天水路工程施工中的测量工作测绘工程技术专业毕业设计毕业论文.doc

陕西铁路工程职业技术学院毕业论文二 一 二 届 毕 业 设 计 天水路工程施工中的测量工作 系 部：道桥工程系专 业：测绘工程技术姓 名：学 号：指导教师：完成时间：2011.01二一一年十一月毕业设计成绩评定表姓名成绩评定实 习 表 现 成 绩论 文 成 绩综 合 成 绩指导教师评语指导教师(学院)：年 月 日注：综合成绩评定中，实习表现成绩占30%，实习报告成绩占70%。目 录第一章 概述隧道工程施工测量61.1概述61.2 隧道测量的前期准备6第二章 隧道控制网的建立及误差调整72.1工程概况72.2隧道进出口闭合测量72.3进出洞口测量72.4隧道洞外控制测量82.4.1洞外平面控制测量82.4.2洞外高程控制测量82.5隧道洞内控制测量92.5.1洞内平面控制测量92.5.2洞内高程测量102.5.3洞内正常测量10第三章 贯通误差的来源、分配及其限差113.1 隧道贯通误差来源113.2贯通误差限差及贯通精度要求123.4.1测定贯通后实际误差的方法143.4.2贯通后实际误差的调整15第四章 隧道施工断面测量方法164.1极坐标断面测量法164.1.1极坐标系的建立164.1.2数据采集174.1.3测量数据处理184.2三维坐标段落测量法194.2.1数据采集204.2.2确定测点对应的里程与距路线中线的距离204.3数据分析21第五章 隧道变形监测技术215.1概述215.2无尺量测系统225.2.1 系统简介225.2.2 全站仪选型及其配套设备225.3 测量方法原理235.3.1 自由设站方法的原理235.3.2 固定测站法原理245.4 软件开发255.4.1 机载程序255.4.2 数据分析程序25第六章 结束语25谢 词26参考文献27摘 要结合狮子崖隧道实例，详细介绍了隧道工程施工中测量前期的准备工作、洞内外控制测量的建网、技术要求、操作要点及贯通误差估算、变形监测等，指出在隧道测量中要严格遵守操作规范，以保证隧道的顺利贯通。关键词： 控制测量 建网 操作要点 贯通误差 断面测量 变形监测第一章 隧道工程施工测量概述1.1概述隧道施工测量工作主要包括：开挖测量、结构放样、贯通误差测量、竣工测量等。施工的先导是开挖，按开挖时的测量要求来讲，可分两种方法：一种是先挖导坑后扩大成型，如先拱后墙法、上下导坑法、上导坑法等，因为这些开挖方法在扩大是还有纠正隧道位置的较大的余地，所以测量工作可以先粗后精；一种是一次开挖成型，紧跟着衬砌成洞，此时按隧道线路中线的精度要求，随时引进正式中线到开挖面，以便根据正式中线进行开挖、放样、立模、衬砌。采用先挖导坑，后扩大成型的方法时导坑的掘进是依据临时中线放样，临时中线是由后方的正式中线引出来的，而正式中线是由洞内的导线测设的，同时为了控制开挖面位置的高低，还需根据正式水准点测设临时水准点。当采用一次开挖成形时掘进过程中也需要测设较高精度的临时中线或直接将正式中线引测至开挖面。掘进工程就是根据中线和水准点测设、检查或放样开挖断面的轮廓线，以便钻爆，使钻爆后的坑道断面轮廓达到设计位置。随即进行衬砌施工，衬砌施工必须根据正式中线与正式水准点进行放样，开挖前进到一定程度时，必须由洞外控制点引测正是中线进行拱部、边墙、铺底、仰拱、排水沟等各项结构物的放样。隧道相向开挖时的中线随着掘进距离的增长产生误差，因此，在隧道贯通面处必然会产生平面和高程贯通误差。如果贯通误差不进行调整，硬将两端洞口引线的线路中线连接起来，则会在贯通面附近地段产生线路硬性扭曲，严重的情况下会造成建筑物侵入限界，因此，为了使贯通后线路中线能按规定的精度符合它的设计位置，还要进行贯通误差的测定和线路中线的调整。竣工以后，进行竣工测量，其目的：一方面是检查施工质量；一方面为交付使用提供各种测量方法的依据，以便进行设备安装、维修和改建时使用。竣工以后，有必要的时候有计划的进行沉陷、位移观测。1.2 隧道测量的前期准备（1）认真阅读相关设计图纸，准确领会设计意图。