1、1本科毕业论文（20 届）浅谈测量技术在隧道工程施工中的应用所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期2浅析测量技术在隧道工程施工中的应用摘要：随着国家经济的高速发展，我国基础建设的施工技术也大幅提高，同时测量技术在工程建设中作用越来越大。本文以宁德市古田县翠屏湖景区沽洋隧道施工为例，粗略的介绍测量技术在高速公路隧道工程施工过程中的应用，旨在让测量技术与隧道施工过程能更紧密的结合在一起，更好的为基础建设服务。关键词：隧道工程；测量；施工1 引言沽洋隧道地处于宁德市古田县沽洋村翠屏湖景区，该隧道为小净距隧道，进口位于曲线段，分左右线。隧道左线的平曲线半径按照设计是 1050 米，右线设计
2、是为 1050 米。右线进口桩号为 YK43+030，出口桩号为 YK43+680，长 650 米，纵坡为-1.126 ；左线进口桩号为 ZK43+043，出口桩号为 ZK43+691，长 648 米，纵坡为-1.121。图 1 沽洋隧道洞口隧道整体结构是按照新奥法原理设计的，以锚杆、湿喷混凝土等作为初期支护，并用钢支撑、大管棚、注浆小导管等作为辅助支护措施，二次衬砌采用模筑混凝土。同时，依据不同的围岩等级采用的支护方法也不同。测量的主要目的就是保证初支和二衬能够按照设计的尺寸施工，使隧道进度顺利，也利用精确的测量来控制施工成本。为了保证测量的准确度与效率，需准备一台卡西欧计算器，以坐标正算，
3、坐标反算和隧道超欠挖计算公式为基础编写计算程序或者将隧道平曲线、纵曲线和起始点桩号等数据提前输入道路之星软件内，构建三维隧道模型，这样可以省去大量的计算过程，使测量过程简单高效。32 设计和测量2.1 设计2.1.1 钢支撑设计以右线为例，进洞采用三台阶开挖法。前三十米为五级围岩，采用 ZDK-1 支护。在ZDK-1 支护中，初期支护需要厚度为二十公分的钢支撑，我们按照施工队的要求对钢支撑进行设计，需要考虑这几个因素：（1）每一台阶高度不宜太矮，具体根据现场情况来设计。上台阶的高度要满足铲车和渣土车施工；（2）由于洞口属于浅埋段，围岩等级较差会发生较大的形变，为了满足业主要求的隧道横断面大小我
4、们需要将预留变形量考虑在内，这样保证二次衬砌时有足够的位置；（3）钢支撑弧长不宜过长，最好控制在 6 米以内，这样方便工人竖立钢支撑。需要注意的是，设计上每前进七十公分便需要架立一榀钢支撑，所以在设计钢支撑的同时，须标注需要的榀数，这样方便统一加工。如下图：图 2 沽洋隧道三台阶钢支撑设计图上台阶高 3.7 米，有三节相同的钢支撑，每节长 4.93 米；中台阶位置在圆心水平线下降 60公分，左右各一节钢支撑；下台阶包含了仰拱。各个台阶需要错开一定距离，否则容易造成塌方事故。2.1.2 台车的设计隧道在开挖时净高最大可达七米多，穹顶位置就无法施工，这就需要设计一架台车，以方便工人打钻及进行初期支
5、护等施工。台车的设计也要考虑这几个因素：（1）台车要按照最小横断面来设计，这样可以节省成本；（2）台车要靠铲车拖动，所以台车不能太高，同时要考虑台车左右两侧不能离拱墙太近。（3）台车每一层要方便工人站立。如下图为初支台车，白色粗线段为台车。高 4.6 米，宽 5.2 米；60 公分为可拉伸侧臂。4图 3 沽洋隧道三级围岩设计图台车的设计还要根据施工工艺来设计，如沽洋隧道右线在前进十几米后需采用单侧壁开挖法，相应的台车要发生变化。如下图，单侧壁开挖法又称为 CD 开挖法，按照左上、左下、右上、右下顺序进行开挖。图 4 沽洋隧道单侧壁台车设计图2.2 测量2.2.1 边坡和仰坡的放样边坡在进洞之前
