隧道施工断面快速测量方法
摘要:
隧道施工断面测量工作,使用带有无棱镜测量的全站仪和可编程的CASIO4850计算器,
使用极坐标法就可以检测任意断面位臵的超欠挖情况,准确的指导施工。配合CASS5.1成图
软件就可以快速的绘制断面图,明确超欠挖方量。
关键词:隧道 断面 测量
前言
隧道施工和大桥施工一样,各种工序衔接十分的紧凑,平行作业、交叉施工
的工作面很多,如果一道工序滞后都会影响整体工程进度。而且洞内作业面狭小,
隧道开挖造成了很大的灰尘,如果排风量不够就会使全站仪信号无法返回,无法
正常进行测量房样工作。测量工作在隧道开挖施工中尤为重要,它控制着隧道开
挖的平面、高程和断面几何尺寸,关系到整个隧道的贯通。为满足测量工作需要,
需选择关键工序工作面污染小的时间,停止一些次要工序,提前加大排风来满足
测量工作条件。所以若测量工作占用时间过长,将直接影响工程进度和经济效益。
如何及时、准确的提供测量成果,使用的仪器和方法便成了重要因素。如果花几
十万买一台隧道断面仪,虽然可有效的提高测量速度和精度但是仅能用于隧道断
面测量,投资巨大,也会浪费公司资源。为节省投资可采用全站仪配隧道断面测
量成图软件来完成。用全站仪测量断面极坐标后就可使用可编程的CASIO4850计算
器进行现场计算,马上就可反映超欠挖的情况。节省了放样的时间。在隧道收方
时使用全站仪采集断面极坐标数据后使用CASS5.1成图软件就可以直观的反映隧道断
面情况和超欠挖方量。
断面待测点的放样
将仪器臵于隧道洞内导线点(隧道内的点位已和外部导线连测),对好后视
后使用无棱镜测量并打开可视红外线(我项目部使用的全站仪为TOPCON
GPT-3000L系列,无棱镜测量距离为600米)。
1.2.2断面测量
1.3测量数据处理
为了与CASIO系列可编程计算器编程使用附号一致,部分附号按汉语拼音首位为
代码,并启用‚轴交点‛一词。FX—4500断面测量计算程序如下:
程序名:SDDM(隧道断面-1)
L1 Lb1 0
L2 {J,D}
L3 Norm:T=J/10000
L4 I=IntT+Int(fracT×100)/60+frac(fracT×100)/36
L5 H=G+Y+Rec(D,I)
L6 B=10+L+N×W
L7 O=S-4.11×0.02+1.69
L8 C=(poI(B-15.11,H-O)-R)×100:Fix1:‚Pc=‛◢
L9 Goto 0
G--测站地面高程
Y--仪器高
J--观测的竖直角
D--斜距
L--线路中线至测站的距离
S--线路中线设计高程
R--半径
H--实测纵坐标
B--实测横坐标
O--圆心处的设计纵坐标
C--实测偏差(输出用 ‘pc=’表示)
I--T为计算过程对J的替换
N--修正符(当仪器不是臵在中线上,且各种原因引起测量的竖直角读数,线路中
线一侧不是270-360度,
线路边线一侧不是0-90度时,计算结果偏差超常,无需重测,输‚-1‛ 修正即
可。其它情况输入‚+1‛,测站不能设在隧道中线时,测站至隧道中线的距离尽
可能大于一米为益)
角度输入,如203°23′12″输入2032312
66°03′18″输入660318
0°0′10″输入10即可。
其它输入单位均为m,输出单位为cm。
本程序仅适用于单心圆隧道断面测量,如遇多心圆隧道,可根据实测的横坐标或
纵坐标,用判断语句确定采用不同的半经和设计坐标,只需对程序适作调整。
http://www.studa.net1.3.1计算轴交点坐标
轴交点纵坐标等于测站地面高程加仪器高;轴交点横坐标等于10加线路中心至
测站的距离。
1.3.2计算所测断面各点的实测坐标
实测纵坐标等于轴交点纵坐标加竖直角的余弦乘斜距。实测横坐标等于轴交点横
坐标加竖直角
的正弦乘斜距,用下式表示:
H=G+Y+cosI×D (1--2)
B=10+L+SinI×D (1--2)
式中H—实测纵坐标
G—测站地面高程
Y—-仪器高
I--观测的竖直角J,计算过程中,程序用I对J进行了替换
D—斜距
B—实测横坐标
L--线路中线至测站的距离
