莱卡仪器配隧道断面软件论文.pdf

技技 师师 结结 业业 论论 文文 莱卡仪器配合隧道断面软件快速测量莱卡仪器配合隧道断面软件快速测量 工 种 测量工 姓 名 孟 凡 争 单 位 中铁隧道集团三处 指导老师 王 华 强 2011 年年 5 月月 洛阳洛阳 测量工技师结业论文 1 莱卡仪器配合隧道断面软件快速测量莱卡仪器配合隧道断面软件快速测量 孟凡争孟凡争 中铁隧道集团三处沪昆 6 标第三分部 摘要 摘要 隧道施工断面测量工作 配置专用软件 采用平曲线 竖曲线 横断面为施工提供可靠测量数据 快速准确地指导 施工 为企业带来更高的效益 断面软件只需编辑好平曲线 竖曲线 断面图 测量控制范围内的任意点即可快速计算隧道 断面超欠挖 关键词 关键词 隧道 测量软件 快速 1 绪论 绪论 1 11 1 工程概况工程概况 沪昆铁路 6 标长城岭隧道起始里程为 DK280 193 DK287 747 总长 7554m 隧道进口 位于湖南省怀化市溆浦县小横垄乡谭家村西面山坡 为低中山坡麓斜坡地形 坡度约 25 40 隧道出口位于蒿吉坪乡腊树坪下蒿吉坪溪河东岸山坡 山高坡陡谷深 坡度达 45 60 最大埋深约 513m 进口采用缓冲结构洞门 出口采用斜切式帽檐洞门 隧道 DK284 564 0 DK285 674 5 段位于右偏曲线上 曲线半径 11005m 其他地段位于直线上 隧道洞内为人字坡 自隧道进口分别为坡长 3375m 的 4 的上坡 坡长为 4197m 的 9 的下 坡 正洞洞身 级围岩 498m 占 65 93 级围岩 1245m 占 23 1 级围岩 829m 占 11 0 长城岭隧道设置双车道斜井 2 座 双车道横洞 1 座 双车道辅助坑道断面 7 7 6 2m 长城岭隧道平面布置见图一 图一 1 21 2 国外研究现状国外研究现状 隧道断面测量主要包括断面放样 超欠挖控制 净空检查 实际断面形状测量及断面图 绘制等内容 隧道断面测量在过去几十年里有了长足的发展 对于今天的隧道施工来说 隧 道断面测量已经不是什么新鲜的东西 尽管如此 很有必要回顾一下隧道断面测量的发展 数字化仪始于上世纪 80 年代初期 伴随着计算机技术和电子测距仪的发展 瑞士安伯格 测量技术公司首先研制出专门针对隧道断面测量的专用测量仪器 AMT PROFIE2000 断面仪 由 出口进口 53 0 45 0 D K280 193 D K282 700 D K284 800 D K287 600 D K287 747 77 0 1 横洞 160m 2 斜井 990m 1 斜井 1400m 147m2800m21002507m 测量工技师结业论文 2 于这两种仪器大大提高了隧道断面测量的功效 一经投放市场 受到用户的热烈欢迎 90 年 代安伯格测量技术公司又推出了更新一代的断面测量产品 AMT PROFILE3000 和 AMT PROFILE4000 型 这两种型号的产品 90 年代中期被介绍到中国 在中国很多重点工程中得到 了应用 在指挥隧道施工和质量控制等各方面发挥了重要作用 如二滩水电站 小浪底水电 枢纽工程 秦岭铁路隧道 陕西高速公路隧道等 其中二滩水电站和小浪底枢纽工程由外国 施工企业负责施工总承包 对在中国分包施工企业的施工质量管理和控制等方面的许多做法 给中国企业留下了深刻的印象 进入 21 世纪以后 随着全自动全站仪的技术 发展 使得以全站仪为基础的隧道隧道断 面测量成为可能 一种全新的徕卡 TPS 隧道测量系统应运而生 徕卡 TPS 隧道测量系统是由 徕卡测量系统 上海 有限公司会同国内隧道专家联合研发 它吸取了前六代隧道断面测量 系统的精髓 并赋予全新的设计理念 以智能化的应用软件配合莱卡 TPS 系列的全站仪 实 现一机多用 能同时完成隧道断面测量和施工放样测量等多种测量任务 1 31 3 软件说明软件说明 测量效率及精度 复杂数据的快速有效传输 准备时间短 多功能的灵活的操作方式 