隧道施工断面快速测量方法doc.docx
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隧道施工断面快速测量方法doc
隧道施工断面快速测量方法
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2005-8-10 | 文章录入：
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隧道施工断面快速测量方法
摘要：
隧道施工断面测量工作，不需专用软件，采用立面坐标法也能及时为施工提供可靠测量数据，准确的指导施工。
三维坐标段落法，只需测量任意位置的三维坐标即可计算其偏差。
关键词：
隧道断面测量
0前言
隧道施工中各种工序衔接紧凑，平行作业、交叉施工的工程很多，且洞内作业面狭小，如排风不畅，空气质量差，红外线测量仪器反射信号太弱，往往无法进行测量工作。
测量工作在隧道开挖施工中非常重要，它控制着隧道开挖的平面、高程和断面几何尺寸，关系到隧道的贯通。
为满足测量工作需要，需选择关键工序工作面污染小的时间，停止一些次要工序,提前加大排风来满足测量工作条件。
若测量工作占用时间过长，将直接影响工程进度和经济效益。
如何及时、准确的提供测量成果，使用的仪器和方法便成了重要因素。
花几十万买一台隧道断面仪，仅能用于隧道断面测量，投资太大，为节省投资可采用全站仪配隧道断面测量软件来完成。
用全站仪进行外业数据采集后，再对采集的数据进行分析。
数据分析可用台式、便携电脑，也可用可编程计算器进行。
现将三数据分析方法列于表-1,从表-1可以看出，采用可编程计算器进行分析，内外业用时最少，测量
工作对工程作业时间影响最小。
本文将对这种方便、快捷的测量和计算方法进行分析与介绍。
隧道断面单点测量耗时比较表表-1
序号
仪器型号
配套设备
外业平均用时（min）
内业平均用时（min）
1
天宝
笔记本电脑及隧道断面软件
25
6
2
徕卡
台式电脑及隧道断面软件
8
5
3
徕卡
台式电脑及隧道断面软件
6.5
7
4
徕卡
CASIOFX—4500计算器
5
0
1极坐标断面测量法
1.1极坐标系的建立
隧道断面，垂直方向（高程）为纵轴，用H表示；水平方向（距线路中线的距离）为横轴，用B表示。
圆心纵坐标等于路线设计高程减设计高程线至隧道中心的距离乘横坡比，加圆心至路面的高度。
用公式（1-1）表示。
O=S-b×i+h＝Ｓ－4.11×0.02+1.69（1--1）
圆心横坐标等于１０m（假定线路中心横坐标为１０米）。
加线路中心至隧道中心的距离
1.2数据采集：
1.2.1待测断面站点放样
可放出路中线、隧中线或距路中线任意宽度的点位，记录其地面高程、线路中线至待测断面站点的距离等。
1.2.2断面测量
仪器置于待测断面，（竖直度盘定天顶方向为0度，顺时针注记）望远镜瞄准另一导线点或中线点定向后，转仪器正镜瞄准线路边线法线方向，也就是保证测量的竖直角读数，线路中线一侧为270-360度，线路边线一侧为0-90度。
记录仪器高、观测的竖直角、斜距。
根据个人习惯，亦可记录水平距离和高差。
如隧道内干扰大，可在仪器定向前，竖直度盘调至９０度或２７０度，置水准尺于水准点上，读取塔尺读数来校核视线高。
1.3测量数据处理
为了与CASIO系列可编程计算器编程使用附号一致，部分附号按汉语拼音首位为代码，并启用“轴交点”一词。
FX—4500断面测量计算程序如下：
程序名：
SDDM（隧道断面-1）
L1Lb10
L2{J,D}
L3Norm:
T=J/10000
L4I=IntT+Int（fracT×100）/60+frac（fracT×100）/36
L5H=G+Y+Rec（D,I）
L6B=10+L+N×W
L7O=S-4.11×0.02+1.69
L8C=（poI（B-15.11,H-O）-R）×100:
Fix1:
“Pc=”◢