1.3.3计算所测断面各点的实测偏差
实测偏差等于断面各点的实测坐标与圆心处的设计坐标,进行坐标反算,求得测
点至圆心的距离--实际半径减设计半径。(设计半径按不同工序分别计算,如开
挖、初期支护、台车、二衬等。并考虑预留量)
C=√((B-15.11)²+ (H-O)²)-R (1—3)
式中C—实测偏差(输出用 ‘pc=’表示)
B—实测横坐标
H—实测纵坐标
O—圆心处的设计纵坐标
R—设计半径
15.11---圆心处的设计横坐标
2三维坐标段落测量法
在隧道施工断面测量工作中,无论采用隧道断面仪,还是采用全站仪配隧道断面
测量软件来完成,一般用测量一个断面来代表一个段落,用一个断面代表一个段
落,有一定的片面性,在隧道开挖断面测量工作中,其缺点极为明显。若采用三
维坐标段落测量法进行隧道测量,可全面反映整个段落任意桩号各个点的超欠挖
情况。
2.1数据采集
仪器臵于任意点(做自由设站)或导线点上,有针对性的对一个段落的特征点或任
意点进行测量,记录x、y、z三维坐标。
2.2确定测点对应的里程与距路线中线的距离
2.2.1圆曲线
在圆曲线上选任意点B,为起算里程,坐标反算分别求得,测站A,起算点B,
到圆心O的距离和方位角,两方位角之差(OA–OB =α)和半径计算曲线长L,
B点里程加L等于C点里程,测站至圆心的距离减半径等于测站至中线距离。测
量参数见图—2所示。L由公式2—1求得。
L=πrα/180 (2-1)
式中L—弧长
r—半径
α—圆心夹角
2.2.2缓和曲线
在缓和曲线上求任意点的法线方向十分简单,但要求测站要对应那个桩号法线上
的点,相当复杂。采用近似法,完全能满足测量精度要求。在测站前后的线路上,
各选一距离合适的点做为计算点,把两点当作直线看,按直线计算即可。测点见
图—3所示。
2.2.3直线
在直线段上选任意点B作为起算点,已知直线段方位角BC,用坐标法反算求得
BA方位角,通过两方位角之差α,和BA的距离解直角三角形可得BC距离L和
AC的距离b。B点的桩号加L等于测站点对应的桩号。测量参数图---4。
b=AB×Sinα (2-2)
L= AB×Cosα (2-2)
2.3数据分析
根据测点的桩号计算线路的设计高程,通过线路的设计高程和隧道圆心的关系,计算隧道圆心的设计高程和线路中线到隧道圆心的距离。
经计算已知隧道圆心的设计高程;线路中线到隧道圆心的距离;
经测量已知测点的实测高程;测点至线路中线的距离。
按(1--3)式计算即可。无论是那一种线型,在CASIO系列可编程计算器,如FX
—4500的帮助下,都可以采用渐进法编程(另文专述)解决。看似复杂的方法,变
得非常简便。
程序名:SDDM (隧道断面-2 )
L1 Lbl 0:
L2 {DE}: prog XH :progLJYD:
L3 {G}:C=((poI(15.11-B-10,G-Z-1.6))-O‚R‛)×100:Fix1:‚Pc=‛◢
L4 Goto 0
式中
XH子程序循环 LJYD:子程序路径引导(子程序另文专述)
D E测点大地坐标 B+10测点横坐标
G 测点高程 Z+1.6圆心高程
R 隧道半径 C—实测偏差(输出用 ‘pc=’表示)
三维坐标段落法隧道断面测
量 表--3
3结语
极坐标断面测量法在隧道施工断面测量中,不需要专用的软件,且更为方便、快
捷、准确、实用。如有可编程全站仪,测量结果可直接显示偏差。是隧道断面测
量工作可选用方法之一。比较适用于隧道的初期支护、二衬的断面测量,尤其适
用于台车就位调试工作,能边测量边出成果,及时正确的指导施工。更适用于政
府、监理部门的检查工作,彻底的杜绝了施工单位弄虚作假的可能。同时测量人
员也从繁忙的工作中得到了解放。
三维坐标段落法适合于施工中隧道开挖断面测量,可做到那里需要测后马上出结
果,一次臵镜能有效的测量全段落的特征点和任意点,可根据面积与点数的频率
进行测量。人和仪器都不需要到开挖面下去,安全上也得到了保障。该方法也适
用于初期支护、二衬施工的断面测量。还可用于对大型球体、球面进行精确的测
量。!
