專科工程測量技術畢業設計-隧道測量的施工方法(doc畢業設計論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的基礎，按腰線坡度開拓的隧洞為高程控制的建立提供了條件。洞內高程控制測量可按一、二級水準測量的要求進行。在隧道開拓30m~80m時，應設立穩固的二級水準點，進行二級水準測量，嚴格檢測中線點的高程，精確測定水準點的高程。在隧道開拓超過300m時應設立穩固的一級水準點，進行一級水準測量，嚴格檢測中線點及二級水準點的高程，精確測定一級水準點的高程。為后續的二級水準測量及隧道開拓提供起算高程。洞內鋪設路線應由洞口高程控制點向洞內布設，結合洞內施工情況, 測點高距以200m～500m 為宜。洞內施工用的水準點，應根據洞外、洞內已設定的水準點,按施工需要加設。為使施工方便,在導坑內拱部、邊墻施工地段宜每100m設立一個臨時水準點,并定期復核。洞內導線應根據洞口投點向洞內作引伸測量, 洞口投點應納入控制網內, 由洞口投點傳遞進洞方向的聯接角測角中誤差,不應超過測量等級的要求, 后視方向的長度不宜小于300m 。 隧道掘進中常用中線給出隧道的掘進方向。，Ⅰ、Ⅱ為導線點，A為設計的中線點。已知A點的設計坐標及隧道中線的坐標方位角，根據Ⅰ、Ⅱ點的已知坐標，可推算得到βⅡ、D和βA。在Ⅱ點上安置儀器，測設βⅡ角和丈量D，便得A點的實際位置。在A點（底版或頂板）上埋設標志并安置儀器，后視Ⅱ點，撥βA角，則得中線方向。 測設隧道中線如果A點離掘進工作面較遠，則在工作面近處建立新的中線點D’，A與D’之間不應大于100m。在工作面附近，用正倒鏡分中設立臨時中線點D、E、F，都埋設在頂板上。D、E、F之間的距離不宜小于5m。在這點上懸掛垂球線，一人在后可以向前指出掘進的方向，標定在工作面上。 頂板上的臨時中線點當繼續向前掘進時，導線也隨之向前延伸，同時用導線測設中線點，檢查和修正掘進方向。 為了控制掘進隧道的坡度和傾角，需標設腰線。腰線標在隧道幫上，通常高出底板或軌道面1m。腰線點應成組設置，每組2~3個點，每隔30~40m設置一組。坡度較大使用經緯儀標定腰線，較小時使用水準儀，具體內容見下文。 在隧道標定中線的同時標定腰線，在A點安置經緯儀，量儀器高i，儀器視線高程和H=HA+i(HA+1)=i1將經緯儀豎盤對準隧道設計的傾角δ，瞄準中線上D、E、F三點所掛的垂球線，得視點3，分別向下量k值，即得中線上的腰線點1’ 、2’ 、3’。然而，在隧道掘進過程中，標志隧道坡度的腰線點并不設在中線上，而是設在隧道的邊幫上。，設AD為隧道中線，其傾角δ為隧道設計傾角。若隧道邊幫上B點與D點同高，AB線的傾角δ’，則δ’ 和δ之間的關系可以按下式求得：tanδ=h/AD’tanδ’=h/AB’=AD’ tanδ/ AB’=cosβtanδ通常稱δ為真傾角，δ’為偽傾角，β為真、偽傾斜方向的水平角。 偽傾角的計算 ，在B點安置經緯儀，分別觀測2點與中線BA、BC的夾角β1和β2，根據隧道設計傾角δ，計算偽傾角δ’1 和δ’2，并以δ’1 和δ’2的傾角分別瞄準2點處并作出記號，再用小鋼尺沿鉛錘方向由視線向上或向下量取的長度，即得腰線點2的位置。同法可以標設出腰線點3等。 腰線放樣 當隧道坡度在8度以下時，可用水準儀測設腰線。