高速公路隧道施工測量技術(shù)淺析

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摘要：為確保高速公路隧道工程施工質(zhì)量，需要做好工程規(guī)劃、勘測、施工、運(yùn)營等各個(gè)環(huán)節(jié)的測量工作。本文結(jié)合某隧道工程實(shí)例，探討了隧道施工測量技術(shù)的要點(diǎn)，研究表明隧道的標(biāo)高、中線、凈空、預(yù)留沉降及限界是施工測量的關(guān)鍵參數(shù)，需要及時(shí)反饋測量結(jié)果，為隧道施工提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高速公路；施工測量；隧道工程；洞外測量；洞內(nèi)測量

1工程概況

某高速公路隧道為分離式隧道，隧道左右兩洞均位于R=1950m的平曲線上。左洞長1370m，縱坡采用+0.7%，最大埋深150m；右洞長1395m，縱坡采用+0.7%，最大埋深140m。

2隧道施工測量的目的和內(nèi)容

（1）隧道施工測量最主要的目的是確保隧道精準(zhǔn)貫通。（2）隧道施工測量時(shí)，要檢查隧道施工測量控制網(wǎng)，如發(fā)現(xiàn)測量控制點(diǎn)損壞，必須第一時(shí)間修復(fù)并聯(lián)測；（3）應(yīng)定期檢查洞外的中線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)，并按照施工設(shè)計(jì)要求確定洞內(nèi)的測量控制點(diǎn)，確保任一洞口的水準(zhǔn)點(diǎn)不少于3個(gè)，以提供足夠的施工測量參照。（4）必須嚴(yán)格按照精度要求仔細(xì)開展隧道測量工作，以免造成貫通誤差過大，導(dǎo)致返工。

3洞外控制測量

為順利開展洞內(nèi)測量，洞外測量時(shí)需要做好洞口的引測投點(diǎn)，并按照施工設(shè)計(jì)要求測設(shè)控制網(wǎng)[1]。常用的洞外控制測量方法有以下幾種。

3.1三角鎖法

（1）三角鎖適用于只考慮橫向貫通精度的情況，該方法的關(guān)鍵在于布設(shè)角度測量網(wǎng)、邊測量網(wǎng)、邊交網(wǎng)。（2）與洞口連接線同向布設(shè)三角鎖[2]，以三角點(diǎn)為洞口投點(diǎn)，盡量減少所需三角形數(shù)量，確保三角形總數(shù)在12以內(nèi)，布設(shè)位置見圖1。

3.2中線法

（1）洞頂直接定線，通過間隔設(shè)置控制樁精確標(biāo)示中線，基于中線開展隧道洞內(nèi)測量，中線法適用直線隧道，操作過程見圖2。（2）如圖2所示，圖中點(diǎn)B、C和D是隧道洞頂部的中線控制樁點(diǎn)，點(diǎn)A和點(diǎn)E的共線是定測線路的中線。

3.3精密導(dǎo)線法

精密導(dǎo)線法通常有四種布設(shè)類型：（1）單導(dǎo)線。對于直線隧道，單導(dǎo)線起點(diǎn)是中線，對于非直線隧道，起點(diǎn)為洞口切線轉(zhuǎn)點(diǎn)、次級相交點(diǎn)；（2）主輔導(dǎo)線環(huán)。主輔兩條平行導(dǎo)線，在隧道首尾相連形成閉環(huán)，適用于較長隧道的控制測量；（3）導(dǎo)線網(wǎng)。適用于復(fù)雜線路或輔助坑道較多的隧道，所有角和邊均應(yīng)測量；（4）附合導(dǎo)線。可在相向開挖的隧道洞口設(shè)置附合導(dǎo)線，以在隧道的兩端設(shè)置測量控制點(diǎn)；在處理測量數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)盡量減少測量誤差帶來的影響。通常導(dǎo)線內(nèi)業(yè)采用嚴(yán)密平差法，二、三、四導(dǎo)線可以運(yùn)用近似平差法計(jì)算[3]。

3.4洞外平面控制測量

（1）本次測量的隧道洞外平面測量控制網(wǎng)采用四等附合導(dǎo)線，并與設(shè)計(jì)院交設(shè)的已知點(diǎn)相通視。（2）測量數(shù)據(jù)符合限差要求，復(fù)測已知控制點(diǎn)可以有效確保施工精度。