隧道施工断面快速测量方法
摘要:
隧道施工断面测量工作,使用带有无棱镜测量的全站仪和可编程的CASIO4850计算器,
使用极坐标法就可以检测任意断面位臵的超欠挖情况,准确的指导施工。配合CASS5.1成图
软件就可以快速的绘制断面图,明确超欠挖方量。
关键词:隧道 断面 测量
前言
隧道施工和大桥施工一样,各种工序衔接十分的紧凑,平行作业、交叉施工
的工作面很多,如果一道工序滞后都会影响整体工程进度。而且洞内作业面狭小,
隧道开挖造成了很大的灰尘,如果排风量不够就会使全站仪信号无法返回,无法
正常进行测量房样工作。测量工作在隧道开挖施工中尤为重要,它控制着隧道开
挖的平面、高程和断面几何尺寸,关系到整个隧道的贯通。为满足测量工作需要,
需选择关键工序工作面污染小的时间,停止一些次要工序,提前加大排风来满足
测量工作条件。所以若测量工作占用时间过长,将直接影响工程进度和经济效益。
如何及时、准确的提供测量成果,使用的仪器和方法便成了重要因素。如果花几
十万买一台隧道断面仪,虽然可有效的提高测量速度和精度但是仅能用于隧道断
面测量,投资巨大,也会浪费公司资源。为节省投资可采用全站仪配隧道断面测
量成图软件来完成。用全站仪测量断面极坐标后就可使用可编程的CASIO4850计算
器进行现场计算,马上就可反映超欠挖的情况。节省了放样的时间。在隧道收方
时使用全站仪采集断面极坐标数据后使用CASS5.1成图软件就可以直观的反映隧道断
面情况和超欠挖方量。
断面待测点的放样
将仪器臵于隧道洞内导线点(隧道内的点位已和外部导线连测),对好后视
后使用无棱镜测量并打开可视红外线(我项目部使用的全站仪为TOPCON
GPT-3000L系列,无棱镜测量距离为600米)。
1.2.2断面测量
1.3测量数据处理
为了与CASIO系列可编程计算器编程使用附号一致,部分附号按汉语拼音首位为
代码,并启用‚轴交点‛一词。FX—4500断面测量计算程序如下:
程序名:SDDM(隧道断面-1)
L1 Lb1 0
L2 {J,D}
L3 Norm:T=J/10000
L4 I=IntT+Int(fracT×100)/60+frac(fracT×100)/36
L5 H=G+Y+Rec(D,I)
L6 B=10+L+N×W
L7 O=S-4.11×0.02+1.69
L8 C=(poI(B-15.11,H-O)-R)×100:Fix1:‚Pc=‛◢
L9 Goto 0
G--测站地面高程
Y--仪器高
J--观测的竖直角
D--斜距
L--线路中线至测站的距离
S--线路中线设计高程
R--半径
H--实测纵坐标
B--实测横坐标
O--圆心处的设计纵坐标
C--实测偏差(输出用 ‘pc=’表示)
I--T为计算过程对J的替换
N--修正符(当仪器不是臵在中线上,且各种原因引起测量的竖直角读数,线路中
线一侧不是270-360度,
线路边线一侧不是0-90度时,计算结果偏差超常,无需重测,输‚-1‛ 修正即
可。其它情况输入‚+1‛,测站不能设在隧道中线时,测站至隧道中线的距离尽
可能大于一米为益)
角度输入,如203°23′12″输入2032312
66°03′18″输入660318
0°0′10″输入10即可。
其它输入单位均为m,输出单位为cm。
本程序仅适用于单心圆隧道断面测量,如遇多心圆隧道,可根据实测的横坐标或
纵坐标,用判断语句确定采用不同的半经和设计坐标,只需对程序适作调整。
http://www.studa.net1.3.1计算轴交点坐标
轴交点纵坐标等于测站地面高程加仪器高;轴交点横坐标等于10加线路中心至
测站的距离。
1.3.2计算所测断面各点的实测坐标
实测纵坐标等于轴交点纵坐标加竖直角的余弦乘斜距。实测横坐标等于轴交点横
坐标加竖直角
的正弦乘斜距,用下式表示:
H=G+Y+cosI×D (1--2)
B=10+L+SinI×D (1--2)
式中H—实测纵坐标
G—测站地面高程
Y—-仪器高
I--观测的竖直角J,计算过程中,程序用I对J进行了替换
D—斜距
B—实测横坐标
L--线路中线至测站的距离
