隧道超欠挖的计算原理和程序设计

1、隧道超欠挖的计算原理和程序设计王庆军随着铁路、公公路建设设的快速速发展，我我国隧道道建设的的施工技技术也大大幅度提提高，由由于工期期紧迫促促成测量量放样的的过程也也是一个个重要环环节，如如果再采采用普通通的尺距距法不仅仅仅降低低了放样样效率还还造成了了轮廓线线的放样样精度，导导致开挖挖掘进造造成隧道道超欠挖挖，所以以现在通通过 HYPERLINK /blog/post/CASIOfx-5800Pshuoming.html卡西西欧编程程计算器器结合带带红外线线的全站站仪进行行配套操操作，这这样不仅仅提高了了施测效效率还保保证了放放样精度度，现通通过本文文分析讲讲解隧道道超欠挖挖的计算算原理和和程

2、序设设计。何为超欠挖挖？：隧隧道 HYPERLINK /blog/Archiver/view.asp?id=111超欠欠挖分为为（超挖挖和欠挖挖），超超挖即为为隧道开开挖轮廓廓线大于于隧道设设计轮廓廓线，欠欠挖即为为隧道开开挖轮廓廓线小于于隧道设设计轮廓廓线。超欠挖的影影响：隧隧道超欠欠挖不止止直接影影响到了了施工进进度、安安全质量量，还会会让开挖挖费用增增加，更更重要的的是由此此造成了了过量超超填混凝凝土的费费用。超超挖在实实际施工工中由于于重视不不够或方方法不当当，以至至于在施施工过程程中会不不知不觉觉地提高高工程成成本，从从而也减减少了应应得的利利润。超欠挖是如如何产生生的？在目前的隧隧

3、道施工工中，掘掘进技术术有两种种方法，一一种是传传统的“钻爆法法（开挖挖台阶法法）”；一种种是“全断面面掘进法法（盾构构掘进法法）”。受各各种条件件的制约约，“钻爆法”仍是山区区隧道施施工的主主要掘进进方法。所所以隧道道超欠挖挖的形成成也是不不可避免免的，下下面讲述述一下形形成超欠欠挖的三三种情况况。1、岩层变变化：由由于隧道道开挖过过程中随随着岩层层的变化化，地质质条件和和围岩裂裂隙的发发生会出出现不可可避免的的超欠现现象，所所以岩体体是超欠欠挖的主主要因素素之一。2、爆破方方式：由由于工作作面（掌掌子面）是是一个不不平整的的岩体面面，导致致钻孔间间距控制制不当或或间距过过大、过过小，容容易

4、影响响其他孔孔位的爆爆破效果果，或者者由于装装药结构构控制不不当和掏掏槽不合合理也会会造成隧隧道超欠欠现象。3、测量放放线：由由于隧道道 HYPERLINK /blog/post/survey-shigongfangan.html测量放放线过程程中能见见度低，操操作有限限，测量量人员进进入隧道道测量时时导致前前后视照照准误差差，同时时因为掌掌子面的的凹凸不不平画轮轮廓线时时也会产产生偏离离现象。如何正确实实施隧道道测量工工作？隧道测量工工作应由由专业测测量人员员测量，根根据设计计院给定定的坐标标控制点点和高程程控制点点进行建建立导线线控制网网,并按规规定程序序检查验验收,对施测测人员实实行详细

5、细的图纸纸交底和和方案交交底,所有施施测的工工作进度度根据项项目进度度计划进进行安排排。在隧道施工工过程中中,为了保保证开挖挖、初期期支护及及二次衬衬砌后的的净空满满足设计计规范要要求，必必须对已已完工的的主体工工程进行行全断面面检查，现场检查一般采用带红外线的全站仪在现场实测三维坐标进行检查。对于测量数据应及时反馈到现场施工管理人员，以便及时控制开挖及衬砌净空标准。通过以上上对隧道道超欠挖挖的了解解及形成成和影响响，如何何正确施施测和控控制等，现现在就谈谈隧隧道超欠欠挖的计计算原理理。许多测量人人员会把把超欠挖挖点位检检测和掌掌子面轮轮廓线放放样程序序颠倒不不分，其其实隧道道超欠挖挖计算属属

6、于检测测点至该该 HYPERLINK /blog/post/CASIO-fx-5800P-YFXYuanHuXianZuoBiaoJiSuanChengXu.html圆弧所对对的圆心心的半径径与设计计圆心半半径的差差值，而而隧道轮轮廓线放放样则是是放样点点至设计计轮廓线线边缘的的水平距距离差值值。超欠挖计算算原理：隧道超欠挖挖检测的的计算原原理主要要是通过过三角函函数所求求，即由由三角形形的边角角关系求求出对应应的边长长和理论论边长值值产生的的差值。超欠挖检测测数学模模型超欠挖实测测模型从“超欠挖挖检测数数学模型型”图中可可以看出出x为大于于设计轮轮廓线位位置，表表示该点点为超挖挖，可以以通过

