公路隧道施工測(cè)量及其注意事項(xiàng)分析

謝啟金

(黔南州交通設(shè)計(jì)院)

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公路隧道施工測(cè)量及其注意事項(xiàng)分析

謝啟金

(黔南州交通設(shè)計(jì)院)

對(duì)于公路隧道施工而言，其施工測(cè)量有利于確保了隧道的順利貫通。在具體的工程中，必須根據(jù)工程的地形條件與測(cè)量要求，選擇合適的測(cè)量方案，并在施工過程中做到嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范。主要根據(jù)具體的工程實(shí)例分析了公路隧道施工測(cè)量及其注意事項(xiàng)。

公路隧道；施工測(cè)量；注意事項(xiàng)

1 工程概況

本文主要以某高速公路的隧道施工項(xiàng)目為例，該隧道共計(jì)1 241m，左右洞為分離布置，左洞共計(jì)1 217m，右洞共計(jì)1 265m，屬于長隧道。該隧道區(qū)處于丘陵地貌，殘丘山脊呈現(xiàn)為北西—南東走向，相對(duì)高差為150m，進(jìn)出口山坡的坡度近20°～25°。因此，為了確保該隧道的順利貫通，在施工之前對(duì)其進(jìn)行了控制測(cè)量。

2 隧道控制測(cè)量方法

隧道的控制測(cè)量主要可以分為兩個(gè)部分，一為平面控制測(cè)量，即測(cè)定點(diǎn)位的X，Y坐標(biāo)；二為高程控制測(cè)量，即測(cè)定點(diǎn)位的H坐標(biāo)。

平面控制測(cè)量主要可以使用GPS測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、三角測(cè)量或是三邊測(cè)量的方法，其中，路線的平面控制測(cè)量應(yīng)使用導(dǎo)線測(cè)量的方法。高程控制根據(jù)精度可以分為五個(gè)等級(jí)，針對(duì)各等級(jí)的高程控制，可以使用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，四等及以下的等級(jí)使用電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量，五等使用GPS擬合高程測(cè)量。

3 隧道洞外控制測(cè)量

(1)對(duì)隧道的進(jìn)出口進(jìn)行聯(lián)測(cè)。綜合相關(guān)規(guī)范中對(duì)于長隧道的洞外控制測(cè)量精度要求以及本工程的測(cè)設(shè)條件，決定使用精密導(dǎo)線法對(duì)隧道的進(jìn)出口進(jìn)行洞外平面控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)，在四等水準(zhǔn)測(cè)量的導(dǎo)線聯(lián)測(cè)中，將隧道進(jìn)口的設(shè)計(jì)點(diǎn)L5、L6作為起算邊，沿著縣道與省道布點(diǎn)，進(jìn)行導(dǎo)線點(diǎn)的加密聯(lián)測(cè)，一共布設(shè)了15個(gè)加密點(diǎn)，從而聯(lián)測(cè)至該隧道的出口設(shè)計(jì)點(diǎn)L1、L2。導(dǎo)線共計(jì)5 155.120m，觀測(cè)了17站。角度的閉合差是+6″，與容許值相差±41″，達(dá)到要求；導(dǎo)線全長的閉合差f為0.061，全長相對(duì)閉合差K為1/84 510，與規(guī)范相差1/17 000，達(dá)到精度要求。在水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)中，將該隧道的進(jìn)口設(shè)計(jì)點(diǎn)L6作為起點(diǎn)，根據(jù)四等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求進(jìn)行測(cè)量，沿著縣道、省道聯(lián)測(cè)至隧道出口設(shè)計(jì)點(diǎn)L1，并開展往返測(cè)量，一共為116站。聯(lián)測(cè)結(jié)果顯示水準(zhǔn)閉合差是+15mm，容許閉合差是±64mm，達(dá)到了精度的要求。

(2)對(duì)設(shè)計(jì)水準(zhǔn)點(diǎn)于導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)達(dá)到精度要求后，對(duì)施工控制網(wǎng)進(jìn)行加密處理。在洞外選擇合適點(diǎn)位(穩(wěn)固、可靠、通視良好)加密洞口的四等三角網(wǎng)。因?yàn)樵撍淼雷笥叶淳乔€進(jìn)洞、直線出洞，因此，在選擇點(diǎn)位時(shí)應(yīng)考慮到后期洞內(nèi)加密網(wǎng)型的走向以及洞外控制網(wǎng)如何相連才能夠到達(dá)最優(yōu)，防止因?yàn)槎赐馓砑愚D(zhuǎn)點(diǎn)而出現(xiàn)累計(jì)誤差。