工程所处在平曲线、竖曲线范围以及所有参数，应认真验算设计给定的平面坐标、设计高程。对不清楚和有异议的地方及时提出，以免贻误工程施工。（2）熟悉相关设计规范以及对本工程的具体测量要求。熟悉隧道工程施工技术规范的测量章节要求，保证工程设计图纸中隧道净空要求、结构轮廓几何尺寸、相互之间的位置关系，实测时做到心中有数。（3）了解隧道施工工艺和步骤，提前为施工做好放样准备。一般设计文件对隧道施工工艺和步骤都有提出要求和设计，实际施工时也会有一定的变动。所以现场实际操作时应认真研究工艺和步骤，准确控制好每阶段的轮廓尺寸。（4）制定较为详细的施工测量计划方案。根据设计技术交底和现场测量交桩，根据以上3点要求，技术人员应该制定较为详细的施工测量计划方案，包括测量准备、仪器适配、正常实施测量的技术要求等等。第二章 隧道控制网的建立及误差调整2.1工程概况狮子崖隧道位于镇安县青铜关镇,双线全长4 671.1 m,是省际公路柞小高速公路上的第一长隧道。其中左线起讫桩号LK130+588.65LK132+945,长2 356.35 m;右线起讫桩号RK130+637.85-RK132+952.6,长2 314.75 m。该隧道依山傍水,一面是水流湍急的乾佑河,一面是悬崖峭壁的狮子崖,地形险峻,测量工作难度大。控制测量技术成为狮子崖隧道施工的一大难题。2.2隧道进出口闭合测量根据设计技术交底和现场测量交桩，正式实测前，应对所交桩位的坐标和高程进行闭合联测，符合精度要求后才能正式实地放样。如果出现精度达不到要求，应尽早通知有关单位进行联测。短隧道可以进行全站议导线闭合测量，长隧道或者地形复杂的可采用GPS全球定位测量。2.3进出洞口测量包括地形地貌、标高埋深等项目。隧道进出口位置地形的复测相当重要，它直接关系到以后隧道洞口能否安全进洞。洞口地形复测，主要是复核与设计图纸是否相符，包括工程量复核、进洞口桩号、覆盖层厚度、是否偏压，偏压时地形对洞身结构影响程度，是否应采取变更洞口位置，变更洞口临时支护形式参数以及洞口地貌特征对洞口的影响和洞门形式是否合适等等。2.4隧道洞外控制测量2.4.1洞外平面控制测量1）建网根据进出口地形特点,由进口的GPS028,GPS029,GPS030及左、右洞口的投点分别组成四边形闭合导线,形成狮子崖隧道进口的平面控制网,见图2-1。由出口的GPS031,GPS032,GPS033及左、右洞口的投点分别组成四边形闭合导线,形成狮子崖隧道出口的平面控制网,见图2-2。进出口均采用精密导线法进行洞外控制测量。2）测量等级与技术要求根据JTJ 061-99公路勘测规范(以下简称测规)的规定,该隧道洞外控制测量等级采用“四等导线”,其技术要求见表2-1。等级附和导线长度/km平均边长/km每边测距中误差/mm测角中误差/()导线全长相对闭合差方位角闭合差/（）测回数DJ1DJ2四等201.0132.51/3500046表2-1导线测量的技术要求因受地形限制,GPS028GPS029点间距为288.920 m,GPS029GPS030点间距为487.350 m,根据测规的规定,采用绝对闭合差进行评价。2.4.2洞外高程控制测量1）建立闭合水准路线建立与平面控制网相似的闭合水准路线,必要时需与26、28标水准导线点进行联测,以保证引测进洞高程的高精度。2）高程控制测量等级设计高程控制等级由公式=m L来计算,其中, 为两端水准点的高程中误差;m为每公里水准测量中误差(一般应取全中误差);L为两开挖洞口间的水准路线长,km。3）高程控制测量操作要点a.在两相邻测站上,应按奇、偶数测站的观测程序进行观测,即分别按“后前前后”和“前后后前”的观测程序在相邻测站上交替进行。在一测段的水准路线上,测站数目应安排成偶数。一个测段的水准路线的往、返测应在不同的气象条件下进行(如上午、下午)。b.注意减弱旁折光和地面折光的影响。在洞外高程控制测量中,根据山区作业坡陡路窄的特点,视线尽量避开山弯;由于坡度大,读数时尽量提高视线高度。