L9Goto0
G--测站地面高程
Y--仪器高
J--观测的竖直角
D--斜距
L--线路中线至测站的距离
S--线路中线设计高程
R--半径
H--实测纵坐标
B--实测横坐标
O--圆心处的设计纵坐标
C--实测偏差（输出用‘pc=’表示）
I--T为计算过程对J的替换
N--修正符（当仪器不是置在中线上，且各种原因引起测量的竖直角读数，线路中线一侧不是270-360度，
线路边线一侧不是0-90度时，计算结果偏差超常，无需重测，输“-1”修正即可。
其它情况输入“+1”，测站不能设在隧道中线时，测站至隧道中线的距离尽可能大于一米为益）
角度输入，如203°23′12″输入2032312
66°03′18″输入660318
0°0′10″输入10即可。
其它输入单位均为m，输出单位为cm。
本程序仅适用于单心圆隧道断面测量，如遇多心圆隧道，可根据实测的横坐标或纵坐标，用判断语句确定采用不同的半经和设计坐标，只需对程序适作调整。
1.3.1计算轴交点坐标
轴交点纵坐标等于测站地面高程加仪器高；轴交点横坐标等于１０加线路中心至测站的距离。
1.3.2计算所测断面各点的实测坐标
实测纵坐标等于轴交点纵坐标加竖直角的余弦乘斜距。
实测横坐标等于轴交点横坐标加竖直角
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—实测纵坐标
G—测站地面高程
Y—-仪器高
I--观测的竖直角J，计算过程中，程序用I对J进行了替换
D—斜距
B—实测横坐标
L--线路中线至测站的距离
1.3.3计算所测断面各点的实测偏差
实测偏差等于断面各点的实测坐标与圆心处的设计坐标，进行坐标反算，求得测点至圆心的距离--实际半径减设计半径。
（设计半径按不同工序分别计算,如开挖、初期支护、台车、二衬等。
并考虑预留量）
C=√（（B-15.11）²+（H-O）²）-R（1—3）
式中C—实测偏差（输出用‘pc=’表示）
B—实测横坐标
H—实测纵坐标
O—圆心处的设计纵坐标
R—设计半径
15.11---圆心处的设计横坐标
2三维坐标段落测量法
在隧道施工断面测量工作中，无论采用隧道断面仪，还是采用全站仪配隧道断面测量软件来完成，一般用测量一个断面来代表一个段落，用一个断面代表一个段落，有一定的片面性，在隧道开挖断面测量工作中，其缺点极为明显。
若采用三维坐标段落测量法进行隧道测量，可全面反映整个段落任意桩号各个点的超欠挖情况。
2.1数据采集
仪器置于任意点（做自由设站）或导线点上，有针对性的对一个段落的特征点或任意点进行测量，记录x、y、z三维坐标。
2.2确定测点对应的里程与距路线中线的距离
2.2.1圆曲线
在圆曲线上选任意点B，为起算里程，坐标反算分别求得，测站A，起算点B，到圆心O的距离和方位角，两方位角之差（OA–OB=α）和半径计算曲线长L，B点里程加L等于C点里程，测站至圆心的距离减半径等于测站至中线距离。
L由公式2—1求得。
L=πrα/180（2-1）
式中L—弧长
r—半径
α—圆心夹角
2.2.2缓和曲线
在缓和曲线上求任意点的法线方向十分简单，但要求测站要对应那个桩号法线上的点，相当复杂。
采用近似法，完全能满足测量精度要求。
在测站前后的线路上,各选一距离合适的点做为计算点，把两点当作直线看，按直线计算即可。
2.2.3直线
在直线段上选任意点B作为起算点，已知直线段方位角BC，用坐标法反算求得BA方位角，通过两方位角之差α，和BA的距离解直角三角形可得BC距离L和AC的距离b。
B点的桩号加L等于测站点对应的桩号。
b=AB×Sinα（2-2）
L=AB×Cosα（2-2）
2.3数据分析
根据测点的桩号计算线路的设计高程，通过线路的设计高程和隧道圆心的关系，计算隧道圆心的设计高程和线路中线到隧道圆心的距离。
经计算已知隧道圆心的设计高程；线路中线到隧道圆心的距离；
经测量已知测点的实测高程；测点至线路中线的距离。