3.5洞外高程控制測量

（1）該隧道采用四等水準(zhǔn)高程控制[4]。根據(jù)施工的實(shí)際情況，高程控制以SD1、SD4為基點(diǎn)，做附合水準(zhǔn)路線測量。（2）進(jìn)洞處的高程測量控制點(diǎn)選用洞口附近設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn)，按照四等水準(zhǔn)測量規(guī)范進(jìn)行測量。

4洞內(nèi)控制測量

4.1洞內(nèi)導(dǎo)線測量

（1）隧道施工時(shí)，間隔20m埋設(shè)中線控制樁，隧道掘進(jìn)至一定長度時(shí)設(shè)置一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，或者將埋設(shè)的中線控制樁作為導(dǎo)線點(diǎn)，構(gòu)建隧道洞內(nèi)施工導(dǎo)線。（2）用全站儀觀測導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角，用測距儀測定導(dǎo)線距離，測量操作至少重復(fù)兩次。（3）基于導(dǎo)線點(diǎn)定位進(jìn)行中線校正，導(dǎo)線測量要緊跟隧道掘進(jìn)，及時(shí)施測，有效控制隧道貫通誤差。

4.2洞內(nèi)水準(zhǔn)測量

（1）隧道施工高程通過洞內(nèi)水準(zhǔn)測量控制。每掘進(jìn)200～500m需在洞內(nèi)設(shè)置一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，基于水準(zhǔn)點(diǎn)測量并布設(shè)腰線。（2）往返觀測洞內(nèi)水準(zhǔn)線，同時(shí)還需要進(jìn)行多次復(fù)測。（3）由于隧道施工擾動(dòng)大、環(huán)境惡劣、光線不足，必須進(jìn)行多次觀測[5]。施工區(qū)域煙霧和灰塵較多，不宜進(jìn)行角度測量[6]。

5掘進(jìn)中隧道斷面的測量

5.1掘進(jìn)方向測設(shè)數(shù)據(jù)計(jì)算

（1）完成隧道洞口外部平面和高程測控后，可以得到隧道洞口點(diǎn)的坐標(biāo)，并根據(jù)坐標(biāo)反算獲得勘測數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成洞內(nèi)中線的測量和布設(shè)。（2）如圖3所示為某直線隧道的平面控制網(wǎng)絡(luò)，其中平面控制點(diǎn)為A、B，C，D，E，F(xiàn)，G。圖中，A和G是洞口點(diǎn)，S1和S2是入洞的前兩個(gè)中線樁。要獲取從中心線到點(diǎn)A的隧道掘進(jìn)方向以及隧道掘進(jìn)后的洞內(nèi)中線樁的測量值，可以通過坐標(biāo)反算公式獲取測量數(shù)據(jù)，同理可以通過坐標(biāo)反算公式求解洞口點(diǎn)G的隧道掘進(jìn)測量數(shù)據(jù)。（3）如圖4所示，可以按照施工設(shè)計(jì)文件中規(guī)定的非直線隧道的中線轉(zhuǎn)折點(diǎn)C的坐標(biāo)和曲線半徑計(jì)算出隧道兩端進(jìn)洞中線的方向和里程，從而測設(shè)洞內(nèi)中線。（4）隧道掘進(jìn)至曲線段時(shí)應(yīng)采用平面圓曲線方法測試曲線段的里程樁。

5.2洞口掘進(jìn)方向標(biāo)定

（1）中線方向的測量與布設(shè)精度直接決定了隧道橫向貫通誤差，而進(jìn)入隧道時(shí)中線初始方向的測設(shè)決定了中線方向的測量與布設(shè)精度[6-7]。（2）應(yīng)在隧道入口處布設(shè)多個(gè)固定點(diǎn)，在地面上標(biāo)定中線方向，依據(jù)測設(shè)的中線方向進(jìn)行聯(lián)合勘測。（3）在隧道掘進(jìn)期間要隨時(shí)檢查洞口控制點(diǎn)位置、中線方向及里程，如有偏差須及時(shí)糾正。

5.3洞內(nèi)中線和腰線的測設(shè)