1.3.3计算所测断面各点的实测偏差
实测偏差等于断面各点的实测坐标与圆心处的设计坐标,进行坐标反算,求得测
点至圆心的距离--实际半径减设计半径。(设计半径按不同工序分别计算,如开
挖、初期支护、台车、二衬等。并考虑预留量)
C=√((B-15.11)²+ (H-O)²)-R (1—3)
式中C—实测偏差(输出用 ‘pc=’表示)
B—实测横坐标
H—实测纵坐标
O—圆心处的设计纵坐标
R—设计半径
15.11---圆心处的设计横坐标
2三维坐标段落测量法
在隧道施工断面测量工作中,无论采用隧道断面仪,还是采用全站仪配隧道断面
测量软件来完成,一般用测量一个断面来代表一个段落,用一个断面代表一个段
落,有一定的片面性,在隧道开挖断面测量工作中,其缺点极为明显。若采用三
维坐标段落测量法进行隧道测量,可全面反映整个段落任意桩号各个点的超欠挖
情况。
2.1数据采集
仪器臵于任意点(做自由设站)或导线点上,有针对性的对一个段落的特征点或任
意点进行测量,记录x、y、z三维坐标。
2.2确定测点对应的里程与距路线中线的距离
2.2.1圆曲线
在圆曲线上选任意点B,为起算里程,坐标反算分别求得,测站A,起算点B,
到圆心O的距离和方位角,两方位角之差(OA–OB =α)和半径计算曲线长L,
B点里程加L等于C点里程,测站至圆心的距离减半径等于测站至中线距离。测
量参数见图—2所示。L由公式2—1求得。
L=πrα/180 (2-1)
式中L—弧长
r—半径
α—圆心夹角
2.2.2缓和曲线
在缓和曲线上求任意点的法线方向十分简单,但要求测站要对应那个桩号法线上
的点,相当复杂。采用近似法,完全能满足测量精度要求。在测站前后的线路上,
各选一距离合适的点做为计算点,把两点当作直线看,按直线计算即可。测点见
图—3所示。
2.2.3直线
在直线段上选任意点B作为起算点,已知直线段方位角BC,用坐标法反算求得
BA方位角,通过两方位角之差α,和BA的距离解直角三角形可得BC距离L和
AC的距离b。B点的桩号加L等于测站点对应的桩号。测量参数图---4。
b=AB×Sinα (2-2)
L= AB×Cosα (2-2)
2.3数据分析
根据测点的桩号计算线路的设计高程,通过线路的设计高程和隧道圆心的关系,计算隧道圆心的设计高程和线路中线到隧道圆心的距离。
经计算已知隧道圆心的设计高程;线路中线到隧道圆心的距离;
经测量已知测点的实测高程;测点至线路中线的距离。
按(1--3)式计算即可。无论是那一种线型,在CASIO系列可编程计算器,如FX
—4500的帮助下,都可以采用渐进法编程(另文专述)解决。看似复杂的方法,变
得非常简便。
程序名:SDDM (隧道断面-2 )
L1 Lbl 0:
L2 {DE}: prog XH :progLJYD:
L3 {G}:C=((poI(15.11-B-10,G-Z-1.6))-O‚R‛)×100:Fix1:‚Pc=‛◢
L4 Goto 0
式中
XH子程序循环 LJYD:子程序路径引导(子程序另文专述)
D E测点大地坐标 B+10测点横坐标
G 测点高程 Z+1.6圆心高程
R 隧道半径 C—实测偏差(输出用 ‘pc=’表示)
三维坐标段落法隧道断面测
量 表--3
3结语
极坐标断面测量法在隧道施工断面测量中,不需要专用的软件,且更为方便、快
捷、准确、实用。如有可编程全站仪,测量结果可直接显示偏差。是隧道断面测
量工作可选用方法之一。比较适用于隧道的初期支护、二衬的断面测量,尤其适
用于台车就位调试工作,能边测量边出成果,及时正确的指导施工。更适用于政
府、监理部门的检查工作,彻底的杜绝了施工单位弄虚作假的可能。同时测量人
员也从繁忙的工作中得到了解放。
三维坐标段落法适合于施工中隧道开挖断面测量,可做到那里需要测后马上出结
果,一次臵镜能有效的测量全段落的特征点和任意点,可根据面积与点数的频率
进行测量。人和仪器都不需要到开挖面下去,安全上也得到了保障。该方法也适
用于初期支护、二衬施工的断面测量。还可用于对大型球体、球面进行精确的测
量。!