6、必须先稳固好，就需要按照设计图将边坡的设计坡度、设计高程和坡脚放样出来。5图 5 沽洋隧道右线边坡示意图边坡的作用：（1）边坡稳固的话可以保证路基的整体稳定性;（2）使人类活动对环境的破坏程度减少到最小;（3）司机从隧道出来经历由暗到明的一个变化过程，边坡工程则可以保护和诱导司机的视线，且美化环境等。按照设计图，将边坡的坡度控制在设计要求内，以便进行下一步的防护。边坡放样方法为：利用后方交会架立全站仪，测出边坡某点的实际坐标，然后通过计算器程序算出里程与偏距，用实测的高程和已知的变坡点高程相减，得到一个高差，通过此高差与坡度算出一偏距差，然后用变坡点的设计偏差相加减，得到实测点的设计偏距，最后
7、用此偏距与实测的偏距比较，若差值在合理范围内就可以了。图上所示，边坡坡度为 1:0.5 转变为1:0.75，边坡点设计偏距为 1393.2cm，坡脚设计高程=设计标高-（偏距2）。隧道仰坡是指从隧道成洞面沿掘坡度开始直至地面线的坡面。与边坡放样不同的是，仰坡放样是利用设计里程与实测里程的差值计算的。通过计算器程序算出实测点的里程与偏距，用实测高程减去边坡点的设计高程，得到一个高差，然后用这个高差跟坡度算出一里程差，用此里程差加减变坡点的设计里程，得出实测点的设计里程，最后用实测里程跟设计里程对比，若差值在合理范围内就可。2.2.2 隧道超欠挖计算隧道超欠挖计算是隧道测量的主要内容之一。超欠挖指
8、的是隧道实际开挖的轮廓与当前里程隧道横断面的设计开挖轮廓相比较。超挖即为实际开挖轮廓大于设计轮廓，欠挖则相反。超欠挖数值指的是实测点到圆弧的半径与设计圆心半径的差值。超欠挖对隧道的影响巨大，隧道开挖面过大的话，会拖慢施工进度，同时加大支护的成本，更严重的会影响工程安全；若开挖过小达不到设计要求，则无法满足使用。目前的隧道挖掘方法有两种，一种是“钻爆法”，另一种是“盾构掘进法”。但是由于各种条件影响，“钻爆法”仍是目前隧道开挖的主要方法。至于隧道超欠挖产生的原因，有以下三种情况：（1）由于掌子面是一个不平整的岩体面，打钻孔间距控制不当，会影响6各个钻孔的爆破效果，或者炸药的用量不合理等都会对爆破
9、产生影响，导致爆破后的掌子面超挖或欠挖；（2）随着隧道开挖前进，岩层会随着发生变化，围岩裂缝会造成不可避免的超欠挖现象；（3）因为隧道测量放线在隧道内部可见度较低，且采用后方交会的方法设站，测量时会产生前后视照准误差，同时因为掌子面是凹凸不平的也会产生偏差，容易造成超欠挖。一般在超欠挖放线时，可以利用项目部提供的导线控制点（本文不讨论洞内控制网的布设）架设全站仪（带红外激光）进行放线。超欠挖计算原理：隧道超欠挖的计算原理主要是利用三角函数，由三角形的边角关系求出对应边长的设计值和实测值的偏差。图 6 超欠挖计算模型超欠挖的数学模型如图上所示，m 为超欠挖的数值，所以图上所示的检测点超挖了，我们
10、可以通过三角函数计算出 m 的值。利用 X+Y=（6.44+m），其中 6.44 为设计半径，X 和 Y 可以通过全站仪所测的坐标反算求得，求得 m 即为该检测点比设计轮廓超出的数值。在现场实测时，可以通过坐标和公式计算出 n 的值，然后将实测点水平平移到设计的轮廓线上即可，将掌子面上实测的点连接起来就是设计的轮廓线。图 7 掌子面测量放线过程图7在沽洋隧道实测中，初支测量放线只把钢支撑的内侧连接点点和隧道洞轴中点放样出来，同时前进方向也各需要一个点保证钢支撑在同一个里程面上，这样可以让工人施工更加便捷。超欠挖是隧道测量的主要内容之一，它适用于检查隧道的初期支护、二村断面的超欠挖。控制好超欠挖
11、可以节省人力物力，保证施工进度和安全，所以测量精度要把握好，将精度控制在一定范围内。需要注意的是：沽洋隧道进口段为浅埋段，且洞口围岩和地形的地质情况较差，洞口及洞口附近段可能将有一定的变形量，所以按照经验我们把钢支撑的半径放大十五公分，这样在二衬的时候能留有足够的位置。我们在超欠挖放线时要把预留变形量考虑在内，以保证施工进度的顺利。2.2.3.二次衬砌二次衬砌需要二衬台车，二衬台车一般由模板总成、顶模架体、平移机构总成、门设总成、主从行走机构、丝杠千斤顶、液压系统、电气系统等组成。在隧道开挖初期支护几十米后，隧道有坍塌的危险，需要二衬台车跟进进行二次衬砌。我们就需要对二衬台车定位，使其能够在设