（1）中線的測量和布設(shè)：基于洞口中線方向樁、中線控制樁，在洞口的開挖區(qū)域表面布設(shè)中線，并引入洞內(nèi)[8]，據(jù)此布設(shè)洞內(nèi)中線里程樁。（2）腰線的測量和布設(shè)：在隧道巖壁上，間隔5～10m測量和布設(shè)標(biāo)高線，即腰線，確保其高出地坪1m，并根據(jù)洞內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)測量和布設(shè)腰線高程。

5.4掘進(jìn)方向指示

（1）由于隧道施工環(huán)境復(fù)雜，洞內(nèi)光線不足、施工空間小，需用激光指示器標(biāo)示洞內(nèi)中線、腰線的方向[9]。（2）每次掘進(jìn)之前必須根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求的隧道洞內(nèi)斷面類型和大小在斷面上標(biāo)記。常用方法包括：三角形高程法、放大樣法、斷面支距法等[10]。斷面支距法的基本原理是基于洞內(nèi)中線和洞頂外線高程，自上到下，每隔0.5m在中線左右測量和布設(shè)橫向支距點(diǎn)，構(gòu)成斷面輪廓，作為隧道斷面掘進(jìn)與監(jiān)測、拱架安裝的重要依據(jù)。此種方法的作業(yè)程序見圖5。放大樣法的基本原理是在地面上等比放樣，測量時(shí)放出拱頂中點(diǎn)、兩側(cè)起拱點(diǎn)位置，往上套大樣，在周邊畫點(diǎn)即可得到斷面輪廓。三角高程法是在里程中線上用測量儀器一次放樣，測量掌子面輪廓線。

5.5襯砌位置、輔助坑道控制測量

（1）隧道襯砌不得越過隧道結(jié)構(gòu)的邊界。因此，各部位的襯砌放樣必須基于正確的中心線和水平測量值，以確保隧道襯砌的位置正確，滿足施工設(shè)計(jì)要求。（2）對于通過輔助坑道引入的中心線和水準(zhǔn)測量，必須基于坑道的坡度、長度、方向，根據(jù)所需的精度在坑道口周邊布設(shè)洞外測量控制點(diǎn)。

6隧道貫通誤差調(diào)整方法

（1）隧道貫通后，應(yīng)在進(jìn)行隧道襯砌前完成中線、高程貫通誤差的調(diào)整，并根據(jù)調(diào)整后的中線、高程放樣。（2）對于直線隧道的貫通誤差，采用折線法調(diào)整。（3）對于曲線段隧道，可以從曲線兩端向貫通面調(diào)整中線方向、里程，以調(diào)整貫通誤差。（4）采用導(dǎo)線測量延伸中線時(shí)，方位角貫通誤差分配在未襯砌地段的導(dǎo)線角上。（5）將入洞口處引測所得的高程均值作為調(diào)整后隧道貫通面附近的水準(zhǔn)點(diǎn)高程，按照高程貫通誤差的二分之一，在隧道首尾尚未襯砌部位的高程點(diǎn)上，根據(jù)長度比調(diào)整。

7隧道施工測量安全措施

（1）測量隧道時(shí)必須正確使用測量設(shè)備。例如，在安裝測量設(shè)備時(shí)，應(yīng)按照規(guī)范操作，防止設(shè)備掉落、傾倒。（2）在洞內(nèi)、洞外進(jìn)行測量時(shí)，應(yīng)盡量選擇平穩(wěn)的區(qū)域，禁止在漏水或塌方區(qū)域進(jìn)行測量。（3）測量時(shí)需要準(zhǔn)備照明設(shè)備，配備安全防護(hù)裝備。

8結(jié)語

為了有效保證高速公路隧道工程的施工質(zhì)量，施工測量放樣點(diǎn)位應(yīng)清晰可見、定位精準(zhǔn)。洞內(nèi)中線樁、邊墻里程、高程測控點(diǎn)都要準(zhǔn)確標(biāo)識。在每次掘進(jìn)前，應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)記孔眼輪廓和周圍眼位置。禁止隨意布設(shè)開挖斷面，以確保標(biāo)高、中線、凈空、預(yù)留沉降及限界符合施工設(shè)計(jì)要求，有效避免超挖、欠挖。

作者:楊佳 單位:湖南尚上市政建設(shè)開發(fā)有限公司