在本工程中，為了使得施工控制網(wǎng)精度達(dá)到相應(yīng)的要求，使用了徠卡TS06全站儀觀測(cè)，而水平角觀測(cè)使用的為方向觀測(cè)法六測(cè)回，奇測(cè)回觀測(cè)左角，偶測(cè)回觀測(cè)右角，方向觀測(cè)的過程中各項(xiàng)限差滿足相關(guān)規(guī)范的精度要求。在測(cè)量的前后，測(cè)定溫度與氣壓輸入儀器，經(jīng)過儀器加常數(shù)、乘常數(shù)以及氣象、傾斜改正化算成水平距離。若是洞口高差較大，則觀測(cè)距離成果應(yīng)進(jìn)行投影改正，其計(jì)算公式如下所示

式中：D為歸算到投影高程面上的測(cè)距邊長度，m；D0為測(cè)距邊兩端平均高程面上的平距，m；H0為測(cè)區(qū)的投影面高程，m；HM為測(cè)距邊兩端的平均高程，m；RA為地球曲率半徑，m。

洞外高精度水準(zhǔn)點(diǎn)大多數(shù)都和導(dǎo)線控制點(diǎn)重合，以便在施工測(cè)量中使用。在進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的過程中，實(shí)施往返測(cè)量。將隧道進(jìn)口設(shè)計(jì)點(diǎn)L6作為起點(diǎn)，往進(jìn)洞口的方向測(cè)設(shè)加密點(diǎn)JK-1的高程，采取往返測(cè)量，一共12站，水準(zhǔn)閉合差是+6mm，容許閉合差是±20mm；將隧道出口將設(shè)計(jì)點(diǎn)L1作為起點(diǎn)，向著洞口的方向測(cè)設(shè)加密點(diǎn)CK-1高程，采取往返測(cè)量，一共14站，水準(zhǔn)閉合差是-4mm，容許閉合差是±22mm。

4 隧道洞內(nèi)控制測(cè)量

4.1 洞內(nèi)平面控制測(cè)量

(1)本隧道洞內(nèi)平面控制網(wǎng)使用的是導(dǎo)線形式，并將洞口投點(diǎn)(插點(diǎn))作為起始點(diǎn)，沿著隧道的中線或是隧道的兩側(cè)布設(shè)成直伸長邊導(dǎo)線，或是狹長的多環(huán)導(dǎo)線。

(2)導(dǎo)線的邊長要求應(yīng)近似相等，直線段必須≥200m，曲線段必須≥70m，導(dǎo)線邊與洞內(nèi)設(shè)施的距離應(yīng)≥0.2m。

(3)在雙線隧道或是其他的輔助坑道同時(shí)掘進(jìn)的過程中，必須分別布設(shè)導(dǎo)線，并且通過橫洞連成閉合環(huán)。

(4)當(dāng)隧道掘進(jìn)到導(dǎo)線設(shè)計(jì)邊長2～3倍，必須進(jìn)行一次導(dǎo)線的延伸測(cè)量。

(5)針對(duì)長距離隧道，應(yīng)加測(cè)一定數(shù)量的陀螺經(jīng)緯儀定向邊。

(6)當(dāng)隧道封閉進(jìn)行氣壓施工，應(yīng)對(duì)觀測(cè)距離作氣壓改正。

圖1 隧道進(jìn)口右洞洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)示意圖

從圖1中可以看出，該隧道進(jìn)口右洞掌子面掘進(jìn)到400m左右，進(jìn)行了一次洞內(nèi)平面控制測(cè)量，由于洞口段處于曲線段，點(diǎn)Y-1～Y-3，點(diǎn)Y-2～Y-4距離處于100～150m，從而確保互相通視，Y-5處于已經(jīng)澆筑的整平層最前端，導(dǎo)線為狹長形。在該次平面控制測(cè)量過程中，共計(jì)架設(shè)了7站，角度閉合差是+4″，容許值是±26″，導(dǎo)線全長閉合差是0.007，全長相對(duì)閉合差是1/162 921，其精度均達(dá)相應(yīng)要求。

4.2 洞內(nèi)高程控制測(cè)量

洞內(nèi)的高程控制測(cè)量主要使用的是水準(zhǔn)測(cè)量方法，和洞口水準(zhǔn)點(diǎn)、相關(guān)洞口水準(zhǔn)點(diǎn)(含豎井和平洞口)以及必要的洞外水準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)組成閉合或是往返水準(zhǔn)路線。為了確保施工、復(fù)測(cè)方便，洞內(nèi)的水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)密度必須較大。

5 隧道施工的注意事項(xiàng)

5.1 貫通誤差對(duì)隧道貫通的影響

(1)縱向誤差影響隧道中線的長度和線路的設(shè)計(jì)坡度。(2)橫向誤差影響線路方向，如果超過一定的范圍，就會(huì)引起隧道幾何形狀的改變，甚至造成侵入建筑限界而迫使大段襯砌拆除重建，既給工程造成重大經(jīng)濟(jì)損失又延誤了工期。因此，必須對(duì)橫向誤差加以限制。(3)高程誤差主要影響線路坡度。

