淺談坐標法在隧道軸線縱橫斷面測繪中的應用

萬志華

摘 要：隧道一般分兩大類：傍山隧道和越嶺隧道，這些隧道軸線穿越高山，地面植被茂密，溝谷交錯，通視條件極為困難，而且隧道軸線有直線和曲線兩種形式，軸線長，一般均在3km以上，屬特長隧道，野外隧道軸線縱橫斷面測繪十分困難。本文主要介紹了坐標法在隧道軸線縱橫斷面測繪中的應用，結合國道318線海子山至竹巴籠段波戈溪隧道軸線縱橫斷面測繪具體事例加以闡述說明。

關鍵詞：傍山隧道；越嶺隧道；特長隧道；直線；曲線；隧道軸線縱橫斷面測繪；坐標法

中圖分類號：TU196 文獻標志碼：A

1 現狀

隨著科學技術的發展，先進的測繪工具不斷更新，由光學儀器發展到當今的一體化測角測距全站型儀器，這對廣大工程測繪技術人員來講，外業工作十分簡潔方便了。但是在野外測繪作業中，儀器固然先進，但受到很多客觀因素的制約，如通視條件，使廣大工程測繪技術人員浪費了大量的人力、物力和財力，這已越來越不適應測繪地理信息市場經濟了。本文介紹了坐標法在隧道軸線縱橫斷面測繪中的應用。

2 問題

隧道軸線縱橫斷面測繪按照隧道分為傍山隧道（如國道318線海子山至竹巴籠端波戈溪隧道）和越嶺隧道（如大邑縣孫家坡隧道及國道318線二郎山隧道）。這些隧道軸線穿越高山，植被茂密，溝谷交錯，落差大，而且隧道軸線有直線和曲線兩種，軸線長，一般均在3.0km以上，屬于特長隧道，野外隧道軸線縱橫斷面測繪十分困難。例如按常規的測繪方法，如導線測繪等，不但儀器很難搬上山架設，而且地面斷面線前進方向也很難掃除通視障礙物，加之隧道軸線有曲線形式，這時候，如果我們采用坐標法來施測，那就方便輕松多了。

3 解決方法

所謂坐標法，就是將軸線縱橫斷面線上的里程樁點根據已知要數，如已知點坐標、曲線半徑（R）、線路轉向角（α）等按換算公式式（1）及式（2）式換算成橫坐標（x，y），然后用全站儀按坐標（x，y）施測于實地，測繪出縱坐標（Z），俗稱高程。緩和曲線段各點坐標計算公式如下：

圓曲線段各點坐標計算公式如下：

當然在上述坐標換算過程中，要按照不同的《規范》及《規程》測繪比例尺要求，確定好里程樁號和測點間的實際距離。如果隧道軸線縱斷面成圖比例尺為1︰1000或1︰2000，那么測繪點間實際距離最好控制在10m～15m為宜，如果確實有個別特殊的地形點、地物點沒施測到，這時候，鏡站（前站）人員一定要用通信工具告訴測站人員該點與所測到的點的相對位置，然后由測站人員用南方測繪通計算出該點的坐標，再施測于實地，測繪出高程。隧道軸線橫斷面線一般均設計在隧道軸線進出口兩端，而且有些橫斷面在曲線上，成圖比例尺較高，一般為1︰100或1︰200，測繪精度要求也隨之較高，這時候測繪點間的實際距離最好控制在3m～5m。這種采用坐標法測繪的隧道軸線縱橫斷面測繪精度完全能夠滿足工程地質勘查、設計等測繪精度的需要。

在坐標法施測過程中，測站點的選擇尤為重要，這就要求鏡站（前站）人員要有豐富的測繪實踐經驗，測站人員要有豐富的測繪理論知識，以備隨時計算出軸線縱、橫斷面線上任意一點的坐標。