7、以以下方式式及公式式进行求求解得出出x差值。1、先通过tann-1求出夹角。2、再通过cos求出边边长c。3、用边长c减去r半径得得出x差值。示例：假如如a=44.81142、b= 6.0026mm、r=66.966m，求x？计算算公式如如下：x=accos（tann-1(bba)）-rx=0.7753mm从计算式得得出该检检测点比比隧道设设计轮廓廓线大0.7753米，属属于隧道道超挖。轮廓线放样样原理：隧道开挖轮轮廓线 HYPERLINK /blog/post/excel-Jizuobiao.html放放样的计计算原理理主要通通过直角角三角形形的两直直角边的的平方和和等于斜斜边的平平方原理理

8、进行求求解。（俗俗称勾股股弦定理理）数学学公式中中常写作作a2+b2=c2（即勾勾的平方方加股的的平方等等于弦的的平方）。勾股定理图图示轮廓线放样样数学模模型说明：放样样点为现现场开挖挖实测掌掌子面实实际点位位，x为超挖挖宽度，通通过计算算出x宽度然然后将该该点水平平移动到到设计标标准轮廓廓线位置置即可。方式：1、通过全全站仪（配配合红外外线或反反射片）直直接测出出放样点点坐标X、Y和高程Z。2、用卡西西欧编程程计算器器反算出出放样点点的实际际里程和和该点距距隧道中中心线水水平距离离d。过程：a）用放样样点实测测高程Z减去O1点圆心心设计理理论高程程得出高高度a。b）斜长cc等于圆圆心理论论半

9、径R，求b长度，公公式：c）求x宽宽度，公公式：示例：放样样点至隧隧道中心心间距d= 6.0026mm、放样样点实测测高程Z=3314.81442m、O1圆心高高程H=3310.00000m、O1圆心理理论半径径c=66.966m，通过过以下公公式求解解！x=x=1.0000mm从以上计算算式中得得出现场场放样点点距设计计理论轮轮廓线的的水平距距离为1m，说明明放样点点需要向向设计轮轮廓线内内移动1m才是放放样的标标准位置置，然后后将所有有放样的的点位用用线形链链接起来来即成了了掌子面面开挖轮轮廓线。轮廓线放样样数学模模型超欠挖程序序设计：通过以上了了解相信信各位对对隧道超超欠挖和和隧道轮轮廓

10、线放放样的方方式并不不陌生了了，现在在对隧道道轮廓线线的放样样程序进进行设计计。程序适用： HYPERLINK /blog/catalog.asp?cate=5CASSIO fx-58000P工工程测量量编程计计算器程序主题：隧道开开挖轮廓廓线放样样程序准备工作：1、公式：路线坐标标正算、反反算公式式，路线线纵坡计计算公式式，勾股股定理公公式。2、工具：CASSIO fx-58000P工程测测量编程程计算器器。3、数据：隧道标标准设计计图、放放样点实实测三维维坐标X、Y、Z数据。双线隧道横横断面设设计图关于坐标正正算公式式， HYPERLINK /blog/post/CASIO-fx-5800

11、P-ZXZFS.html坐标反反算公式式，纵坡坡计算公公式见相相关测量量书籍。程序建立：程序设计需需要有一一个明确确的思路路和合理理的方法法，然后后通过结结合数学学计算模模型进行行程序化化语言编编译。通过本文了了解到超超欠挖的的计算原原理分析析后，现现在运用用程序语语言采用用线元法法进行设设计和编编译，超超欠挖程程序主要要分为（主主程序和和子程序序）共111个，其其中TYYQXJJS为运运算主程程序，其其他均为为调用子子程序。主程序TTYQXXJS（入口程程序）1-NN=0ZD,=1SD11,=22SD22”（1-N=0现场输输入线元元数据。=1,2,33.等进入入各线路路数据库库提取数数据进

12、行行计算）Deg:FFix44:200DimmZ（扩充变量量）“TYQXXJS:1-N”?Z55(输入线线路代码码，比如如数字1,22,3,4分别表表示a,bb,c,d线路，并并储存在在变量Z55中，对对于具体体的线路路项目，用用户可参参照自行行决定对对应关系系)IfZ55=00:Thhen “X0”?U:“Y0”?V:“S0”?O:“F0”?G:“Ls”?H:“Rs”?P:“Rn”?R:“Q”?Q:If EnddCls:“1:SSZXY,2:XXYSZ”?Z66:ZZ6=2Gotto2(1为坐标标正算，放放线计算算。2为里程程偏距计计算)“CZX=”?M:“CZYY=”?N(置仪点点坐标)L