5.2 貫通誤差估算的方法

貫通誤差估算的方法因控制網(wǎng)的形式不同而異。

5.2.1 導(dǎo)線測(cè)量誤差對(duì)橫向貫通精度的影響估算

(1)測(cè)角誤差

設(shè)RX為導(dǎo)線環(huán)在隧道兩洞口連線的一列邊上的各點(diǎn)至貫通面的垂直距離(m)，則導(dǎo)線的測(cè)角中誤差mβ(″)對(duì)橫向貫通中誤差的影響為

圖2 測(cè)角誤差的估算

(2)測(cè)距誤差

設(shè)導(dǎo)線環(huán)在鄰近隧道兩洞口連線的一列測(cè)邊上的各邊對(duì)貫通面上的投影長度為dy(m)，導(dǎo)線邊長測(cè)量的相對(duì)中誤差為ml/l，則由于測(cè)距誤差對(duì)貫通面上橫向中誤差的影響為

圖3 測(cè)距誤差的估算

受角度測(cè)量誤差和距離測(cè)量誤差的共同影響，導(dǎo)線測(cè)量誤差對(duì)貫通面上橫向貫通中誤差的影響為

5.2.2 三角測(cè)量誤差對(duì)橫向貫通精度的影響估算

(1)按照嚴(yán)密公式計(jì)算。(2)按導(dǎo)線估算：偏于安全，目前不提倡。

5.2.3 高程控制測(cè)量對(duì)高程貫通誤差的影響估算

在貫通面上，受洞外或洞內(nèi)高程控制測(cè)量誤差影響而產(chǎn)生的高程中誤差為

式中：MΔ為每千米水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差，mm；L為洞外或洞內(nèi)兩開挖洞口間高程路線長度的公里數(shù)。

5.3 隧道貫通誤差的測(cè)定

(1)平面貫通誤差的測(cè)定。隧道貫通之后，在隧道的貫通面上釘一根臨時(shí)樁，并利用隧道進(jìn)口控制點(diǎn)與出口控制點(diǎn)，分別向著臨時(shí)樁測(cè)量，測(cè)取臨時(shí)樁點(diǎn)平面坐標(biāo)，把兩組坐標(biāo)差值投影至貫通面上與隧道中線上，則貫通面上投影就是橫向貫通誤差，中線上投影就是縱向貫通誤差。(2)高程貫通誤差的測(cè)定。高程貫通誤差的測(cè)量主要使用的是水準(zhǔn)測(cè)量的方法，由隧道的進(jìn)口與出口附近水準(zhǔn)點(diǎn)開始，分別向著洞內(nèi)測(cè)量，從而得出貫通面上同一點(diǎn)高程，并得到兩個(gè)高程之差。

5.4 隧道貫通誤差的調(diào)整

(1)平面貫通誤差調(diào)整。當(dāng)貫通誤差≤50mm，為了確保達(dá)到隧道建筑限界要求，可不調(diào)整線路中線。當(dāng)貫通誤差>50mm，應(yīng)使用線位擬合的方法進(jìn)行調(diào)整，并且調(diào)整后的線路必須達(dá)到平順性標(biāo)準(zhǔn)以及隧道建筑限界的要求。

(2)高程貫通誤差調(diào)整。貫通點(diǎn)附近的水準(zhǔn)點(diǎn)高程，使用從貫通面兩端引測(cè)的高程平均值，作為調(diào)整后高程。洞內(nèi)未襯砌地段各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，應(yīng)按照水準(zhǔn)路線長度對(duì)高程貫通誤差進(jìn)行按比例分配，得到調(diào)整后高程，作為施工放樣依據(jù)。

6 結(jié) 語

綜上所述，隧道工程施工質(zhì)量直接影響到整個(gè)高速公路運(yùn)行安全性與可靠性。而在隧道工程施工過程中，其測(cè)量是確保施工質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，這就要求技術(shù)人員不斷創(chuàng)新，熟練掌握測(cè)量技術(shù)，從而確保隧道施工的順利進(jìn)行。

[1] 劉浩.公路隧道工程施工測(cè)量技術(shù)運(yùn)用探析[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2013:26-27.

[2] 李從德.公路橋隧施工測(cè)量放樣應(yīng)用技術(shù)[J].中國科技博覽,2009,(35):98-99.

[3] 徐英杰.隧道工程施工測(cè)量之我見[J].科技致富向?qū)?2013,(21):354-354.

2014-12-16

謝啟金(1979-)，男，貴州余慶人，工程師，主要從事公路測(cè)量與設(shè)計(jì)研究。

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1008-3383(2015)09-0095-02