隧道工程施工中測量技術的運用

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摘要：隨著我國鐵路建設高峰的來臨，各條鐵路的設計都向著高速度、高載重量的方向發展，而這就需要全面開展隧道建設。測量技術在隧道工程施工中占有重要位置，文章重點對隧道工程施工中測量技術的應用進行闡述，以供借鑒。

關鍵詞：鐵路建設；隧道工程；測量技術

1隧道工程施工測量的特點和內容

1.1洞外總體控制

洞外總體控制網的設置主要是為引測進洞提供更多可靠依據。根據隧道建設規模的不同，洞外總體控制網的設置也存在一定差異。對于較為大型的隧道工程來說，在開挖作業前，需要設置獨立性和精確性較高的隧道洞外控制網，以此來實現引測進洞；而對于小型隧道工程，則不需要設置獨立的洞外施工控制網，只需通過復測及調整洞外線路中線控制樁的方式即可完成引測進洞。

1.2洞內分級控制

分級控制是根據測量條件的不同來實現不同功能或設備的控制工作。如洞內設置的控制點，一般用來控制正式中線點，而正式中線點又可以對臨時中線點進行控制，臨時中線點有對掘進方向有著一定的管控，通過這樣逐級控制，來提升測量效果。同時，高程控制同平面控制雷同、臨時水準點對開挖面具有理想的管控，且正式水準點可對洞內的襯砌情況及建筑物高程進行控制。

1.3開挖方法影響測量方式

開挖作業中經常使用的開挖方式主要有兩種，一是先導坑后擴大成型法，二是全斷面開挖法。前者在測量期間采用先粗后精的測量方法，以此來對隧道位置進行糾正；而采用全斷面開挖法，測量工作要做到一次成型，測量方法的選用與先導坑后擴大成型法基本類似，需要注意的是，應用該種開挖方法，測量工作對于臨時中線點和水準點的精度要求較高，且在正式中線點和水準點的測量時，要采用直接測量的方式。

1.4特殊環境對于空點布設有著特殊要求

隧道貫通作業中，洞內的平面測量主要以導線測量方式為主，這使得測量工作存在一定誤差，且隨著施工的深入，其誤差將會逐漸增大。在隧道測量中，需要加強對洞外控制網布設合理性及內部測量準確性的管控，科學設置控制點位置。

1.5隧道工程施工測量的內容

在隧道工程施工中，測量工作主要包含以下幾方面：洞外高程的施工測量、洞內平面控制施工測量、洞內高程測量、中線測量、貫通誤差測量及調整。

2隧道貫通測量誤差

2.1貫通誤差及對隧道貫通的影響

貫通誤差主要是因開挖的兩條線路中心線不能精準重合而產生的。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的。平面貫通誤差是水平面上因投影折射的影響而產生的誤差，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。導致貫通誤差形成的因素相對較多，如縱向貫通誤差的形成會對隧道工程的長度和坡度有一定制約作用；橫向貫通誤差的生成會直接影響隧道施工中線路走向，進而導致隧道出現不同程度的變形，影響襯砌質量。高程誤差主要影響的是隧道線路的設計坡度。結合以往施工情況分析可以看出，貫通誤差的產生主要是由四方面因素引起的，即洞外測量、洞內外聯系測量、洞內控制及中線放樣。貫通誤差估算的方法需要結合控制網的設置形式進行合理選擇。在計算橫向貫通精度和測角誤差時，一般會采用如下公式：（1）式中：RX為導線環在隧道洞口一列控制點到貫通面的垂直距離；mβ為測角誤差。在估算測距誤差的影響時，一般會采用公式：（2）式中：dy為隧道口各邊在貫通面上的投影長度，ml/l為導線邊長測量的相對中誤差。受到角度測量誤差和距離測量誤差的影響，在貫通面橫向貫通誤差估算時，主要利用公式：（3）式中：myβ為橫向貫通精度，myl為測距誤差。三角測量誤差對橫向貫通精度影響的估算主要可以采用嚴密公式或者導線估算的方法，后者雖然較為安全，但由于對實際施工作用不大，因此很少使用。高程控制測量對貫通誤差影響的估算公式：（4）式中：M∆為水準測量的偶然中誤差，L為洞內外開挖孔口建的線路長度。

2.2隧道洞外控制測量

隧道分為直線隧道和曲線隧道兩種，當曲線隧道長度在直線隧道長度一半左右，且開挖洞口高程在5000m以上時，需要開展相應的高程測量工作，以促進施工作業的順利進行。

2.3洞外平面控制測量

對于直線隧道的洞外平面測量，通常是一端孔精確點和引測進洞的位置為依據開展測量工作的。而對于曲線隧道來說，除了要確定上述兩點位置，還需對轉角與控制樁的交叉距離點位置予以確認，這樣才能加強曲線半徑測量的準確性。在洞外平面控制測量中，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設洞內線路中線點的平面位置，并在確保校驗中線與相鄰路線銜接合理性的基礎上，開展引測進洞及中線測設。該方法通常被應用在不超過1000m和500m的直線和曲線隧道中。（2）精密導線法。在應用該測量方法時，需要將導線架設在洞口兩端位置。水平角測量工作中，通常會使用觀測法來加強測量的準確性。在觀測過程中，如果發現角度呈現兩個不同的方向，則要采用奇偶數測會法的方式進行科學測量，以此來加強測量的準確性。而在導線業內計算過程中，一般則會使用嚴密平差法的方式來保證計算有效性。這時隧道的外導線需要設置成一個閉合環形式，并確保環內的導線數量在4～6條，這樣才能夠將隧道口兩端的控制點有效納入導線環內，以提升計算的準確性。（3）三角網法。在洞外平面控制測量時，主要采用的是三角鎖的形式。在直線隧道中，三角點的設置應沿著中線布設，在條件允許的情況下，可以在每個三角點上均設置相應的三角鎖，減少橫線貫通誤差的產生；而曲線隧道中，需要沿著兩側洞口連線方向設置，避免貫通誤差的形成。