12、计的轨道上前进，顺利完成衬砌，定位同样需要测量放线。定位二次衬切的台车需要先确定洞轴中心和台车中线。台车中线定位极其简单，通常厂家在生产制造二衬台车时会在台车顶部中心位置标记一十字丝，利用中点引出重力垂线，就可以找出台车的中线；隧道中线则需要利用全站仪放样，通过计算调整实测点到洞轴线的偏距，确定出隧道中点。确定完这些后，将台车行驶到待定衬砌断面，最后再通过这几个步骤进行定位：（1）操作液压系统，平移油缸使台车中线与隧道中线对齐；（2）操作液压系统顶升油缸，使台车升至设计的衬砌高度，然后旋紧基础千斤，固定后还要进行多次的检核；（3）操作液压系统，使两边侧向模边沿到达设计衬砌断面，然后扳动侧向支撑
13、丝杆千斤，让它达到侧向油缸的支撑位置并旋紧；（4）完成以上几个步骤后，需要对台车的横断面进行尺寸的检核，一般台车衬砌的横断面要比设计横断面半径大 5 公分。台车的定位至关重要，以上几个步骤需要用到全站仪放样出隧道中点、台车中点和台车各模边沿点的高程和里程，以保证台车相同面上的点在同一里程上，防止隧道发生变形。二衬台车定位完成后，隧道就能够开始进行二次衬砌，我们则要根据二衬台车的长度放样。沽洋隧道的二衬台车全长 12 米，二衬横断面半径为 5.45 米。测量放样时最好在间隔 12 米或者以内，在路面上放样出隧道中点，并以水泥钉在路面上做标记，同时要标记该点到隧道顶中点的净高，用来控制二衬横断面的
14、净高。然后在左右两边的矮边墙各找一点，测出该点到设计高程的差值，以便混凝土填高。如果隧道矮边墙还未修筑，则左右两点需要放样在矮边墙边界处。在二次衬砌施工完成后，可以利用激光断面仪对二衬横断面进行检测，激光断面仪测量原理为极坐标法。将断面仪架设在隧道中心点，以某一方向为起始，按一定的间距依次测定该中心点所在的开挖轮廓线上的点到设计轮廓线的矢距，然后这些点依次相连就可以获得实际开挖的轮廓线。通过洞内的施工控制点可以获得断面仪的点数据，通过计算计算8软件的帮助，自动将实际开挖轮廓线与设计开挖轮廓线的空间三维匹配对比，并可以求出各测点与相应设计开挖轮廓线之间的超欠挖值。2.2.4 路基测量隧道路线设计
15、一定会呈现纵向坡度和路面的横向坡度，如沽洋隧道右线的纵向坡度为-1.121，为下坡路；右线横坡前 360 米为 2，接下来的第 360 米到 525 米内横坡从 2渐变为-3 ，称为超高路面。超高路段一般设置在路线转弯处，有利于安全行车。线路纵断面测量：隧道内纵向路线铺设一般以 10 米为一模进行浇灌混凝土。一般分基平测量和中平测量，基平测量是沿线路方向设置水准点并测量水准点高程；中平测量是利用水准点高程分段测定各里程桩的高程。中平测量可以采用水准测量和三角高程测量方法。均要起闭与水准点，构成附和水准路线。设计的路线高度是根据设计坡度、距离和设计标高计算的，设计线的标高是确定的，路线某点的设计
16、标高=设计标高（设计坡度起始点到某点的距离），上坡为正，下坡为负。各点的地面高程与设计线标高之差为填高和挖深。路线横断面测量：路线横断面测量可以利用全站仪来完成，根据控制点架设全站仪，在路面选取几个待测点，将待测点的高程 h 测出后与设计的线路高程 H 对比，得到高差h，然后根据高差来浇灌混凝土。设计的路面高程可以用三角函数求得。如下图为沽洋隧道某一路面横断面：图 9 路面横断面设计线标高不变，路面高程随着坡度发生了变化。线路高程 H=设计高程-2 某点到设计高的偏距。3 测量过程需要注意的问题隧道测量或多或少会遇到一些问题，我大概总结一下实际测量中需要注意的问题：（1）在获得项目部提供的控制