13、bi0:“Kp”KZ50=Proog“TYQQXJSS-DAATA”:Abbs(KK-O)WProg“TYQQXJSS-SUUB1”Lbi1:90Z:“JJ=0Kp”?Z:Z=00Gotto0:“JB=”?B(输入夹夹角和偏偏距，夹夹角为0时输入入下一个个桩号)If B0:TThenn Rees(AAbsBB,Z4+Z-1180):Ellse Recc(AbbsB,Z44+ZZ):IIfEnndX+IZZ7:Y+JZ88Pol(ZZ7-M,Z88-NN):JJ0J+3360J1T:PProgg“TYQQXJSS-XSS”Lbi3:“S=”?S:I-SSS Iff Abbs(SS)0.001:T

14、Thenn Gooto33:Ellse Gotto1:IfEEndLbi2:“Xm=”?X:“Yn=”?Y:”SXGG=”?Z17:“Kp=”?K（输入入实测坐坐标及附附近桩号号）Z50Proog“TYQQXJSS-DAATA”Prog“TYQQXJSS-SUUB2”2T:PProgg“TYQQXJSS-XSS”20.”ZZ1=”?Z:Z=00Gotto2:Proog”BPEEH-DDATDD”:Proog”BPEEH-BBPH”(Z=0返回进进行里程程，偏距距计算。Z0进入高高程计算算)21:PProgg”SOIIDAOO-DAATA（隧隧洞数据据库路由由引导）22.Prrog”SOIIDA

15、OO”(进行隧隧洞超，欠欠挖计算算)23.Gooto22TYQXJJS-SSUB11（坐标标正算子子程序）11PPC：（P-R）（2HPPR）D：1800E2.0.11739927442266A:00.3226077257774Z11:00.0669433184442S:00.3330000947782L:11-LZ22:11-SZ333.U+WW(ACCos(G+QQESWW(C+SWDD)+Z11Coos(GG+QEELW(C+LLWD)+ZZ1Coss(G+Z22QEEW(CC+Z2WWD)+A Coss(G+Z33QEEW(CC+Z3WWD)X（计算算点X坐标）4.V+WW(ASSin

16、(G+QQESWW(C+SWDD)+Z11Siin(GG+QEELW(C+LLWD)+ZZ1Sinn(G+Z22QEEW(CC+Z2WWD)+A Sinn(G+Z33QEEW(CC+Z3WWD)Y（计算算点Y坐标）5.G+QQEW(C+WWD)Z44（计计算点切切线方位位角）TYQXJJS-SSUB22（反算算里程和和边距子子程序）XI：YYJAbs(JJ-V)Coss(G-90)-(II-U)Sinn(G-90)W:0BLbi0:Proog”TYQQXJSS-SUUB1”(G-900)+QQEW(C+WWD)L(J-Y)CossL-(I-XX)SiinLBIf AbbsB10(-66):TT

17、henn Gooto11:Ellse W+BBW:GGotoo0:IIfEnndLbi1:0B:PProgg“TYQQXJSS-SUUB1”(J-Y)Siin(ZZ4+900)BO+WKK:BB(K为反算算桩号，B为偏距)TYQXJJS-DDATAA（路由由器）1.If Z55=11:Thhen Proog“TYQQXJSS-DAAT1”:Gooto11:IffEndd(调用线线路一数数据库据据)2.If Z55=22:Thhen Proog“TYQQXJSS-DAAT2”:Gooto11:IffEndd（调用用线路二二数据库库据）3.If Z55=33:Thhen Proog“TYQQXJS

18、S-DAAT3”:Gooto11:IffEndd（调用用线路三三数据库库据）4.If Z55=44:Thhen Proog“TYQQXJSS-DAAT4”:Gooto11:IffEndd（调用用线路四四数据库库据）5.。（根据实际项目情况增减线路）6.Clss:Loocatte 44,2,“TYQQXJSS-ERRRORR”7. Sttop(线路不不存在，则则警告后后终止运运行)8.Lbii1：MattB11,1O:MMatBB1,2U:MMatBB1,3V:MMat1,44G:MMatBB1,5H:MMatBB1,6P:MMatBB1,7R:MMat1,88Q(将线元元数据赋赋值给相相关变量

19、量。O线元起起点程，U,V线元起起点坐标标，G线元起起点切线线方位角角，H线元长长度，P线元起起点半径径，R线元终终点半径径，Q线元左左右偏标标志，左左偏取-1，右偏偏取+1，直线线段取0)TYQXJJS-XXS（显示示子程序序）Cls:IIf TT=1:Theen “X=”:Loocatte 44,1,Z77:“Y=”:Loocatte 44,2,Z88:FFix44:“FJ=”:Loocatte 44,3,J:“HD”:Loocatte 44,4,I EffEnddIf T=2:TThenn “K=”:Loocatte 44,1,K:“B=”:Loocatte 44,2,B IffEndd