，已知腰線點A及隧道設計坡度i，需標定腰線點B。A、B點的高差為 hAB=L*ihAB的正負號依i的符號而定，即隧道為上坡時取正號，下坡時為負號。L為A、B間的距離，可用鋼尺量出。實地標設：架好水準儀后，丈量A、B兩點間的平距，按hAB=L*i計算出hAB，然后，后視A點處的水準尺，讀數為a；前視B點處，用小鋼尺由水準儀視線向下（或向上）量取垂距b標出B點。 B= hABa式中a的正負號，和水準測量計算高差一樣，當水準儀視線高于A點時，取正，反之取負號。計算出的b值，若為負值時，由視線向下量取垂距b；反之，由視線向上量取垂距。，b為負值，故由視線向下量取b值，得B點。同法可測出其他腰線點。需要注意的是前、后視度數的正負號和高差h的正負號。 用水準儀定腰線 近年來隨著地下工程日益增多,隧道工程的建設正以前所未有的速度增長。如何進一步搞好隧道施工開挖質量的管理是建設者們不斷思索、探討的問題,而隧道斷面測量技術的發展為隧道施工提供了一個檢測、控制隧道開挖質量的有力手段。擬建隧道斷面測量因是本隧道施工測量的重點，將在第4章進行分析。 隧道貫通測量涉及大多數的隧道測量內容，此部分內容因是隧道施工測量的重點，將在第5章進行分析。 隧道斷面測量主要包括斷面放樣，超欠挖控制，凈空檢查，實際斷面形狀測量及斷面圖繪制等內容。隧道斷面測量在過去的十多年里有了長足的發展，對于今天的隧道施工來說，隧道斷面測量已不是什么新鮮的東西。盡管如此，很有必要回顧一下隧道斷面測量技術的發展。 數字化的隧道斷面測量開始于上世紀的80 年代初期，伴隨著計算機技術和電子測距儀( EDM) 的發展，瑞士安伯格測量技術公司首先研制出專門針對隧道斷面測量的專用測量儀器AMT PROFILE2000斷面儀，由于這種儀器大大提高隧道斷面測量的工效，一經投放市場，受到用戶的熱烈歡迎。90 年代，安伯格測量技術公司又推出了更新一代的斷面測量產品AMT PROFILE3000 和AMT PROFILE4000 型，這兩種型號的產品于90 年代中期被介紹到中國，在中國的許多重點工程中得到了應用，在指導隧道施工和質量控制等方面發揮了重要的作用，如二灘水電站，小浪底水電樞紐工程，秦嶺鐵路隧道，陜西高速公路隧道等,其中二灘水電站和小浪底水電樞紐工程由國外施工企業負責施工總承包，其在對中國分包施工企業的施工質量管理和控制等方面的許多做法給中國企業留下了深刻的印象。 進入21 世紀以后，隨著全自動全站儀技術的發展，使得以全站儀為基礎的隧道斷面測量成為可能。一種全新的LEICA TMS 隧道測量系統應運而生，LEICA TMS 隧道測量系統是安伯格測量技術公司與徠卡測量系統股份公司強強聯合的結晶，它吸取了前六代隧道斷面測量的精髓，并賦予全新的設計理念，以智能化的應用軟件配合LEICA TPS1100P1200系列的通用全站儀，實現一機多用，能同時完成隧道斷面測量和施工放樣測量等多種測量任務。 傳統的隧道斷面測量方法不僅效率低下，精度差而且勞動強度大，出成果不及時，因此嚴重滯后了施工進度。本系統是采用全站儀與輔助設備測設隧道斷面的方法，不僅出成果及時，而且精度高，同時大大減輕了技術人員的勞動強度，在實際應用中有著無與倫比的優越性。 本系統主要利用的是全站儀與激光經緯儀以及與CASIO4800計算器的聯合操作，由全站儀實時讀取存儲數據的功能，將數據傳輸給計算機，由計算機直接生成CAD圖形。