2.4洞外高程控制測量

洞外高程測量工作主要是對洞口一側到另一側的距離實行測量。在閉合高程段的測量時，要求施工人員合理設置段高，調整路基段，使其形成一個較為統一的整體，與周邊線路有效結合，以增大測量的精準度，為后續施工作業提供保障。水準測量法和光電測距三角高程測量法都是隧道工程中高程測量經常使用的方法，尤其對于四五等高程控制測量來說，其有著顯著效果。在高程控制測量對高程貫通精度的影響進行估算時，一般會利用以下公式：（5）式中：M∆為水準測量的偶然中誤差，L為洞內外開挖孔口建的線路長度。該計算可降低洞內外對高程控制測量的影響。

2.5進洞關系計算和進洞測量

進洞關系計算和測量工作的開展，一方面可以幫助施工人員對隧道中心線及洞外平面控制點的實際情況進行掌握和了解；另一方面也能夠進一步明確引測進洞的相關數據信息，進而為后續施工作業的開展提供充足依據，加強施工方案制定的合理性，提高隧道工程施工質量。進洞關系計算和測量工作的開展可以對隧道工程中中心線與控制網之間的關系予以明確表述，便于施工人員后續作業的開展。在內部控制管理中，其也可以為管理人員提供充足的數據支持，保證開挖等作業進展的有效性。在進洞測設過程中，一般會采用極坐標法的形式，確保現場測設的準確性。該方法在使用過程中，會先將隧道的中線控制樁設置在洞外平面控制網中，之后再采用相應的測量方式，進行坐標的準確定位。通過點坐標及洞內中線點坐標，實行極坐標的反算，得出較為準確的放樣數據，為測設提供幫助。

2.6隧道洞內控制測量

目前，隧道工程中洞內控制測量的開展只能采用支線測設的方式進行，這主要是因洞內控制點的設置是依附于洞外控制點完成設置的，隨著洞內作業的不斷加深，控制點位置也會產生位移，通過支線測設的方式可以保證測量數據的準確率，避免較大誤差的產生。

2.7洞內平面控制測量

洞內平面控制主要有中線和導線這兩種控制形式。中線控制形式是根據定測精度在洞內采用中線測量的方法實行中線測設，一般被應用在短距離的隧道工程測量中。導線控制形式則具有一定的多樣性，其需要根據導線種類采取合理的方法。目前的導線種類主要單導線、導線環、主副導線環、交叉導線和旁點導線等。在洞內導線控制測量中，其需要注意的問題主要有以下幾點。（1）導線設置過程中要對周邊環境實行檢查，減少不良因素對導線性能的影響。同時導線設置還能保證良好的視野，以免影響測量結果。（2）控制點之間的視線距離要控制在0.5m以上。導線在架設過程中，應根據隧道的曲直情況合理控制邊長情況，一般直線隧道中導線邊長在200m左右，曲線隧道則為70m。（3）導線埋設深度要控制在20cm左右，并在布設完成后，利用鐵板進行覆蓋，以保證導線質量，減少損毀情況的產生。同時還應做好相應的標記，便于后期維護工作的開展。（4）對于導線角的測量可采用雙照準法，且要對測量使用的儀器設備實行合理的調試，以免誤差的生成。（5）對洞外引向洞內的角進行測量時，應在晚間或者無陽光的條件下進行，避免折射對測量數據準確性的影響。（6）對洞內導線測量數據予以反復對比和分析，并做好定期檢查工作。（7）在新測量點設置的過程中，需要檢查原有的導線點，在確認原有導線點無問題的情況下，方能開始新點的測量。

2.8洞內高程控制測量

洞內高程控制測量就是對洞內所有高程控制點實行測量，以此為依據為洞內高程放樣提供幫助。在洞內高程控制點的設置上，應將控制點之間的距離設定在200～500m。控制點的設置可以在導線上，也可以在底板等較為堅硬的結構上，這樣能夠減少測量中不良因素的影響。因高程控制測量等級的不同，其采用的測量方式也會隨之改變，如三等高程測量可以采用水準測量方式，四等以上的高程測量則可以采用光電測距三角測量方式。另外，除了這些常規方法，還會采用倒尺法完成高程控制測量工作，減少施工對測量的干擾，保證測量精準度。

3結束語

隧道測量工作的重點不僅僅是確保測量成果和樁位的準確性，更重要的是實行施工過程的測量監控與復核，及時糾正施工誤差，滿足隧道標高、中線等的要求，且及時反饋信息，進而全面提高工程質量。

參考文獻：

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作者：趙佳楠 單位：中鐵一局集團有限公司廣州分公司