隧道工程施工測(cè)量技術(shù)

關(guān)鍵詞：鐵路建設(shè)；隧道工程；測(cè)量技術(shù)

1.1洞外總體控制

洞外總體控制網(wǎng)的設(shè)置主要是為引測(cè)進(jìn)洞提供更多可靠依據(jù)。根據(jù)隧道建設(shè)規(guī)模的不同，洞外總體控制網(wǎng)的設(shè)置也存在一定差異。對(duì)于較為大型的隧道工程來說，在開挖作業(yè)前，需要設(shè)置獨(dú)立性和精確性較高的隧道洞外控制網(wǎng)，以此來實(shí)現(xiàn)引測(cè)進(jìn)洞；而對(duì)于小型隧道工程，則不需要設(shè)置獨(dú)立的洞外施工控制網(wǎng)，只需通過復(fù)測(cè)及調(diào)整洞外線路中線控制樁的方式即可完成引測(cè)進(jìn)洞。

1.2洞內(nèi)分級(jí)控制

分級(jí)控制是根據(jù)測(cè)量條件的不同來實(shí)現(xiàn)不同功能或設(shè)備的控制工作。如洞內(nèi)設(shè)置的控制點(diǎn)，一般用來控制正式中線點(diǎn)，而正式中線點(diǎn)又可以對(duì)臨時(shí)中線點(diǎn)進(jìn)行控制，臨時(shí)中線點(diǎn)有對(duì)掘進(jìn)方向有著一定的管控，通過這樣逐級(jí)控制，來提升測(cè)量效果。同時(shí)，高程控制同平面控制雷同、臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)開挖面具有理想的管控，且正式水準(zhǔn)點(diǎn)可對(duì)洞內(nèi)的襯砌情況及建筑物高程進(jìn)行控制。

1.3開挖方法影響測(cè)量方式

開挖作業(yè)中經(jīng)常使用的開挖方式主要有兩種，一是先導(dǎo)坑后擴(kuò)大成型法，二是全斷面開挖法。前者在測(cè)量期間采用先粗后精的測(cè)量方法，以此來對(duì)隧道位置進(jìn)行糾正；而采用全斷面開挖法，測(cè)量工作要做到一次成型，測(cè)量方法的選用與先導(dǎo)坑后擴(kuò)大成型法基本類似，需要注意的是，應(yīng)用該種開挖方法，測(cè)量工作對(duì)于臨時(shí)中線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)的精度要求較高，且在正式中線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量時(shí)，要采用直接測(cè)量的方式。

1.4特殊環(huán)境對(duì)于空點(diǎn)布設(shè)有著特殊要求

隧道貫通作業(yè)中，洞內(nèi)的平面測(cè)量主要以導(dǎo)線測(cè)量方式為主，這使得測(cè)量工作存在一定誤差，且隨著施工的深入，其誤差將會(huì)逐漸增大。在隧道測(cè)量中，需要加強(qiáng)對(duì)洞外控制網(wǎng)布設(shè)合理性及內(nèi)部測(cè)量準(zhǔn)確性的管控，科學(xué)設(shè)置控制點(diǎn)位置。

1.5隧道工程施工測(cè)量的內(nèi)容

在隧道工程施工中，測(cè)量工作主要包含以下幾方面：洞外高程的施工測(cè)量、洞內(nèi)平面控制施工測(cè)量、洞內(nèi)高程測(cè)量、中線測(cè)量、貫通誤差測(cè)量及調(diào)整。