c.观测工作间歇时,最好结束在固定的水准点上,否则应选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置水准标尺的固定点,并加以标记。2.5隧道洞内控制测量2.5.1洞内平面控制测量1)建网(见图2-3)洞内平面控制测量采用等边闭合导线环网,导线环的边数为4条6条。直线地段中线桩间距为200 m,曲线地段(R=1 100/1 080)按照最大通视长度的要求,导线长取120 m,共设6个导线环。2) 测量等级设计洞内导线为等边闭合导线环网,则洞内横向贯通中误差由式计算。其中,m为洞内横向贯通中误差; 为测角中误差,();为206 265; 为两开挖洞口间长度;n为导线边数。3)洞内平面控制测量操作要点a.由洞外向洞内的引测工作,应在夜晚或阴天进行;在测定定向角和洞内、外连接角或当洞内、外高差和边长悬殊过大时,水平角的观测测回数要比规定的增加50%-100%。b.测回间仪器应多次重新置中,一般3-5测回重新置中一次,并采用双照准法(两次照准、两次读数),以减少对中误差的影响,保证测角精度。水平角观测采用方向观测法观测,每个测回的零方向读数,应均匀分配在度盘的不同位置上。c.使用全站仪测距时,距离及竖直角应往返观测各4个测回,量距每测回读数6次。d.洞内平面控制时,正式中线点由邻近的导线点以极坐标法测设在地面之后,应在中线点上安置仪器,以任意两个已知坐标点为目标测其角度。用实测角与坐标反算的角值比较,以检查中线点测设的准确性。2.5.2洞内高程测量洞内高程应由洞外高程控制点向洞内测量传递,结合洞内的行车横洞、人行横洞及紧急停车带的位置设立高程点,以便校核。为便于施工,每100 m在边墙部位设立墙角水准点。2.5.3洞内正常测量洞内施工测量主要控制好隧道净空，开挖、支护、二衬不要侵入净空，当然也要控制好超挖过大的问题。按照设计或实际围岩地质情况，测量精度也相应分为3个级别，即开挖轮廓测量、初期支护定位测量以及二次衬砌施工测量。1)开挖轮廓测量放样设计文件一般都提供了衬砌设计图，一般情况均可按设计图纸给定的轮廓参数进行测量放样。但应值得注意的是，设计图纸给定的预留沉降量是分围岩级别统一给出的，而现场施工由于位置不同往往会出现不一致的地方，需要施工单位自己调整掌握。根据经验，洞口5 m-10 m内（视围岩情况）应该高于设计要求进行放样，以减少由于洞口开挖后，山体的应力释放，产生过大的洞口破坏。而10 m以后根据量测结果，可以按设计提供的参数进行（围岩稳定时甚至可以降低要求）。洞内围岩强度稳定性如果较设计差，地质构造破坏严重的局部地带，也应高于设计要求进行放样，以减少不良地质岩体段的应力释放，岩体失稳造成净空受限的情况发生。如果按设计文件放样后（其他支护措施又到位），均不能满足净空要求，则应提请设计院改变支护参数和增加预留沉降量要求。要求测量技术人员每循环的开挖轮廓必须到现场画出，以控制好钻孔轮廓位置，尽量减少超挖和欠挖。2)初期支护定位测量要求每次进行支护时，测量人员均应进入现场，进行支护框架体仪器定位，防止立架锚喷支护实体侵入净空，否则日后返工，凿除难度很大，严重影响工期和质量。这个阶段控制好轮廓标高、净宽、保证轮廓园顺，一般就不会出现大问题。当然如果支护结束后净空过大，则日后二衬工程质量将增大，施工单位经济效益也将损害。3)二次衬砌测量隧道二次衬砌施工测量是正常施工测量的最后一道关卡，它的准确与否直接影响隧道通车净空要求和能否按设计要求竣工交验，因此极为重要，一定要慎重处理。这个阶段主要根据设计文件，在平面和高程上严格按图放样，定位整体衬砌台车（一般按范要求，可以将原设计轮廓线放大5 cm，以消除二衬砼施工中的台车变形而侵入净空现象），放大后的5 cm轮廓位置在水沟盖板内侧墙进行调整处理。4)监控量测隧道施工监控量测工作，贯穿于从开工到竣工交验全过程，是一项必测项目。它的作用和目的体现在：为安全生产提供信息（超前预警、事后警报）。