隧道施工过程的理想支持 可以全天候使用 简单 非专业人士也能操作 隧道施工的经费节省要由超挖的减少增长的利润 假设 隧道直径 10 米隧道长 1000 米 300 元 m3 开挖费用 900 元 m3 砼回填费用按照平均 5cm 10cm 15cm 厚度超额量来计 算因为优化而节省的费用为 5cm 厚 1 650 000 0010cm 厚 3 330 000 0015cm 厚 5 010 000 00 欠挖的晚期切除引起的附加费用假设 2m2 欠挖面积喷射混凝土 网眼 岩 石钉和欠挖的切除更新网眼 螺钉 喷射混凝土包括 钻探设备 等待时间 人力切除欠挖 的费用如果挖掘后做得妥当 1600 首次衬砌应用后 7000 经费节省因数 4 3 经济高效 系统可以有效地指导隧道的开挖 衬砌 避免过量的超欠挖 从而节约大量的人力物力 系统可以有效地提高作业速度 例如 5 分钟内可以放样 15 个轮廓点 周边眼 可以测量 80 个断面点等 为工程质量和工期提供有力保障 安全可靠 性能卓越的全站仪对工作环 境要求低 工作温度 20 C 50 C 数据存储 40 C 70 C 工作湿度 95 并且具有 很高的防尘防水能力 存储于仪器中的数据安全可靠 完全不用担心丢失或损坏 结果精确 系统完全考虑和解决了各种平曲线 竖曲线 轮廓形状及掌子面凸凹不平的影响 可以严 格保证各种测量 放样精度达到毫米 1 41 4 几种断面软件的比较几种断面软件的比较 测量工技师结业论文 3 2 2 隧 隧道施工断面测量道施工断面测量 2 12 1 内业软件编辑准备工作内业软件编辑准备工作 2 2 1 2 2 1 平曲线设计平曲线设计 平曲线设计是用来确定道路中线位置的一组数据 打开曲线数据 读入已有设计平曲线 数据 保存曲线数据 将当前输入的平曲线数据保存输出至指定文件 测量工技师结业论文 4 平曲线名称 用来输入平曲线的名称 编辑名称 点选名称框中已有曲线名称 在名称输入框中修改 修改完毕 点击 编辑名称 保存修改结果 平曲线要素数据 HLN 见图二 里程 曲线主点里程 X 主点里程对应 X 坐标 Y 主点里程对应 Y 坐标 和曲线 终点 半径 输入圆曲线或缓和曲线的半径值 线路左转为 线路右转为 如为直线则选择 注意 见图三 输入要素 里程 坐标 线型 半径 明确大里程方向 主点 输入法 而非交点法 线型指的是主点前方的线型 缓和曲线的半径确定 半径分正负 起点与终点 图 二 设 计 数 据 文 件 中 不 可 包 含 汉 字 空 格 图三 2 2 1 2 2 1 竖曲线设计竖曲线设计 竖曲线设计是用来确定道路纵断面的一组数据 打开曲线数据 读入已有设计平曲线数据 保存曲线数据 将当前输入的平曲线数据保存输出至指定文件 测量工技师结业论文 5 竖曲线名称 用来输入竖曲线名称 编辑名称 点选名称框中已有曲线名称 在名称输入框中修改 修改完毕 点击 编辑 名称 保存修改结果 竖曲线要素数据 VLN 里程 输入竖曲线变坡点处里程 高程 当前里程处高程值 半径 输入竖曲线半径值 凸曲线为 凹曲线为 切线 该竖曲线的切线长 终点和直坡段的半径与切线长为 0 依次输入各特征点的高程数据参数 不得遗漏 注意 见图四 输入要素 里程 高程 半径及切线 明确大里程方向 明确变坡 点 半径分正负 不是变坡点的半径及 切线 起点与终点 图四 2 2 2 2 2 2 横断面设计横断面设计 横断面设计是用来描述隧道断面轮廓线的一组数据 打开断面数据 读入已有设计断面 数据 TLN DXF 读入的 DXF 图形文件必须是在 CAD 中以 m 为单位 从 CAD 坐标原点 开始绘制的由线段和弧段组成的闭合的隧道设计断面图 并且以 AutoCAD R12 LT2 DXF dxf 格式保存 在保存为 DXF 文件之前 建议在 CAD 命令行中键入并执行 purge 命令全部清理 文件中的冗余数据 保存断面数据 将当前输入的断面数据保存输出至指定文件 TLN 见 