本文以國道318線海子山至竹巴籠端波戈溪隧道軸線縱橫斷面測繪為例介紹坐標法的實際應用：

波戈溪隧道位于四川省巴塘縣波戈溪鄉境內，這里山高路險，溝谷交錯，坡陡林密，平均海拔在3500m以上，是國道318線必經之地，而且該隧道軸線有直線和曲線兩種情況，如圖1所示的波戈溪隧道軸線示意圖。野外測繪作業條件十分困難，基于該條件，測繪技術人員采用坐標法對該隧道軸線進行工程地質縱橫斷面測繪。

3.1 線路縱斷面測繪

線路縱斷面測繪是沿著地面上已經定出的線路測出所有中線樁的高程，并根據測得的高程和各樁的里程繪制線路的縱斷面圖，為線路縱斷面設計服務，以確定線路的坡度、路基的標高和填挖高度以及沿線橋梁隧道的位置等。線路縱斷面測量中樁高程測量不需進行平差。

線路縱斷面圖是表示線路中線上地面起伏變化情況的斷面圖。它以線路的里程為橫坐標，中樁的高程為縱坐標。橫坐標的比例尺一般為1︰2000或1︰1000，高程比例尺為1︰500或1︰200。按線路前進方向自左向右繪制。

3.2 線路橫斷面圖的測繪

在鐵路或公路設計中，只有線路的縱斷面圖還不能滿足工程地質勘察，路基、隧道、橋涵、站場等專業設計以及計算土方、石方數量等方面的要求。因此必須測繪表示線路兩側地形起伏情況的橫斷面圖。在線路上所有的百米樁、加樁處均需測繪橫斷面圖。它是定測階段工作量很大的一項工作。

橫斷面的方向，在直線地段與線路方向垂直；在曲線地段與各點的切線方向垂直。

橫斷面圖一般是繪制在毫米方格紙上。為了便于計算面積和設計路基斷面，其水平距離和高程采用同一比例尺，通常是 1︰200。橫斷面圖可在野外繪制，也可在室內繪制。按斷面里程的順序逐個繪制在一張圖紙上，其排列順序是由下而上、由左到右，相鄰斷面間應留有一定空隙，以便繪出路基斷面。

上述隧道軸線縱橫斷面測繪成果及成圖質量均滿足《規范》及《規程》要求，受到業主方和設計單位的好評。如圖2所示的波戈溪隧道軸線縱、橫斷面線布設示意圖。在該圖中，各種符號表示如下：

K260+600——隧道軸線里程樁號，K260表示公里數，600表示百米數。

JD——線路轉向處兩條直線相交點，簡稱交點。

ZY——線路直線與曲線相交點，簡稱直圓點。

YZ——線路曲線與直線相交點，簡稱圓直點。

ZH——線路直線與緩和曲線相交點，簡稱直緩點。

HZ——線路緩和曲線與直線相交點，簡稱緩直點。

圖2中，K260+600（進口）至K263+900（出口）為隧道軸線縱斷面線長度，全長3300m。1、2、3、4、5為隧道軸線進口端橫斷面線編號，6、7、8、9、10、11、12為隧道軸線出口端橫斷面線編號。進口端橫斷面線在隧道軸線直線上，出口端橫斷面線在隧道軸直線和曲線上。施測時首先根據已知要素計算出隧道軸線縱斷面每隔10m點間距的實際坐標和隧道軸線橫斷面每隔3m點間距的實際坐標，然后根據最佳的測站點及后視點，采用全站儀施測于實地，測繪出各點的高程。

結論

在施測該隧道時，縱斷面線施測共用了5個測站點，進出口端橫斷面線施測各用了一個測站點，總共施測斷面線為13條：1條縱斷面線和12條橫斷面線。這樣既節省了人力、物力及財力，又提高了測繪精度。當然該坐標法在其他工程測繪中也能使用。

參考文獻

[1]高井祥.測繪工程師手冊[M].徐州：中國礦業大學出版社，2011.

[2]交通部第一公路勘察設計院.公路工程勘測規程2011版[M].北京：人民交通出版社，2011.