中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
隧道施工中各種工序銜接緊湊，平行作業(yè)、交叉施工的工程很多，且洞內(nèi)作業(yè)面狹小，如排風(fēng)不暢，空氣質(zhì)量差，紅外線測(cè)量?jī)x器反射信號(hào)太弱，往往無法進(jìn)行測(cè)量工作。
測(cè)量工作在隧道開挖施工中非常重要，它控制著隧道開挖的平面、高程和斷面幾何尺寸，關(guān)系到隧道的貫通。為滿足測(cè)量工作需要，需選擇關(guān)鍵工序工作面污染小的時(shí)間，停止一些次要工序 , 提前加大排風(fēng)來滿足測(cè)量工作條件。
若測(cè)量工作占用時(shí)間過長(zhǎng)，將直接影響工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。如何及時(shí)、準(zhǔn)確的提供測(cè)量成果，使用的儀器和方法便成了重要因素?；◣资f買一臺(tái)隧道斷面儀，僅能用于隧道斷面測(cè)量，投資太大，為節(jié)省投資可采用全站儀配隧道斷面測(cè)量軟件來完成。
用全站儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集后，再對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)分析可用臺(tái)式、便攜電腦，也可用可編程計(jì)算器進(jìn)行?，F(xiàn)將三數(shù)據(jù)分析方法列于表 1, 從表 1 可以看出，采用可編程計(jì)算器進(jìn)行分析，內(nèi)外業(yè)用時(shí)最少，測(cè)量工作對(duì)工程作業(yè)時(shí)間影響最小。本文將對(duì)這種方便、快捷的測(cè)量和計(jì)算方法進(jìn)行分析與介紹。
1.極坐標(biāo)斷面測(cè)量法
1.1 極坐標(biāo)系的建立
圖1是一個(gè)隧道斷面，垂直方向（高程）為縱軸，用 H 表示；水平方向（距線路中線的距離）為橫軸，用 B 表示。
圖 1
圓心縱坐標(biāo)等于路線設(shè)計(jì)高程減設(shè)計(jì)高程線至隧道中心的距離乘橫坡比，加圓心至路面的高度。用公式（ 1-1 ）表示。
O=S-b×i+h ＝Ｓ－ 4.11×0.02+1.69 （ 1--1 ）
圓心橫坐標(biāo)等于１０ m （假定線路中心橫坐標(biāo)為１０米）。加線路中心至隧道中心的距離。
1.2 數(shù)據(jù)采集 ：
1.2.1 待測(cè)斷面 站點(diǎn)放樣
可放出路中線、隧中線或距路中線任意寬度的點(diǎn)位，記錄其地面高程、線路中線至待測(cè)斷面站點(diǎn)的距離等。
1.2.2 斷面測(cè)量
儀器置于待測(cè)斷面， ( 豎直度盤定天頂方向?yàn)?0 度，順時(shí)針注記 ) 望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)另一導(dǎo)線點(diǎn)或中線點(diǎn)定向后，轉(zhuǎn)儀器正鏡瞄準(zhǔn)線路邊線法線方向，也就是保證測(cè)量的豎直角讀數(shù)，線路中線一側(cè)為 270-360 度，線路邊線一側(cè)為 0-90 度。記錄儀器高、觀測(cè)的豎直角、斜距。根據(jù)個(gè)人習(xí)慣，亦可記錄水平距離和高差。如隧道內(nèi)干擾大，可在儀器定向前，豎直度盤調(diào)至９０度或２７０度，置水準(zhǔn)尺于水準(zhǔn)點(diǎn)上，讀取塔尺讀數(shù)來校核視線高。測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表1
隧道斷面測(cè)量記錄表1
1.3 測(cè)量數(shù)據(jù)處理
為了與 CASIO 系列可編程計(jì)算器編程使用附號(hào)一致，部分附號(hào)按漢語(yǔ)拼音首位為代碼，并啟用“軸交點(diǎn)”一詞 。 FX — 4500 斷 面測(cè)量計(jì)算程序如下：
程序名 ： SDDM( 隧道斷面 -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-- 測(cè)站地面高程
Y-- 儀器高
J-- 觀測(cè)的豎直角
D-- 斜距
L-- 線路中線至測(cè)站的距離