图五 横断面名称 输入并命名横断面 图五 测量工技师结业论文 6 编辑名称 点选名称框中已有断面名称 在名称输入框中修改 修改完毕 点击 编辑名称 保存修改结果 横断面曲线要素数据 TLN 横断面曲线要素的输入需要建立一个坐标系 坐标系以线路在断面里程处设计标高点为原点 以线路中线前进方向右侧法线为 X 轴 以原点天顶方向为 Y 轴 坐标系如 图六 所示 图六 起点 曲线要素线段 弧段起点在坐标系中的坐标值 终点 曲线要素线段 弧段终点在坐标系中的坐标值 测量工技师结业论文 7 线型 线型为曲线要素类型 根据断面形状选取对应线型 半径 弧段半径值 圆心角 弧段对应的圆心角度值 如 152 33 27 71 的 输入方法为 152 332771 ddd mmss 在横断面数据文件 中角度以弧度形式显示 设计断面数据输入时 可以通过图形显示窗口实时查看断面形状 注意 输入要素 各线型变化处的坐标 线型 半径 圆心角 断面线型分 直线及圆 坐标系及原点的确定 大里程方向 顺时针方向输 断面必须要封闭 3 3 断面测量方法断面测量方法 3 1 1 3 1 1 隧道内测量设站方法一隧道内测量设站方法一 后方交会法 在待定点上向至少三个已知点进行水平角观测 并根据三个已知点的坐标 及两个水平角值计算待定点坐标的方法 这种方法在隧道放样测量里特别适用 隧道内有时施工不紧凑底板混凝土滞后 测量的 控制桩就无法固定埋设 只有埋设在边墙上来进行后方交会 置镜也可以随机架设 这对加 快设站速度有了大大的提升 同时后视四个点 精度也达到了放样所需精度 设站完后检查上次放样留下的导放点 如果一致方可进行断面软件放样 3 1 2 3 1 2 隧道内测量设站方法二隧道内测量设站方法二 坐标定向法 已知两个导线点 架设其一一个靠近掌子面的点 置完镜拉好仪高后 后 视后面的导向点 输入镜高 设站结束后 检查上次放样留下的导放点 如果一致方可进行 断面软件放样 原理是两个一直点正算其在大地坐标网的位置 在反算其放样点坐标 通过 软件自动计算超欠挖 3 1 33 1 3 隧道内测量设站方法二隧道内测量设站方法二 方位角定向法 已知一个控制点坐标和坐标控制网的方位角 后视其角度来明确置镜点 所在坐标网的方位 置镜结束后检查上次放样留下的导放点 如果一致方可进行断面软件放 样 注明 方法见图七 测量工技师结业论文 8 3 23 2 随机检测超欠挖量随机检测超欠挖量 隧道内任意位置设站 定向完毕后 即可检测隧道内壁任意点的超欠挖情况 观测一个 点仅用 3 秒 检测结果及图形实时显示 更具有工程实际指导意义 马上在全站仪屏幕上对隧道实施评估数据评估 里程 偏离中线值与设计标高的高差 超欠 挖量 含水平及垂直分量 坐标值 图形评估 测量断面相对设计断面的偏差 通过浏览光 标以数值的形式显示所选测点的偏差值 见图八 图八 3 33 3 分析计算分析计算 3 3 3 1 3 1 超欠挖计算超欠挖计算 根据设计断面和实测断面 计算超欠挖方量 导入实测数据 导入从全站仪中下载保存 的实测数据 并选择要进行超欠挖计算的断面里程 见图九 前提是必须做断面扫描 把数 据存入仪器内 图九 导入设计数据 选择实测断面里程处的设计断面 见图十 图十 计算设置 用来对实测断面进行偏移 封闭断面底部 使未开挖部分不参与超欠挖计算 见 图十一 图十一 测量工技师结业论文 9 偏移 本功能针对曲线位置 隧道断面中线与线路中线有相对偏移的情况 断面坐标系原点 相对于设计线路中线高程左偏或下移偏移量设置为 否则偏移量设置为 图形点 标注 如果测量点太密 打印时会出现压盖现象 可以选中 隔点标注 在打印输出断面图 中只显示点号为奇数的超欠挖值 最低计算标高 根据需要输入相对坐标原点的最低标高 在设定高程位置封闭断面 使底部 未开挖部分不参与计算 例 对于利用上下台阶法开挖的隧道 上台阶开挖后进行超欠挖分析时 可以通过输入最低 计算标高设置值 使该标高值下部未开挖断面不参与计算 