掌握施工中围岩和支护的动态信息、地质超前预报、及时反馈信息，以指导施工作业，该加强要及时加强，要减弱也可以减弱支护。为新奥法设计和施工提供科学依据。通过对围岩和支护的变位、应力变化，提供设计部门修改支护系统参数设计。一般设计文件都会有对本工程的具体量测点位布置、量测频率、量测项目等提出要求，技术人员在具体实测时应认真布点、认真测量、真实记录并汇总分析，为安全生产和新奥法科学设计提供依据。a.地质和支护状况量测。这项工作主要是开挖和初期支护后（每循环），对揭露的岩性、结构产状以及支护变形观察、描述和编录，与设计文件岩性、地质构造对照；使用钢卷尺、地质罗盘工具以及数码影像。b.周边位移量测。采用各种类型的收敛仪，按照量测计划和频率，逐断面而进行收敛数值实测，提供有效数据，判断围岩应力变形、支护体破坏程度。c.拱顶下沉测量。拱顶下沉是监控量测中最明显和直观的测量，运用水准仪和全站仪均可进行。d.锚杆拔力实验。锚杆拉拔力试验主要可以检测锚杆支护系统与围岩之间共同作用支护围岩的效果，采用锚杆拉拔仪进行；这是新奥法隧道施工的必测项目。第三章 贯通误差的来源、分配及其限差3.1 隧道贯通误差来源隧道贯通测量的精度是确保整个工程是否顺利竣工的重要因素之一。贯通误差主要来源于洞内外控制测量和竖井(斜井)联系测量的误差,由于施工中线和贯通误差是由洞内导线测量确定,所以施工误差和放样误差对贯通的影响可忽略不计。我国铁路隧道施工中的地面控制测量与洞内测量,往往由不同单位担任,故应将上述的容许贯通误差加以适当分配。一般来说,对于平面控制测量而言,地面上的条件较洞内为好。故对地面控制测量的精度要求可高一些,而将洞内导线测量的精度要求则适当降低。按照铁路测量技术规则的规定,系将地面控制测量的误差作为影响隧道贯通误差的一个独立因素,而将地下两相向开挖的坑道中导线测量的误差另作为一个独立因素。这样一来,设隧道总的横向贯通中误差的允许值为,按照等影响原则,则得地面控制测量的误差所引起的横向贯通误差的允许值(以下简称“影响值”)为：（3-1）对于高程控制测量而言,洞内的水准路线短,高差变化小,这些条件比地面好;但另一方面,洞内有烟尘、水气、光亮度差以及施工干扰等不利因素,所以将地面与地下水准测量的误差,对于高程贯通误差的影响,按相等的原则分配。设隧道总的高程贯通中误差的允许值为,则地面水准测量的误差所引起的高程贯通中误差的允许值为:（3-2）按照上述原理所算得的隧道洞内、洞外控制测量误差,对于贯通面上的横向和高程贯通中误差所产生的影响值如表3-1所示。各项贯通误差的限差(用表示)一般取中误差的两倍。对于纵向误差,通常都是按定测中线的要求,即:（3-3）式中,为隧道两开挖洞口间的长度。对于横向贯通误差和高程贯通误差的限差,按铁路测量技术规则根据两开挖洞口间的长度确定,如表3-2所示。横向中误差测量部位两开挖洞口间长度/km高程中误差44-88-1010-1313-1717-20洞外3045609012015018洞内40608012016020017洞内外综合507510015020025025备注本表不适于设有竖井的隧道表3-1 洞、内外控制测量误差对贯通精度的影响值两开挖洞口间长度/mm44-88-1010-1313-1717-20横向贯通误差/mm100150200300400500高程贯通误差/mm50表3-2 贯通误差的限差3.2贯通误差限差及贯通精度要求测规规定，隧道长度小于3 000 m时,横向贯通限差为150 mm,高程贯通限差70 mm。贯通精度要求见表3-3。测量部位两开挖洞口间长度/mm高程中误差6000贯通中误差/mm洞外45609025洞内608012025全部隧道7510015025表3-3洞外、洞内控制测量的贯通精度要求3.3平面控制测量贯通误差预计3.3.1洞外控制测量对水平方向贯通误差的影响值（3-4）其中,m外为控制网误差对水平方向的贯通误差影响值的中误差; 为由进口计算的影响值; 为由出口计算的影响值; 为由控制点放出中线时理论角度中误差。