CASIO4800计算器测量隧道开挖轮廓线的一种新方法.doc

CASIO4800计算器测量隧道开挖轮廓线的一种新方法【摘 要】 本文对测设隧道开挖轮廓线提供了一种新方法，它不但使得测设开挖轮廓线变得简便易行，而且大大提高了测设精度，保证了施测质量。 【关键词】 隧道 开挖轮廓线 测量 新方法 1前言 隧道开挖之前首先要测设开挖轮廓线，通常的办法是采用五寸台支距法进行放样。由于在实际放样过程中，断面参差不齐，造成支距估读误差；在实际丈量支距过程中不容易把握好丈量方向，尺子前或后、上或下而产生倾斜误差等；这些误差直接造成断面轮廓线出现粗差，引起断面的超挖或欠挖，部分地段的甚至达到15cm以上，这些严重影响了工程质量。考虑到现配置有全站仪和可编程计算器的情况，笔者采用了将测点和该测点对应圆心之间的距离与设计半径比较，将差值沿径向移动，最终确定轮廓点的办法。只要跑点人沿大致轮廓线方向选点，一般仅测一次即可画出轮廓点，将所有的轮廓点用圆滑的曲线连起来，即可绘出轮廓线。 2计算原理 线路施工坐标系统一般采用以切线为X坐标纵轴建立的，直线上里程为X值。下面以此坐标系统计算。 2.1求算所测点的对应里程（用变量S表示）和该点与隧道中线的水平垂距（用变量C-U表示）。 2.1.1 直线地段 该段测点的对应里程即为该点的X坐标值，垂距即为该点的Y坐标值。Y为“+”表示在线路左测，Y为“-”表示在线路右测。如果隧道中线与线路中线有偏移量（用变量U表示），则垂距为Y-U，左转曲线U值为负值，右转曲线U值为正值。 2.1.2 圆曲线地段 圆心到测点的平距与考虑偏移值U的设计半径之差值，即是该测点对应隧道中线的垂距；圆心到缓圆点（直缓点）或圆缓点（缓直点）之间的直线和圆心到测点之间的直线所夹圆心角对应圆弧长加上缓圆点（直缓点）里程或减去圆缓点（缓直点）里程即为该点对应里程。 2.1.3 缓和曲线地段 缓和曲线圆心不易确定，半径是由圆曲线半径渐变为无穷大，采用逐渐趋近法计算缓和曲线地段点的对应里程显得比较容易。 见图1： 过F作切线垂线得G1点，假设J2的里程为： J2=J1+J1G1 则有：J3=J2+J2G2 Jn=Jn-1+Jn-1Gn-1 如果 Jn-1Gn-1 ，则可认为Jn=Jn-1，（一般取1mm即可达到施工精度要求，通常进行3次趋近计算就能使1mm），可以把测点F的对应里程当成Jn，相应Jn点的坐标也可求出。 有了对应点的坐标即可求出测点F与对应点的距离，该距离是测点到线路中线的垂距，然后考虑偏移值U，即可求出测点到隧道中线的垂距。 2.2 求算测点到圆心的垂直距离，该距离用变量T表示。 2.2.1 求算测点所在开挖断面的拱顶高程 通过线路设计纵坡和开挖断面图可以求出测点所在断面的开挖拱顶高程。 2.2.2 求算测点到开挖拱顶的垂直距离 设计开挖拱顶高程减去测点实测高程等于测点到拱顶的垂直距离。 2.2.2 求算圆心到测点的垂直距离 用测点所属半径减去测点到拱顶的垂直距离即可求出圆心到测点的垂直距离。 2.3 求算测点与对应圆心的径向长度与该半径之差值 2.3.1 用勾股定理求算径向长度，见图2（铁路隧道开挖断面示意图） （1） 测点F在O1所在园弧内，则径向长度为： O1F=（T2+（C-U）2） U在线路左侧为“-”，在线路右侧为“+”。 （2） 测点F在O2所在园弧内，则径向长度为： O2F=（T2+（C-U-W）2） W 、U在线路左侧为“-”，在线路右侧为“+”。 （3） 测点F在O3所在园弧内，则径向长度为： O3F=（T2+（Abs(C-U-W)+6.02）2） W、U在线路左侧为“-”，在线路右侧为“+”。 （4） 测点F在直线(切线)范围内 测点F到隧道中线的垂距为测点的C-U值，U在线路左侧为“-”，在线路右侧为“+”。 2.3.2 求算径向长度与设计半径之差值 （1） 将圆弧内测点F的径向长度与该点设计半径作比较，即可知道F点在轮廓线外或内或线上，同时沿径向移动此差值，可在工作面上标定轮廓线。 （2） 将切线范围内（大跨线以下部分）测点F的设计水平长度与该点到隧道中线的垂距作比较，即可知道F点在轮廓线外或内或线上，同时沿水平方向移动此差值，可在工作面上标定轮廓线。 （3） 将以上两部分合并操作，就能标定全部轮廓线。 3轮廓线测设程序介绍及应用 3.1 以洛湛铁路YQ2标木坪隧道(设计车速140kg/h)为例介绍程序运行过程。 