2.1貫通誤差及對(duì)隧道貫通的影響

貫通誤差主要是因開挖的兩條線路中心線不能精準(zhǔn)重合而產(chǎn)生的。一般情況下，該誤差是以平面貫通和高程貫通這兩種誤差形式出現(xiàn)的。平面貫通誤差是水平面上因投影折射的影響而產(chǎn)生的誤差，被分為橫向、縱向兩種情況，也就是水平和垂直距離上存在的誤差。導(dǎo)致貫通誤差形成的因素相對(duì)較多，如縱向貫通誤差的形成會(huì)對(duì)隧道工程的長(zhǎng)度和坡度有一定制約作用；橫向貫通誤差的生成會(huì)直接影響隧道施工中線路走向，進(jìn)而導(dǎo)致隧道出現(xiàn)不同程度的變形，影響襯砌質(zhì)量。高程誤差主要影響的是隧道線路的設(shè)計(jì)坡度。結(jié)合以往施工情況分析可以看出，貫通誤差的產(chǎn)生主要是由四方面因素引起的，即洞外測(cè)量、洞內(nèi)外聯(lián)系測(cè)量、洞內(nèi)控制及中線放樣。貫通誤差估算的方法需要結(jié)合控制網(wǎng)的設(shè)置形式進(jìn)行合理選擇。在計(jì)算橫向貫通精度和測(cè)角誤差時(shí)，一般會(huì)采用如下公式：（1）式中：RX為導(dǎo)線環(huán)在隧道洞口一列控制點(diǎn)到貫通面的垂直距離；mβ為測(cè)角誤差。在估算測(cè)距誤差的影響時(shí)，一般會(huì)采用公式：（2）式中：dy為隧道口各邊在貫通面上的投影長(zhǎng)度，ml/l為導(dǎo)線邊長(zhǎng)測(cè)量的相對(duì)中誤差。受到角度測(cè)量誤差和距離測(cè)量誤差的影響，在貫通面橫向貫通誤差估算時(shí)，主要利用公式：（3）式中：myβ為橫向貫通精度，myl為測(cè)距誤差。三角測(cè)量誤差對(duì)橫向貫通精度影響的估算主要可以采用嚴(yán)密公式或者導(dǎo)線估算的方法，后者雖然較為安全，但由于對(duì)實(shí)際施工作用不大，因此很少使用。高程控制測(cè)量對(duì)貫通誤差影響的估算公式：（4）式中：M∆為水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差，L為洞內(nèi)外開挖孔口建的線路長(zhǎng)度。

2.2隧道洞外控制測(cè)量

隧道分為直線隧道和曲線隧道兩種，當(dāng)曲線隧道長(zhǎng)度在直線隧道長(zhǎng)度一半左右，且開挖洞口高程在5000m以上時(shí)，需要開展相應(yīng)的高程測(cè)量工作，以促進(jìn)施工作業(yè)的順利進(jìn)行。

2.3洞外平面控制測(cè)量

對(duì)于直線隧道的洞外平面測(cè)量，通常是一端孔精確點(diǎn)和引測(cè)進(jìn)洞的位置為依據(jù)開展測(cè)量工作的。而對(duì)于曲線隧道來說，除了要確定上述兩點(diǎn)位置，還需對(duì)轉(zhuǎn)角與控制樁的交叉距離點(diǎn)位置予以確認(rèn)，這樣才能加強(qiáng)曲線半徑測(cè)量的準(zhǔn)確性。在洞外平面控制測(cè)量中，其采用的方法主要有以下幾種。（1）中線法。在采用中線法前需要先測(cè)設(shè)洞內(nèi)線路中線點(diǎn)的平面位置，并在確保校驗(yàn)中線與相鄰路線銜接合理性的基礎(chǔ)上，開展引測(cè)進(jìn)洞及中線測(cè)設(shè)。該方法通常被應(yīng)用在不超過1000m和500m的直線和曲線隧道中。（2）精密導(dǎo)線法。在應(yīng)用該測(cè)量方法時(shí)，需要將導(dǎo)線架設(shè)在洞口兩端位置。水平角測(cè)量工作中，通常會(huì)使用觀測(cè)法來加強(qiáng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。在觀測(cè)過程中，如果發(fā)現(xiàn)角度呈現(xiàn)兩個(gè)不同的方向，則要采用奇偶數(shù)測(cè)會(huì)法的方式進(jìn)行科學(xué)測(cè)量，以此來加強(qiáng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。而在導(dǎo)線業(yè)內(nèi)計(jì)算過程中，一般則會(huì)使用嚴(yán)密平差法的方式來保證計(jì)算有效性。這時(shí)隧道的外導(dǎo)線需要設(shè)置成一個(gè)閉合環(huán)形式，并確保環(huán)內(nèi)的導(dǎo)線數(shù)量在4～6條，這樣才能夠?qū)⑺淼揽趦啥说目刂泣c(diǎn)有效納入導(dǎo)線環(huán)內(nèi)，以提升計(jì)算的準(zhǔn)確性。（3）三角網(wǎng)法。在洞外平面控制測(cè)量時(shí)，主要采用的是三角鎖的形式。在直線隧道中，三角點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)沿著中線布設(shè)，在條件允許的情況下，可以在每個(gè)三角點(diǎn)上均設(shè)置相應(yīng)的三角鎖，減少橫線貫通誤差的產(chǎn)生；而曲線隧道中，需要沿著兩側(cè)洞口連線方向設(shè)置，避免貫通誤差的形成。