其中导线环的测角中误差按下式计算:（3-5）其中, 为导线环的角度闭合差;n为一个导线环内角个数;N为导线环的数目。以左线隧道为例,洞口为四边形导线网, 按表1取10,则=5, =1 178 m,=206 265,得=0.001 6 （3-6）3.3.2洞内水平控制测量对水平方向贯通误差的影响值。（3-7）3.3.3预计隧道水平贯通误差，故（3-8）结论: =42 mm36线条式因瓦水准尺三3.013-36线条式因瓦水准尺区格式水准尺四5.05-13区格式水准尺洞内二32线条式因瓦水准尺三3.011-32区格式水准尺四5.05-11区格式水准尺表3-3等级水准测量的路线长度和仪哭精度由隧洞两端洞口附近的水准点各自进行水准测量,分别测出贯通面附近的同一水准点的高程,其高程差即为实际的高程贯通误差。2)采用地下导线作洞内控制的隧洞,可由进测的任一方向,在贯通面附近钉设一临时桩号,然后由相向的两个方向对该点进行测角和量距,各自计算临时桩号的坐标。这样可以测得两组不同的坐标值,其Y坐标的差数即为实际的横向误差,其X坐标之差为实际的纵向贯通误差(或者将两组坐标投影至贯通面及其垂直的方向上,得出横向误差和纵向贯通误差)。在临时桩号上安置仪器测出角度,见下图3-2所示,以便求得导线的角度闭合差。图3-2各种转移角的内移量3.4.2贯通后实际误差的调整隧洞中线贯通后,应将相向两方向测设的中线各自向前延伸一段适当的距离。调整贯通误差的工作,原则上应在隧洞未衬砌地段上进行,不再牵动已衬砌地段的中线,在中线调整之后,所有衬砌地段的工程,均应调整后的中线指导工作。直线隧洞中线的调整,可在未衬砌地段上采用折线法调整。如果由于调整贯通误差而产生的转折角在5以内时,可作为直线线路考虑。当转折角在525时,可不加设曲线,但应以顶占a, c的内移量考虑衬砌和线路的位置,如图3所示。各种转折角的内移量如表3-4所示。当转折角大于25时,则应以半径为4000m的圆曲线加设反向曲线。转折角 ()内移量（mm）51104151020172528表3-4各种转折角的内移量表图3-3各种转移角的内移量对于地下导线精密测得实际贯通误差的情况,当在规定的限差范围之内时,可将实测的导线角度闭合差平均分配到该段贯通导线各导线角,按简易平差后的导线角计算该段导线各导线点的坐标,求出坐标闭合差。根据该段贯通导线边的边长按比例分配坐标闭合差,得到各点 调整后的坐标值,并作为洞内未衬砌地段隧洞中线点放样的依据。贯通点附近的水准点的高程,采用由贯通面两端分别引测的高程的平均值,作为调整后的高程。洞内未衬砌的各水准点高程,根据水准路线的长度对高程贯通误差按比例分配,求得调整后的高程,并作为施工放样的依据。第四章 隧道施工断面测量方法4.1极坐标断面测量法4.1.1极坐标系的建立如图4-1（单位：m）是一个隧道断面，垂直方向（高程）为纵轴，用H表示；水平方向（距线路中线的距离）为横轴，用B表示。圆心纵坐标等于路线设计高程减设计高程线至隧道中心的距离乘横坡比，再加圆心至路面的高度，见下式： （4-1）图4-1极坐标法示意图圆心横坐标等于1m（假定线路中心横坐标为1m），加线路中心至隧道中心的距离，即：（4-2）4.1.2数据采集1）待测断面站点放样可放出路中线、隧中线或距路中线任意宽度的点位，记录其地面高程、线路中线至待测断面站点的距离等。2）断面测量将仪器安置于待测断面测站点，（竖直度盘定天顶方向为0度，顺时针注记）望远镜瞄准另一导线点或中线点定向后，转仪器正镜瞄准线路边线法线方向，也就是保证测量的竖直角读数，线路中线一侧为270360度，线路边线一侧为090度。记录仪器高、观测的竖直角、斜距。根据个人习惯，亦可记录水平距离和高差。如隧道内干扰大，可在仪器定向前，竖直度盘调至90度或270度，置水准尺于水准点上，读取塔尺读数来校核视线高，测量数据记录于表4-1。