17、点坐标后，要及时对控制点坐标进行多次的检验。在隧道洞口施工范围之外，至少要布设 3 个或者 3 个以上的点，构成一个小型的三角网或者多边控制网，方便用来检核和备用；在洞口路面施工基本完成的时候，需要在洞口引一个精密的9导线点，以便定向等（2）隧道开挖口号“宁超勿欠”，这就需要根据围岩等级适当预留变形量，可是如果提高的太多，而实际变形量很小，虽然不会对工程进度有影响，但是会造成一定的经济损失，所以要根据围岩的等级、当时地形的地质情况和测量经验来判断，确定预留的变形量；（3）在隧道挖掘到围岩较好的情况时，一般使用光面爆破，光面爆破是利用受力适当的钻孔间距和适量的炸药使爆破的掌子面呈相对光滑状。测量
18、时开挖的轮廓线可以沿半径放大 3 公分，光面爆破后轮廓超挖可控制在 5 公分以内，为围岩的受力提供一定的空间；在围岩较软的情况下，测量开挖轮廓线沿半径应缩小 10 公分左右，在光爆后挖掘机和工人会进行排险，即清除松动的岩石，那样会使整个开挖半径增大一些，具体放大或缩小的数值还要根据前几次测量结果来判断；（4）在隧道挖掘前进时，必然存在误差，误差有平面控制误差和高程误差；平面误差可分为横向误差和纵向误差，平面的纵向误差对隧道影响很小 ，横向误差会对隧道形成错台；因为隧道初期支护完之后还需要二次衬砌，所以高程误差对隧道的影响可以在二次衬砌是消除，但是对路面的衔接有很大的影响，所以路面高程需要很高的
19、精确度。在平时测量过程中，由于测量工作都是相对简单和烦琐的，所以难免会犯一些错误，比如（1）隧道中线和线路中线弄混；（2）测量一般都是重复一些步骤，容易因为麻痹而造成疏忽；（3）隧道洞内光线不好，视线差容易发生一些错误；（4）测量人员仪器操作不当，参数设置错误等。这些问题都是很常见且容易出现的，一旦出现问题就会对工程进度等造成影响，严重的会导致经济损失。为了避免测量错误，需要对仪器保养和定期的校核，在全站仪后方交会完后要再对后视点或者照准其他已经点进行坐标检核，同时测量人员要了解测量的基本要求，且认真对待测量、责任心强，出现问题能及时寻找原因。最好有一定的测量经验，而且熟悉整个施工过程；对隧道
20、设计图理解透彻，每次测量放样时要提前依据设计图做好准备，将重要的数据整理好以便测量。还需要熟练操作 cad、excel 以及卡西欧 fx-9800 计算器的应用和编程等。4 总结本文根据沽洋隧道的实际情况为例，粗略的介绍了测量技术在其中的应用。在现场实际测量放样时会发现，真正的现场施工与设计图存在一定的差异。设计图更多考虑的是工程本身，而现场施工还需要考虑工人、材料和经济效益等，所以现场施工在不偏离合理和安全的范畴内，可以根据实际情况做适当的调整，测量放样也要做相应的调整。选择隧道洞口段开挖方法时，在围岩条件允许的情况下，可以选择进度较快的开挖方法，如三台阶等；放开挖线的时候，可以间隔一到两米
21、做一个开挖点，节省测量时间，加快施工程序。隧道测量中，各个学科相互渗透，隧道测量不能只做单纯的测量，地质学、土木工程、测绘计算编程等在隧道测量中都扮演很重要的角色，特别是量计算程序编写对测量越发的重要。10参考文献：1.孙代，巫锡勇.测量工作在隧道施工中的重要性及经验总结 J.四川建筑，2008，28(4).2.李永民，跨步自行式台车在明挖隧道的应用J.中国科技信息， 2013，2013(4).3.彭跃，在役城市隧道支护结构安全性评价D.重庆大学硕士论文 .2007.4.荀智翔，刘依霞.浅析隧道施工引起的地表沉降及变形测量 J.山西青年，2013，(11).5.周奎，黄再志.隧道工程施工中的测量工作分析J.中国水运月刊， 2012，12(z1).6.屈永强.浅谈隧道工程施工中的测量工作J.科学之友， 2007，(2).7.水工建筑物地下开挖工程施工规范SL378-2007.8.国家三、四等水准测量规范GB/T 12898-2009.