:將激光經緯儀置于要測設的橫斷面（里程已知）內，全站儀實時跟蹤激光點，并實時存儲各點的水平角和豎直角；在室內將全站儀中存儲的數據通過全站儀與計算機的通訊電纜傳輸給計算機，并通過系列程序轉換為三維坐標，生成CAD圖形與設計斷面形成疊加，從而計算出超（欠）挖面積，:主要設備組成：尼康全站儀（352C）型1臺，激光經緯儀1 臺，計算機1臺，數據傳輸電纜1根以及計CASIO4800計算器1個。可選用大地坐標系或局部坐標系。在這里為簡化坐標計算，我們建立局部坐標系，以里程增長的方向為X軸, 隧道斷面測量與設計對比圖垂直于X軸方向為Y軸，鉛垂方向為Z軸的左手ZXY坐標系， 局部坐標系 斷面測量系統。極坐標系統架設于隧道內，通過激光測距光束對隧道內壁進行測距，并同時測角，得到隧道輪廓一個點的三維極坐標值，即一個空間距離值s，水平角度值HZ，豎直角度值V。如果極坐標系統中本身有數據處理程序，便可在極坐標系統內部將這個極坐標數據進行處理，直接得到三維迪卡爾坐標數據。若極坐標系統有內部儲存空間時，這些數據可存儲在上面，待外業完成后，再將數據倒入計算機進行內業處理。如果極坐標系統中沒有數據處理和存儲功能，則這些數據只能通過傳輸電纜實時地發送至現場掌上或筆記本計算機，由軟件直接處理。這樣，極坐標系統測距光束沿著隧道斷面的輪廓方向以一定的步長逐點測量，直到掃描完當前整個隧道斷面。在自動化及坐標系統中，測距軸(即測距頭)可由內置馬達驅動按指令驅動，自動調整測距方向，這樣，極坐標系統不只是能測量系統架設處的斷面，而且能測量沿隧道走向前后一定距離的斷面，我們稱之為具有三維測量能力。這種系統能實現在擺站一次的情況下，測量若干個斷面。反之，在沒有指令控制非自動極坐標系統中，擺站一次就只能測量當前的斷面。外業完成后，即進行數據后處理。數據的后處理一般要完成以下工作：實測斷面圖的繪制、設計斷面的繪制、實測斷面面積的計算、設計斷面面積的計算、實測斷面與設計斷面的線性比較值(即實測斷面各點與設計斷面相應點的位置比較)，當實測斷面為開挖或噴錨斷面時，還要計算超欠挖面積、由多斷面面積數據來計算相應的體積方量等。 斷面測量硬件系統中最關鍵是極坐標系統部分，我們通過它來實現最重要和最基礎的數據采集：一個空間距離值、一個水平角度值和一個豎直角度值。測距部分 空間距離的獲得依靠測距頭來完成。因為在斷面測量時，有兩個特點，一是斷面頂部的位置較高，人員不易觸及，二是需要逐點測距，數據量巨大。所以我們對測距頭的基本要求是：1)無合作目標測距功能(不需棱鏡或其他反射物體來反射測距光束)2)測距速度快，一般1 至2 秒就能測距一次3)測距頭有標準數據輸出接口，如RS232 或USB 接口4)測距頭誤差應能控制在以一定范圍之內，一般是177。5mm 5)測距頭體積重量應較小，便于系統集成和操作。目前符合上述條件的測距頭的品牌和型號并不多，主要有以下幾種，： 儀器品牌型號及標準型號測距模式測距誤差標準接口測距時間測程重量體積徠卡Pro4激光脈沖5mmRS232100m440g188*70*47徠卡Pro4a激光脈沖5mmRS232100m440g188*70*47測角依靠普通帶數據輸出的電子經緯儀即能實現。 