隧道名称隧道序号竖直角J斜距D偏差pc备注mcm检查项目初期支护1直墙4.9611.1直墙部分记录平距减设计宽里程桩号SK309+060261-27-075.3796.9设计高程S986.01345-29-525.6796.5测站高程G985.416427-09-416.0736.8仪器高Y1.488512-12-056.3734.45.9米半径加0.05米考虑预留变形量半径R5.956357-49-516.6341.3图示横断位置L6.117343-59-176.870.7容许偏差及要求不小于设计8327-18-327.1335.9测站在中线以下不填9312-37-287.2134.6测站平面坐标10300-58-047.2810.6X56.37511294-52-307.29914.6Y490.14112直墙6.9833.3方位角101-34-33表4-1隧道断面测量记录表4.1.3测量数据处理为了与CASIO系列可编程计算器编程使用符号一致，部分符号按汉语拼音首位为代码，并启用“轴交点”一词（含义见后）。1） FX-4500计算器计算断面测量程序程序名：SDDM（隧道断面-1）L1 Lb1 0L2J,DL3 Norm:T=J/10000L4 I=IntT+Int(fracT100)/60+frac(fracT100)/36L5 H=G+Y+Rec(D,I)L6 B=10+L+NWL7 O=S-4.110.02+1.69L8 C=(poI(B-15.11,H-O)-R)100:Fix1:“Pc=”L9 Goto 0其中：G为测站地面高程，Y为仪器高，J为观测的竖直角，D为斜距，L为线路中线至测站的距离，S为线路中线设计高程，R为半径，H为实测纵坐标，B为实测横坐标，O为圆心处的设计纵坐标，C为实测偏差（输出用pc=表示），IT为计算过程对J的替换，N为修正符（当仪器不是置在中线上，且各种原因引起测量的竖直角读数，线路中线一侧不是270360度，线路边线一侧不是090度时，计算结果偏差超常，无需重测，输“-1”修正即可。其他情况输入“+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1米为宜）。角度输入，如2032312输入2032312，如660318输入660318，如0010输入10即可。其它输入单位均为米，输出单位为厘米。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径和设计坐标，只需对程序适当调整。2）计算轴交点坐标轴交点即仪器中心点，其纵坐标等于测站地面高程加仪器高；轴交点横坐标等于1米加线路中心至测站的距离。3）计算所测断面各点的实测坐标实测各点纵坐标等于轴交点纵坐标加竖直角的余弦乘斜距，实测各点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：（4-3）式中：H为实测点纵坐标，G为测站地面高程，Y为仪器高，I为观测的竖直角J，计算过程中，程序用I对J进行了替换，D为斜距，B为实测点横坐标，L为线路中线至测站的距离。4）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为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。）（4-4）式中：C为实测偏差（输出用pc=表示），B为实测点横坐标，H为实测点纵坐标，H0为圆心处的设计纵坐标，为圆心处的设计横坐标，R为设计半径。4.2三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，这有一定的片面性，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。4.2.1数据采集仪器置于任意点（做自由设站）或导线点上，有针对性地对一个段落的特征点或任意点进行测量，记录特征点的三维坐标（x、y、z）。