按（1--3）式计算即可。
无论是那一种线型，在CASIO系列可编程计算器，如FX—4500的帮助下，都可以采用渐进法编程（另文专述）解决。
看似复杂的方法，变得非常简便。
程序名：
SDDM（隧道断面-2）
L1Lbl0：
L2{DE}：
progXH：
progLJYD：
L3{G}：
C=（（poI（15.11-B-10,G-Z-1.6））-O“R”）×100:
Fix1:
“Pc=”◢
L4Goto0
式中
XH子程序循环LJYD：
子程序路径引导（子程序另文专述）
DE测点大地坐标B+10测点横坐标
G测点高程Z+1.6圆心高程
R隧道半径C—实测偏差（输出用‘pc=’表示）
三维坐标段落法隧道断面测量表--3
隧道名称
检查项目
初期支护
圆心横坐标
隧道半径
桩号
大地坐标X
大地坐标Y
实测高程
圆心高程
实测横坐标
实测偏差
3结语
极坐标断面测量法在隧道施工断面测量中，不需要专用的软件，且更为方便、快捷、准确、实用。
如有可编程全站仪，测量结果可直接显示偏差。
是隧道断面测量工作可选用方法之一。
比较适用于隧道的初期支护、二衬的断面测量，尤其适用于台车就位调试工作，能边测量边出成果，及时正确的指导施工。
更适用于政府、监理部门的检查工作，彻底的杜绝了施工单位弄虚作假的可能。
同时测量人员也从繁忙的工作中得到了解放。
三维坐标段落法适合于施工中隧道开挖断面测量，可做到那里需要测后马上出结果，一次置镜能有效的测量全段落的特征点和任意点，可根据面积与点数的频率进行测量。
人和仪器都不需要到开挖面下去，安全上也得到了保障。
该方法也适用于初期支护、二衬施工的断面测量。
还可用于对大型球体、球面进行精确的测量。
上一篇文章：
浅谈如何防治钻孔灌注桩钻孔施工时质量通病
下一篇文章：
CASIO-fx4500PA 可编程计算器在工程测量中的应用
CASIO-fx4500PA 可编程计算器在工程测量中的应用
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CASIO-fx4500PA可编程计算器在工程测量中的应用
摘要：
本文是作者在工程测量应用CASIO-fx4500PA一些体会，并对发现的问题作了解释说明，并对CASIO-fx4500PA编程中很少用到的循环语句及变量的使用作了重点说明。
希望本文可以对同行起到借鉴作用。
关键词：
CASIO-fx4500PA可编程计算器工程测量
随着全站仪在建设工程中的普及，坐标计算逐渐成为一名工程测量人员所必备的基本技能。
CASIO-fx4500PA可以通过编写简单的程序还简化计算工程、减轻测量员内业工作量而逐渐被工程人员所使用。
工程测量人员在使用此类型计算器时只要输入关键数据即可计算出所需数值。
此类计算器计算时是通过程序计算，不需要测量人员进行逐步计算，所以就消除了输入的误差。
而且计算器在计算时小数位数是自身进行取舍的，所以它的精度也可以保证并比人工逐步计算的高。
下面我将就应用CASIO-fx4500PA编写几个测量工程中的几个常用的程序，并就循环语句进行重点说明。
一、应用CASIO-fx45000PA编写常用的几个程序
CASIO-fx45000PA通过编写简单的程序来将计算过程简化。
其算法就是将现成公式堆积，我们可以应用条件语句要将整个曲线统一成一个程序。
1）CASIO-fx4500PA计算器条件语句
格式：
a<条件判断符>b=>语句1：
≠＞语句2：
△语句3
说明：
当条件成立时，进行语句1计算；不成立进行语句2的计算，最后运行语句3（不用可以省略）。
条件判断可以是大于、等于、小于、不等于以及大于等于和小于等于；语句1、语句2可以为计算式也可为GOTO语句。
示例1：
已知两点坐标求方位角（取值范围在0°—360°之间）
源程序：
L1A”X1”:
B”Y1”:
C”X2”:
D”Y2”
L2E=C-A:
F=D-B：
I=tan-1（F/E）