S-- 線路中線設(shè)計(jì)高程
R-- 半徑
H-- 實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)
B-- 實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)
O-- 圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)
C-- 實(shí)測(cè)偏差（輸出用 ‘ pc= ’表示）
I--T 為計(jì)算過程對(duì) J 的替換
N-- 修正符 ( 當(dāng)儀器不是置在中線上，且各種原因引起測(cè)量的豎直角讀數(shù)，線路中線一側(cè)不是 270-360 度，
線路邊線一側(cè)不是 0-90 度時(shí)，計(jì)算結(jié)果偏差超常，無需重測(cè)，輸“ -1 ” 修正即可。其它情況輸入“ + 1 ”，測(cè)站不能設(shè)在隧道中線時(shí)，測(cè)站至隧道中線的距離盡可能大于一米)
角度輸入，如 203 ° 23 ′ 12 ″輸入 2032312
66 ° 03 ′ 18 ″輸入 660318
0 ° 0 ′ 10 ″輸入 10 即可。
其它輸入單位均為 m ，輸出單位為 cm 。
本程序僅適用于單心圓隧道斷面測(cè)量，如遇多心圓隧道，可根據(jù)實(shí)測(cè)的橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)，用判斷語(yǔ)句確定采用不同的半經(jīng)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)，只需對(duì)程序適作調(diào)整。
1.3.1 計(jì)算 軸交點(diǎn) 坐標(biāo)
軸交點(diǎn)縱坐標(biāo) 等于 測(cè)站地面高程加儀器高；軸交點(diǎn)橫坐標(biāo) 等于 １０加線路中心至測(cè)站的距離。
1.3.2 計(jì)算所測(cè)斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)
實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)等于 軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)加 豎直角的余弦 乘 斜距。實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)等于 軸交點(diǎn)橫坐標(biāo)加 豎直角
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— 實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)
G— 測(cè)站地面高程
Y—- 儀器高
I-- 觀測(cè)的豎直角 J ，計(jì)算過程中，程序用 I 對(duì) J 進(jìn)行了替換
D— 斜距
B— 實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)
L-- 線路中線至測(cè)站的距離
1.3.3 計(jì)算所測(cè)斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)偏差
實(shí)測(cè)偏差等于斷面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)與圓心處的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，進(jìn)行坐標(biāo)反算，求得測(cè)點(diǎn)至圓心的距離 -- 實(shí)際半徑減設(shè)計(jì)半徑。 ( 設(shè)計(jì)半徑按不同工序分別計(jì)算 , 如開挖、初期支護(hù)、臺(tái)車、二襯等。并考慮預(yù)留量 )
C= √ ( （ B-15.11 ） ² + (H-O) ² )-R (1 — 3)
式中 C— 實(shí)測(cè)偏差（輸出用 ‘ pc= ’表示）
B— 實(shí)測(cè)橫坐標(biāo)
H— 實(shí)測(cè)縱坐標(biāo)
O — 圓心處的設(shè)計(jì)縱坐標(biāo)