4.2.2确定测点对应的里程与距路线中线的距离测点对应的里程和理论横向支距的计算和与隧道断面形状有关，断面形状不同，其计算公式略有不同。由于隧道断面形状较多，但都是由圆曲线、缓和曲线和直线组成，下面以圆曲线、缓和曲线和直线断面为例推导计算公式。1）圆曲线断面测量如图4-2所示，在圆曲线上选任意点B，为起算里程，测站点为A，根据坐标反算分别求得，A点和B点到圆心O的距离和坐标方位角，再计算两方位角之差即根据圆心角计算曲线长L，B点里程加L等于C点里程，半径减测站A点至圆心的距离等于测站A至中线距离，L由式（5）求得，式中L为弧长；R为半径；为圆心夹角。（4-5）2）缓和曲线断面测量 图4-2圆曲线 图4-3缓和曲线 如图4-3所示，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，计算公式见直线数据。3）直线断面测量如图4-4所示，在直线段上选任意点B作为起算点，已知直线段方位角BC，用坐标法反算求得直线BA方位角，通过两方位角之差，和直线BA的距离解直角三角形可得BC距离L和AC的距离b，见式（6），B点的桩号加L等于测站点对应的桩号。（4-6）图4-4直线4.3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和线路中线到隧道圆心的距离；经测量已知测点的实测高程和测点至线路中线的距离。无论是哪一种线型，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：L2DE：prog XH：progLJYD：L3G：C=(poI(15.11-B-10,G-Z-1.6)-O“R”)100:Fix1:“Pc=”L4 Goto 0式中：XH为子程序循环，LJYD为子程序路径引导（子程序另文专述），DE为测点大地坐标，B+10为测点横坐标，G为测点高程，Z+1.6为圆心高程，R为隧道半径，C为实测偏差（输出用pc=表示）。第五章 隧道变形监测技术5.1概述在隧道施工中,支护系统与围岩之间呈现出错综复杂的关系,这种关系并不能仅仅用“荷载结构物”这样一种力学模型加以概括。因此,在采用新奥法施工时,施工中对围岩应力调整过程和围岩变形情况进行监测是非常必要的。许多隧道开挖的经验表明,施工监测是确定隧道的开挖方法,合理的二次支护施作时间和进行信息化施工防止隧道坍塌的重要手段。隧道周边的位移是围岩与支护系统力学形态变化最直接最明显的反应,易于建立一些准则实现对监测结果的反馈。传统的隧道变形监测,一般采用钢尺式收敛计和挂钢尺抄平等接触方式进行,该方法具有成本低、操作简单和适应恶劣施工环境的优点。但这种接触法一般无法进行三维观测,当要了解隧道周边点的三维变化时,上述传统方法显得无能为力。随着我国西部大开发战略的实施,西部山区将有越来越多的大跨度隧道的修建,跨度的不断增加使传统的监测方法具有明显的局限性,如挂尺困难,测量精度下降等问题。于是就提出了隧道变形监测新技术非接触三维观测(无尺量测)的研究。无尺量测技术在日本、瑞士等国已经应用于地下工程的净空位移量测中。实现的方法大致有三种;一是以多台电子经纬仪为主要设备的三维解析测量;二是以全站仪为主要设备的三维变形量测;三是以近景摄影机为主要设备的近景变形量测。目前,利用全站仪作为主要设备的隧道净空三维观测方法是主要发展方向。5.2无尺量测系统5.2.1 系统简介无尺监测系统,是在国际流行的极坐标测量系统的基础上,结合隧道局科研所与Leica成都公司联合开发的机载软件和数据分析(该软件能对测量数据进行精度评价、抗差、平差处理)基础上,对隧道净空变形进行有效、快速监测的测量系统。5.2.2 全站仪选型及其配套设备为了满足隧道变形监测的需要,全站仪的精度应达到1,分辨力达到0.1,而测距精度为1+1ppm,分辨力达到0.1mm。这样对于几十米长的隧道范围内观测点,其定位精度用12测回可达10-1mm级。也可采用测角精度为2,测距精度为2+2ppm的全站仪,但要达到1mm的定位精度,须增加测回数。