03).3-5.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。