各種型號電子經緯儀標準型號精度（″）數據輸出EDM接口重量索佳DT2蘇光DJD2蘇光DJD5南方ET02A2252有有有有RS232有有有 當測距頭和電子經緯儀設備選定后，須將它們結合在一起，才能組成極坐標系統。測距頭通過一套剛性結構體與電子經緯儀緊密相連，須滿足：1測距軸與電子經緯儀望遠鏡光學軸平行，2測距軸與望遠鏡軸的平行性可以調節，3測距頭和連接機構可方便拆下，4確保測距頭與電子經緯儀相連后，仍能保持各轉動軸平衡。 采用“背式”連接時，因為測距頭安裝在電子經緯儀望遠鏡的正上方，所以為了保持望遠鏡的平衡，須在望遠鏡的另一邊配以平衡體。采用“側式”連接時，因為測距頭安裝在電子經緯儀的側面，無需配以平衡體，只要將測距頭重心與經緯儀橫軸外延線基本重合即可。——全站儀 全站儀實際上就是電子經緯儀與測距儀的一體化設備。當全站儀的測距儀和數據接口同時滿足上述對測距頭和電子經緯儀的要求時，便可用于一體化極坐標系統。 兩種全站儀標準型號測距模式測程測距誤差測角精度數據接口GPT6000TPS700激光脈沖激光脈沖150m80m5mm3mm2″2″有有 對于由電子經緯儀和測距頭組合而成的極坐標系統來說，配以手持控制器或便攜筆記本電腦來采集數據是必須的。SDR8100 手持控制器是一款較為理想數據采集器，該控制器采用Windows CE 操作系統，易于兼容各類Windows 軟件，其硬件接口也易于集成。對于全站儀一體化的極坐標系統而言，因為全站儀本身具有數據儲存功能，不需要外接數據采集器，也就不需要手持控制器了。 由極坐標系統采集回來的斷面測量數據，須經過后處理軟件進行處理后，才能形成所需的成果數據和成果圖。一般情況下，我們需要以下幾個經計算得到的數據：測量得到的每一點的線性超欠值、設計斷面面積值、實際測量斷面面積值、超限面積值、欠限面積值等。1)線性超欠值 即實際測量的某一點到設計輪廓最近點的距離，這個值有正負之分，當實測點位于設計隧道輪廓之外時，該點為超，符號為正，當實測點位于設計輪廓之內時，該點為欠，符號為負。2)平均線性超欠值所謂平均線性超欠并非將線性超欠值平均得到值，而是將超限面積或欠限面積除以設計輪廓的周長而得到結果值。3)實際測量斷面面積值一般情況下，實測的斷面輪廓是將所有測量所得坐標點在平面上簡單地用直線線段連接起來而構成一封閉的多邊形，可用多邊形面積計算公式計算出面積值。4)設計斷面面積值設計斷面的輪廓一般是由規則的直線線段和圓弧構成，使用幾何圖形面積計算方法分別計算由直線段構成多邊形面積和由圓弧段構成扇形面積，再將各部分的面積值累加起來得到總面積值。如果設計斷面輪廓比較復雜，而且軟件對邊界條件考慮不夠嚴密時，有可能造成面積計算不準確。當軟件采用面元數字積分方式計算時，邊界條件將不對面積計算準確性構成影響。（備注：本擬建隧道斷面及內輪廓與建筑界限圖參見附錄C、附錄D） 擬建隧道貫通測量在隧道施工中，采用兩個或多個相向或同向的掘進工作面分段掘進隧道，使其按設計要求在預定地點彼此接通。為實施貫通而進行的有關測量工作稱之貫通測量。貫通測量涉及大多數的隧道測量內容。由于各項測量工作中都存在誤差，從而使貫通產生偏差。貫通誤差在隧道中線方向的投影長度稱為縱向貫通誤差；在垂直于中線方向的投影長度稱為橫向溫差；在高程方向的投影長度稱為高程誤差。縱向誤差只對貫通在距離上有影響；高程誤差對坡度有影響；橫向誤