20、线元法数据据库子程程序（TYQQXJSS-DAAT1,2,33）的的格式If K线元计计算终点点桩号：Theen线元起起点桩号号O,线元起起点U(XX)坐标，线线元起点点V(YY)坐标，线线元起点点切线方方位角G,线元长长度H,线元起起点半径径P,线元终终点半径径R,线元左左右偏标标志QMattB:RRetuurn:IfEEnd根据以上格格式，编编写1-N各线元元数据库库Cls:LLocaate66,2,”KPOUTT”(若输入入的桩号号不在匝匝道范围围内，则则提示警警告)BPEH-DATTA（纵纵断面数数据库路路由引导导子程序序）If Z5=1:Theen PProgg“BPEEH-BBPH

21、11”:Gooto11:IffEndd（调用线线路一数数据库据据）If Z5=2:TThenn Prrog“BPEEH-BBPH22”:Gooto11:IffEndd（调用线线路二数数据库据据）If Z5=3:TThenn Prrog“BPEEH-BBPH33”:Gooto11:IffEndd（调用线线路三数数据库据据）If Z5=4:TThenn Prrog“BPEEH-BBPH44”:Gooto11:IffEndd（调用线线路四数数据库据据）(根据实际际项目情情况增减减线路数数目).Lbi1:MattC11,1H:MMatCC1,2M:MMatCC1,3I:MMatCC1,4J:MMatC

22、C1,5R（将竖竖曲线数数据赋值值给相关关变量）BPEH-BPHH（纵断断面高程程计算子子程序）RAbss(J-I)2T:MM-KC:1FIf IJ:TThenn -11F:IIfEnndIf KM-TT:Thhen 0Z:IP:GGotoo1:IIfEnndIf KM-TT Annd KKM:TThenn 1Z:IP:GGotoo1:IIfEnndIf KM AAnd KM+TT:Thhen 1Z:JP:GGotoo1:IIfEnndIf KM+TT:Thhen 0Z :JP:GGotoo1:IIfEnndLbi1:H-CCP+ZZF(TT-AbbsC)2(2R)V （设计计高程）纵断面竖曲

23、曲线数据据库子程程序格式式（BPEEH-BBPH11,2,3,44）If K竖曲线线计算终终点桩号号：Theen竖曲线线顶点高高程H,竖曲线线顶点桩桩号M，竖曲曲线前纵纵坡I，竖曲曲线后纵纵坡J，竖曲曲线半径径RMattC:RRetuurn:IfEEndIfK竖曲线线计算终终点桩号号: TThenn根根据实际际项目情情况编写写竖曲线线数据库库MattC:RRetuurn:IfEEndCls:LLocaaterr4,22,”BPHH-OUUT”隧道数据库库路由引引导子程程序（SOIIDAOO-DAATA）IfZ5=1:TThennProog” SDD-LXX1”:Reeturrn:IIfEnnd

24、（调调用隧道道一数据据库数据据）IfZ5=2:TThennProog” SDD-LXX2”:Reeturrn:IIfEnnd（调调用隧道道二数据据库数据据）隧道超欠挖挖数据库库子程序序名：（SD-LX）？Z99 （设设计线路路中心与与隧道中中心偏距距，左偏偏为负，右右偏为正正数，相相等为0）？Z110(O11圆心半半径)？Z111(O22圆心半半径)？Z112(O11圆心点点高程与与设计点点之高程程差)？Z113(O22圆心点点高程与与设计点点之高程程差)？Z114 (O11圆弧最最小高程程与设计计点之高高程差，低低于设计计高取负负值。)？Z115 (O22圆弧最最小高程程与设计计点之高高程差

25、，低低于设计计高取负负值。)？Z116(O12圆心距距隧道中中心间距距)隧道轮廓线线放样子子程序：（SOIIDAOO）Z12+VZ112Z13+VZ113Z14+VZ114Z15+VZ115（中中间值加加上计算算高差进进行赋值值）IfZ17Z12+Z10：TheenCls：LLocaate 2,22,HCCFW？Goto 4：IfEEnd（判判断语句句，当放放样点高高程大于于O1圆心高高程加OO1圆心半半径时则则提示该该语句HCCFW？，然然后结束束运行）IfZ17Z15：TheenCls：LLocaate 2,22,HCCFW？Goto 4：IfEEnd（判判断语句句，当放放样点高高程小于于O2圆弧最最小高程程时则提提示该语语句H00：Theen AAbs(B)-Z99-II-JV：Elsse AAbs(B)+Z99-II-JV：IfEEndCls：CQWW=：Loccatee 5,1,VV（显示示超欠计计算结果果，正数数为大于于设计轮轮廓线，超挖。负数为小于设计轮廓线，欠挖）Lbl 44：结合以上程程序设计计与编写写现在进进行数据据核对与与演示，