2.4洞外高程控制測(cè)量

洞外高程測(cè)量工作主要是對(duì)洞口一側(cè)到另一側(cè)的距離實(shí)行測(cè)量。在閉合高程段的測(cè)量時(shí)，要求施工人員合理設(shè)置段高，調(diào)整路基段，使其形成一個(gè)較為統(tǒng)一的整體，與周邊線路有效結(jié)合，以增大測(cè)量的精準(zhǔn)度，為后續(xù)施工作業(yè)提供保障。水準(zhǔn)測(cè)量法和光電測(cè)距三角高程測(cè)量法都是隧道工程中高程測(cè)量經(jīng)常使用的方法，尤其對(duì)于四五等高程控制測(cè)量來說，其有著顯著效果。在高程控制測(cè)量對(duì)高程貫通精度的影響進(jìn)行估算時(shí)，一般會(huì)利用以下公式：（5）式中：M∆為水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差，L為洞內(nèi)外開挖孔口建的線路長(zhǎng)度。該計(jì)算可降低洞內(nèi)外對(duì)高程控制測(cè)量的影響。

2.5進(jìn)洞關(guān)系計(jì)算和進(jìn)洞測(cè)量

進(jìn)洞關(guān)系計(jì)算和測(cè)量工作的開展，一方面可以幫助施工人員對(duì)隧道中心線及洞外平面控制點(diǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行掌握和了解；另一方面也能夠進(jìn)一步明確引測(cè)進(jìn)洞的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而為后續(xù)施工作業(yè)的開展提供充足依據(jù)，加強(qiáng)施工方案制定的合理性，提高隧道工程施工質(zhì)量。進(jìn)洞關(guān)系計(jì)算和測(cè)量工作的開展可以對(duì)隧道工程中中心線與控制網(wǎng)之間的關(guān)系予以明確表述，便于施工人員后續(xù)作業(yè)的開展。在內(nèi)部控制管理中，其也可以為管理人員提供充足的數(shù)據(jù)支持，保證開挖等作業(yè)進(jìn)展的有效性。在進(jìn)洞測(cè)設(shè)過程中，一般會(huì)采用極坐標(biāo)法的形式，確�，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)設(shè)的準(zhǔn)確性。該方法在使用過程中，會(huì)先將隧道的中線控制樁設(shè)置在洞外平面控制網(wǎng)中，之后再采用相應(yīng)的測(cè)量方式，進(jìn)行坐標(biāo)的準(zhǔn)確定位。通過點(diǎn)坐標(biāo)及洞內(nèi)中線點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)行極坐標(biāo)的反算，得出較為準(zhǔn)確的放樣數(shù)據(jù)，為測(cè)設(shè)提供幫助。

2.6隧道洞內(nèi)控制測(cè)量

目前，隧道工程中洞內(nèi)控制測(cè)量的開展只能采用支線測(cè)設(shè)的方式進(jìn)行，這主要是因洞內(nèi)控制點(diǎn)的設(shè)置是依附于洞外控制點(diǎn)完成設(shè)置的，隨著洞內(nèi)作業(yè)的不斷加深，控制點(diǎn)位置也會(huì)產(chǎn)生位移，通過支線測(cè)設(shè)的方式可以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，避免較大誤差的產(chǎn)生。