R— 設(shè)計(jì) 半徑
15.11--- 圓心處的設(shè)計(jì)橫坐標(biāo)
2. 三維坐標(biāo)段落測(cè)量法
在隧道施工斷面測(cè)量工作中，無論采用隧道斷面儀，還是采用全站儀配隧道斷面測(cè)量軟件來完成，一般用測(cè)量一個(gè)斷面來代表一個(gè)段落，用一個(gè)斷面代表一個(gè)段落，有一定的片面性，在隧道開挖斷面測(cè)量工作中，其缺點(diǎn)極為明顯。若采用三維坐標(biāo)段落測(cè)量法進(jìn)行隧道測(cè)量，可全面反映整個(gè)段落任意樁號(hào)各個(gè)點(diǎn)的超欠挖情況。
2.1 數(shù)據(jù)采集
儀器置于任意點(diǎn) ( 做自由設(shè)站 ) 或?qū)Ь€點(diǎn)上，有針對(duì)性的對(duì)一個(gè)段落的特征點(diǎn)或任意點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記錄 x 、 y 、 z 三維坐標(biāo)。
2.2 確定測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的里程與距路線中線的距離
2.2.1 圓曲線
在圓曲線上選任意點(diǎn) B ，為起算里程，坐標(biāo)反算分別求得，測(cè)站 A ，起算點(diǎn) B ，到圓心 O 的距離和方位角，兩方位角之差（ OA–OB = α）和半徑計(jì)算曲線長(zhǎng) L ， B 點(diǎn)里程加 L 等于 C 點(diǎn)里程，測(cè)站至圓心的距離減半徑等于測(cè)站至中線距離。測(cè)量參數(shù)見圖 2 所示。 L 由公式 2—1 求得。
L= π r α /180 (2-1)
式中 L— 弧長(zhǎng)
R— 半徑
Α — 圓心夾角
2.2.2 緩和曲線
在緩和曲線上求任意點(diǎn)的法線方向十分簡(jiǎn)單，但要求測(cè)站要對(duì)應(yīng)那個(gè)樁號(hào)法線上的點(diǎn)，相當(dāng)復(fù)雜。采用近似法，完全能滿足測(cè)量精度要求。在測(cè)站前后的線路上 , 各選一距離合適的點(diǎn)做為計(jì)算點(diǎn)，把兩點(diǎn)當(dāng)作直線看，按直線計(jì)算即可。測(cè)點(diǎn)見圖 3 所示。
2.2.3 直線
在直線段上選任意點(diǎn) B 作為起算點(diǎn)，已知直線段方位角 BC ，用坐標(biāo)法反算求得 BA 方位角，通過兩方位角之差α，和 BA 的距離解直角三角形可得 BC 距離 L 和 AC 的距離 b 。 B 點(diǎn)的樁號(hào)加 L 等于測(cè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的樁號(hào)。測(cè)量參數(shù)圖4 。
B=AB×Sin α （ 2-2 ）
L= AB×Cos α （ 2-2 ）
2.3 數(shù)據(jù)分析
根據(jù)測(cè)點(diǎn)的樁號(hào)計(jì)算線路的設(shè)計(jì)高程，通過線路的設(shè)計(jì)高程和隧道圓心的關(guān)系，計(jì)算隧道圓心的設(shè)計(jì)高程和 線路中線到 隧道圓心 的距離。
經(jīng)計(jì)算已知 隧道圓心的設(shè)計(jì)高程； 線路中線到 隧道圓心 的距離；
經(jīng)測(cè)量已知測(cè)點(diǎn) 的實(shí)測(cè)高程； 測(cè)點(diǎn)至線路中線的距離。
按 (1--3) 式 計(jì)算即可。 無論是那一種線型，在 CASIO 系列可編程計(jì)算器，如 FX—4500 的幫助下，都可以采用漸進(jìn)法編程 ( 另文專述 ) 解決?？此茝?fù)雜的方法，變得非常簡(jiǎn)便。
程序名 ： SDDM ( 隧道斷面 -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 子程序循環(huán) LJYD ：子程序路徑引導(dǎo) ( 子程序 另文專述 )
D E 測(cè)點(diǎn)大地坐標(biāo) B+10 測(cè)點(diǎn)橫坐標(biāo)
G 測(cè)點(diǎn)高程 Z+1.6 圓心 高程
R 隧道半徑 C— 實(shí)測(cè)偏差（輸出用 ‘ pc= ’表示）
三維坐標(biāo)段落法