经过广泛的资料查询和调研工作,适用于隧道变形监测的全站仪主要有以下几种,如表5-1。类型TC2003TC1800/TCA1800NET2100测距精度1+1ppm1+2ppm1+1ppm测角精度0.512机带电池工作时间7600次7600次2小时抗环境干扰能力七级密封、防水、防尘七级密封、防水、防尘二级密封、防水、防尘操作方便性方便方便方便控制及应用程序开发环境机载开发语言提供用户指令机载开发语言提供用户指令无行业评价精度高、稳定性好、价格高精度高、稳定性好、价格较高精度高、稳定性好、价格较高目前应用领域隧道变形监测和大坝变形监测等隧道变形监测和大坝变形监测等大坝变形监测基本配置价格（参考价）448.000万元195.000万元228.950万元表5-1 高精度全站仪技术参数表经过认真比较,以选择徕卡TC2003全站仪进行隧道三维变形监测较好,精度和性能方面均能满足隧道变形监测的需要,但价格很高。徕卡TC1800全站仪,精度稍差,结合合理的监测方法和抗差技术可以达到满意的测量精度。索佳NET2100全站仪具有与徕卡TC1800同等的精度。与徕卡全站仪配合使用的徕卡反射片,是一种具有回复反射性能的反射膜片,反射膜片由丙烯酸脂制成,背部为不干胶,厚度为0.28mm,呈银灰色,大小可根据测距选择。测量中常使用的反射片的技术参数见表5-2。反射片大小（mm）测量范围（m）精度20202-403mm404020-1003mm606060-803mm表5-2 反射片技术参数表 Leica反射片最大测距可达180m,当视线与反射片垂直时,不会降低测距精度,当反射片45放置时,测量精度为3.0mm,在两个位置观测时,精度还会提高。5.3 测量方法原理5.3.1 自由设站方法的原理全站仪自由设站三维观测,指的是从任一测站上观测若干已知点(基准点)的方向与距离,通过坐标变换(或按最小二乘法)算出该测站上仪器中心的坐标及真北方向,然后以此测出其观测点的坐标。自由测站原理如图5-1。LeicaTC1800全站仪机载有自由测站程序,该程序最多可利用10个照点的观测值来推求测站点的3维坐标及定向值,给出其精度并能将定向值和测站坐标设置仪器中,可进一步观测其它变形点,经坐标变换得测点在直角坐标系中的三维坐标,其原理如图5-2所示。 图5-1自由测站原理 图5-2 三维坐标原理图A是任意一观测点。假设:仪器中心点O的坐标 ()(由自由设站法测得),设全站仪测得距A点平距、方位角、高差,则A的坐标:（5-1）这种方法的优点是可任意放置仪器,仪器操作比较方便,但测站点的定位精度不易保证,从而影响最终观测点的精度,且多个后视基准点在隧道这种狭长的空间比较难以确定。5.3.2 固定测站法原理如图5-3所示:A是任意一观测点。设仪器架固定点O,O点为坐标原点(0,0,0),仪器高为H;准点JP在y轴正半轴。设全站仪测得距A点平距、方位角、高差。则A点空间三维坐标为: （5-2）这种方法的优点是后视基准点只需一点,定向比较方便 准确。但每次测量要求仪器对中和测量仪器高其精度直接影响观测点精度,而且固定点需要保护。 图5-3 固定测站法原理图5.4 软件开发5.4.1 机载程序1） 自由设站程序,测得测站坐标与真北方向,给出测点的坐标的精度,并能进行平差处理。对观测点采用多测回观测(测回数由精度要求反算确定)。并引入稳健估计理论进行抗差处理,以满足精度要求。2） 固定测站程序。假设测站坐标为(0,0,0)并假设一后视方向为真北方向。同样对测点采用多测回观测(测回数由精度要求反算确定)。并引入稳建估计理论进行抗差处理,以满足精度要求。5.4.2 数据分析程序1）具有标准Windows界面;2) 具有自动数据传输功能;3) 能建立测量数据库和生成分析数据库;4）能生成日报文件,同一测点数据文件;5）能绘同一测点的变形曲线图,变形速度曲线图等;6）对分析数据进行回归分析,绘出回归方程的图形,并给出其信度。7）该软件与其它软件具有良好的兼容性。第六章 结束语本文就狮子崖