2.7洞內(nèi)平面控制測(cè)量

洞內(nèi)平面控制主要有中線和導(dǎo)線這兩種控制形式。中線控制形式是根據(jù)定測(cè)精度在洞內(nèi)采用中線測(cè)量的方法實(shí)行中線測(cè)設(shè)，一般被應(yīng)用在短距離的隧道工程測(cè)量中。導(dǎo)線控制形式則具有一定的多樣性，其需要根據(jù)導(dǎo)線種類采取合理的方法。目前的導(dǎo)線種類主要單導(dǎo)線、導(dǎo)線環(huán)、主副導(dǎo)線環(huán)、交叉導(dǎo)線和旁點(diǎn)導(dǎo)線等。在洞內(nèi)導(dǎo)線控制測(cè)量中，其需要注意的問題主要有以下幾點(diǎn)。（1）導(dǎo)線設(shè)置過程中要對(duì)周邊環(huán)境實(shí)行檢查，減少不良因素對(duì)導(dǎo)線性能的影響。同時(shí)導(dǎo)線設(shè)置還能保證良好的視野，以免影響測(cè)量結(jié)果。（2）控制點(diǎn)之間的視線距離要控制在0.5m以上。導(dǎo)線在架設(shè)過程中，應(yīng)根據(jù)隧道的曲直情況合理控制邊長(zhǎng)情況，一般直線隧道中導(dǎo)線邊長(zhǎng)在200m左右，曲線隧道則為70m。（3）導(dǎo)線埋設(shè)深度要控制在20cm左右，并在布設(shè)完成后，利用鐵板進(jìn)行覆蓋，以保證導(dǎo)線質(zhì)量，減少損毀情況的產(chǎn)生。同時(shí)還應(yīng)做好相應(yīng)的標(biāo)記，便于后期維護(hù)工作的開展。（4）對(duì)于導(dǎo)線角的測(cè)量可采用雙照準(zhǔn)法，且要對(duì)測(cè)量使用的儀器設(shè)備實(shí)行合理的調(diào)試，以免誤差的生成。（5）對(duì)洞外引向洞內(nèi)的角進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)在晚間或者無陽光的條件下進(jìn)行，避免折射對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。（6）對(duì)洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)予以反復(fù)對(duì)比和分析，并做好定期檢查工作。（7）在新測(cè)量點(diǎn)設(shè)置的過程中，需要檢查原有的導(dǎo)線點(diǎn)，在確認(rèn)原有導(dǎo)線點(diǎn)無問題的情況下，方能開始新點(diǎn)的測(cè)量。

2.8洞內(nèi)高程控制測(cè)量

洞內(nèi)高程控制測(cè)量就是對(duì)洞內(nèi)所有高程控制點(diǎn)實(shí)行測(cè)量，以此為依據(jù)為洞內(nèi)高程放樣提供幫助。在洞內(nèi)高程控制點(diǎn)的設(shè)置上，應(yīng)將控制點(diǎn)之間的距離設(shè)定在200～500m�？刂泣c(diǎn)的設(shè)置可以在導(dǎo)線上，也可以在底板等較為堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)上，這樣能夠減少測(cè)量中不良因素的影響。因高程控制測(cè)量等級(jí)的不同，其采用的測(cè)量方式也會(huì)隨之改變，如三等高程測(cè)量可以采用水準(zhǔn)測(cè)量方式，四等以上的高程測(cè)量則可以采用光電測(cè)距三角測(cè)量方式。另外，除了這些常規(guī)方法，還會(huì)采用倒尺法完成高程控制測(cè)量工作，減少施工對(duì)測(cè)量的干擾，保證測(cè)量精準(zhǔn)度。

隧道測(cè)量工作的重點(diǎn)不僅僅是確保測(cè)量成果和樁位的準(zhǔn)確性，更重要的是實(shí)行施工過程的測(cè)量監(jiān)控與復(fù)核，及時(shí)糾正施工誤差，滿足隧道標(biāo)高、中線等的要求，且及時(shí)反饋信息，進(jìn)而全面提高工程質(zhì)量。