2+(Abs(C-U)+W)2)2+(1600.315+Y)2)2+(y-Q)2)2+(Y-Q)2) 图3(平曲线示意图) 木坪隧道平曲线要素：Z=323635 R=1600m L0=110m 里程: ZH:D3K287+599.38 HY:D3K287+709.38 HY:D3K287+709.38 坡度：线路里程增加方向为4的上坡,变坡点里程: D3K288+700 轨顶高程:133.11m 3.1.1 程序判别条件 （1） 测点位于平曲线或直线的位置判断 假设里程用变量S表示,则有： SSZH ,测点位于直线上(仅考虑单曲线)； SZHSSHY ,测点位于缓和曲线上； SSYH ,测点位于圆缓和曲线上。 （2） 测点位于开挖断面的位置判断 假设测点到拱顶的垂直距离用变量T表示,见图2，则有：: TR（1-cos45）,测点位于O1所在圆弧内； R（1-cos45）TW+R-Icos7851,测点位于O2所在圆弧内； W+R-Icos7851T1.19+W+R+V,测点位于O3所在圆弧内； T1.19+W+R+V，测点位于大跨下的切线范围内； 此判别条件在测点越接近轮廓线位置越准确精确。 3.1.2 以切线为坐标横轴建立平面坐标系，其横坐标X值等于切线里程，见图3。 （1） 程序变量名称及存储内容 X测点横坐标 Y测点纵坐标 S测点对应里程 Z1测点对应缓和曲线的点里程 Z内轨顶面设计高程 L测点对应缓和曲线长 B、D距离 E、N象限角 F、K方位角 A增量 G夹角 C测点到线路中线垂距 P测点对应线路中桩点的X坐标 Q测点对应线路中桩点的Y坐标 （2）程序内容 主程序名 MPSU-Z 程序清单：Prog“7500-8300”：Z=133.11-（88700-S）0.004：P rog“O” 子程序名 7500-8300 程序清单：X87599.38=S=X C=Y = Prog“JSHHQX3” 子程序名 JSHHQX3 程序清单： A=4：L=X-87599.38：Lb12：P=L-L5（40160021102）-87599.38： Q=-L3（61600110）：B=:Prog“FWJ5”: Prog“FWJ2”：G= F-60L2（1600110）-K：D=BcosG：L=L-D：DszA：Goto2：Z2=L+87599.38：Z287709.38 S=87599.38+L Prog“HC1” Prog“YQX2” 子程序名： HC1 程序清单： YQ C=(x-p)2+(y-Q)2) C=- 子程序： YQX2 程序清单： S=87709.38+（tan-1（X-87654.378）（1600.315 +Y）-15810.35）1801600 C=-1600 子程序：FWJ5 程序清单：E=tan-1(0-Q)(87599.38-P):F=180+E 子程序：FWJ2 程序清单：N= tan-1(Y-Q)(X-P): XPProg“XY2”:XPK=180+N 子程序：XY2 程序清单：N0K=360+N: K=N 3.1.3 以隧道开挖拱顶水平线为坐标横轴，隧道中线为纵轴建立铅垂面坐标系,见图2。 （1）程序变量名称及存储内容 M设计隧道拱顶高程 W圆心O1到O2的距离 R圆O1的半径 T测点到隧道拱顶的高差 H测点实测高程 O径向偏移值(超欠挖量) U线路中线与隧道中线的距离 I 圆O2的半径 V大跨到圆弧结束点的垂直距离 J圆O3的半径 （2）程序名 O 程序清单：M=Z+2.57+1.19+W+R:T=M-H TR(1-cos45) O=(T-R)2+(C-U)2)-R TW+R-Icos78510O=-I T1.19+W+R+VO=(T-1.19-W-R)2+(Abs(C-U)+W+6.02)2)-J O=Abs(C-U)-(Jcos(tan-1(VJ)-W-6.02)-(T-1.19-W-R-V)VJ 3.2 测设要求 3.2.1 准备工作 可在任一通视开挖作业面附近的控制点置镜,然后进入定向设置并后视另一定向控制点,确认后进入坐标测量程序菜单。 3.2.2 作业模式 测量过程中只需将反射物体放在轮廓线附近(目估),这样便于操作和提高量距精度，一般移动距离在20cm之内，这样短的距离目估移动即可。 测量时可采用无棱镜测距模式，用可见红色激光指向；也可用长距离测距模式，用反射片作为反射目标，这些模式能提高作业速度和测距精度。 4. 应用情况 4.1 该方法不受中线条件限制，测站置镜限制条件少，只要能与开挖面通视即可。 4.2 在预留核心土的测量过程比五寸台支距法更能显出其快速、高效、放线精度高等优点。 4.3 该方法较五寸台支距法能减小工作量，将测量数据处理后，能将长链变为短链，可节省作业人员12人。 5. 应用拓展空间 该测量程序除可测设轮廓线外，还能用于测绘开挖断面、检查超欠挖、检查衬砌净空、检测拱架架立等。 6. 小结 轮廓线测设程序实