示意图十二如下 图十二 完成一个断面的计算后 再选择下一个断面进行部分断面计算时 必须重新设置最低计 算标高 最低计算标高设定后 不得拖动最底部测量点 可以通过 另存当前测量数据 将拖动后的实测数据保存到指定文件中 超欠挖计算 完成数据读入 断面选择和计算设置后进行超欠挖分析计算 3 4 3 4 打印输出图形打印输出图形 通过文件菜单可以调用图形 数据的指定格式文件输出功能 在打印输出设置中输入工 程名称 施工单位 围岩类别等工程与施工技术参数信息以及打输出的图形比例尺 在输出 时自动添加到图形文件中 见图十三 测量工技师结业论文 10 图十三 可以保存成三种格式 保存数据到 Excel 此功能用来将断面测量分析数据输出到 Excel 表格中 以便进行数据分析 保存图形为 BMP 文件 此功能用来将断面测量分析图形输出到画图板中 以便进行图形保存 保存图形为 DXF 文件 此功能用来将断面测量分析图形输出为 CAD 格式文件 以便进行图形数据分析 保存 此功能可以方便地将断面测量分析结果以图形形式输出 输出长城岭 2 斜井隧道 BMP 格式 见图十四 图十四 测量工技师结业论文 11 4 4 超欠挖说明超欠挖说明 4 1 4 1 超欠挖产生的原因超欠挖产生的原因 1 围岩地质条件 在地下隧洞的开挖工程中 不可避免的存在超欠挖现象 岩体的地质特征是造成超欠挖 的主要因素之一 围岩地质条件主要指围岩的节理 裂隙 水等非主观因素 由于围岩存在 明显的节理 裂隙 软弱夹层 溶洞等 爆破后岩体不沿周边炮孔的轮廓线破坏 而极有可 能沿这些结构面或软弱面破坏 形成主观上很难控制的超欠挖 2 测量放线 控制好开挖轮廓线的精度是测量放线的首要任务 也是控制超欠挖的一个重要因素 由 于隧道内能见度有限 测量放线人员进入隧道内测量 前后视点照准困难导致误差 同时掌 子面凹凸不平 画轮廓线时容易出现偏离 掌子面开挖轮廓线的放样精度直接影响到爆破效 果 因为周边孔的孔位是定位在放样的轮廓线上 轮廓线产生偏差 孔位自然会产生偏差 因而造成隧道超欠挖 3 钻孔精度 测量工技师结业论文 12 钻孔精度是整个钻爆法施工的首要环节 由于工作面是一个不平整的岩石面 部分钻孔 位置不容易在指定孔位定位 有的钻孔位置岩石破碎 夹泥 容易出现夹钻或塌孔等情况 只有在指定孔位附近再行补孔 加之各种人为因素 导致孔位存在或大或小的偏差 同时部 分钻工只考虑开孑乙容易 操作方便而不在指定孔位钻孔 特别是周边孑L距控制不当 或钻 杆的外插角控制不好 容易导致超欠挖严重 这些情形多出现在拱顶 腰线和边墙底部等部 位 4 爆破技术 产生超欠挖的另一主要原因是爆破设计参数选择不当 其中包括 掏槽方式不合理 会 直接影响掏槽爆破效果 由于没有爆出足够的临空面 影响其他孔的爆破效果 周边炮孔间 距不合理 孔距过大容易造成欠挖 周边孔的装药结构和药量控制不当 如果 单孔药量过大的话 容易造成超挖 起爆网络的设计和连接 5 现场管理 在控制隧道超欠挖中 建立一个比较完善 统一的质量保证体系 对作业全过程及相关 因素实行严格科学的管理是非常重要的 爆破作业现场管理主要指人员安排 作业组织 技 术交底与指导 质量检测 信息反馈 经验总结及相应的规章和技术标准的制定等 管理的 目的就是要把众多的因素置于可控的状态 达到爆破设计的基本要求 4 2隧道超欠挖的控制措施 1 根据围岩地质条件和爆破效果 进行爆破参数调整 围岩地质条件是客观存在的 是确定爆破参数的主要依据之一 在隧道施工中 围岩地 质条件是不断变化的 时常有软弱夹层 溶洞等不良地质情况出现 目前 爆破设计主要是 采用经验类法比 并结合现场试验 在开挖过程中 随着围岩节理裂隙的变化 钻孔位置和 角度 周边孔的参数等也应进行相应的调整 鉴于在掘进过程中围岩情况是不断变化的 在 每茬炮后应由地质工程师鉴定工作面围岩的变化 每茬炮爆破后 应认真分析这一茬炮的爆 破效果 并结合围岩的变化情况 对