L3E>0=>I=I:
≠＞I=I+180
L4I>0=>I=I:
≠＞I=I+360
用户在使用时，可以根据提示输入数据便可得出方位角（本程序已调试成功）。
2）无条件转换语句
无条件转换语句即是当程序运行至GOTOn语句时，程序无条件执行LBIn后的语句。
一个GOTO相对应一个LBI语句。
无条件语句一般与条件语句相配合使用，实现条件转移。
示例2：
在以ZH点为原点的独立坐标系中，等缓和曲线的单曲线中线放样计算（曲线中不存在短链）。
算法思路：
通过曲线上点到ZH点的距离确定它在哪个区段（第一缓和曲线、圆曲线、第二缓和曲线），然后再利用现有公式进行计算。
已知：
曲线半径R切线长T曲线长L、缓和曲线长l0、曲线偏角I（左偏还是右偏），以及曲线起点（ZH）里程和曲线上任意一点的里程。
源程序如下:
L1R“R”：
T“T”：
L“L”M“L0”：
I“PJ”：
Z“ZH”：
K“RYD“:
A
L2S=K-Z
L3SGOTO0:
≠＞S<（L-M）=>GOTO1:
≠＞GOTO2:
L4LBI0
L5N=M:
GOTO3:
L6LBI1
L7N=S-M:
P=M^2/（24R）:
Q=M/2-M^3/（240R）:
J=（2*S-M）*90/（R*π）
L8X=R*SINJ+P:
Y=-（R*（1-COSJ）+Q）
L9LBI2
L10N=L-S:
GOTO3:
L11LBI3
L12C=RM:
U=N-N^5/（40C^2）+N^9/（3456C^4）:
V=N^3/（6C）-N^7/（336C^3）+N^4/（42240N^5）
L13N=S=>X=U:
Y=-V:
≠＞X=T*（1+COSI）+U*COSI-V*SINI:
Y=-TSINI+XSINI+YCOSI
L14A=1=>X=X▲Y=Y▲≠＞X=X▲Y=-Y
说明:
用户在使用时即可按提示输入数据即可得到数据。
左偏曲线A输入1,右偏曲线输入非1。
如要求用统一坐标计算可以加入下面一句程序：
L15U”X”=C“X1“+X*COSB-Y*SINB▲
V”Y”=D”Y1“+X*SINB+Y*COSB
（C,D为ZH点在统一坐标系中的坐标，B为ZH-JD的方位角）
3：
循环语句的使用
CASIO源程序中很出现循环语句，这是因为CASIO中没有提供现成的循环语句但我们可以将条件语句与无条件注意语句相配合形成一句循环语句：
格式：
1）L1Z=0：
L2LBI0
L3Z=Z+1
L4：
语句1：
L5Z=N≠＞GOTO0
1可以视为步长，可以为任意数，N为条件。
在水准测量中求可以用他来减少计算量。
示例3。
路基水准测量时一般一个20m一个断面，一个断面测三个点，水准仪两个测站间距离为100米，那么一个测站可以读15个点。
下面就这个情况编写一个程序：
已知：
水准点高程、以及各次读数。
源程序：
L1A”SZDGC”:
B”HS”
L2Y=A+B/1000:
Z=0
L3LBI0
L4Z=Z+1▲{D}:
D”DS”
L5H=Y-D/1000▲
L7Z=15=>GOTO1:
≠＞GOTO0
L8LBI1
L9{D}:
D”DS:
Y=H+D/1000:
Z=0:
GOTO0
用户在使用时可以按照提示输入数据即可得到所要数据（读数输入时单位为毫米）。
CASIO计算器将逐渐被应用到施工生产中，它将会减少现场人员计算工作量，提高人员工作效率。
随着CASIO计算器的不断升级，fx4800以上已经提供图形功能，用户可以通过编写程序将现场放样形象化，更大方便工程人员使用，更大减小工程人员计算工程量。
二、电子表格在测量工程的应用
测量人员也可以电子表格（EXEL）提供计算功能计算测量内业资料。
有效的利用电子表格的拖拉功能可以减少大量工程量，并且电子表格可以将各个程序分段编写，各个关键点很明显的表现出来，更有效的更直观将你的意图表现出来。
1、运用电子表格技巧
电子表格为用户提供各种类型函数，在施工中熟练使用各种类型的函数可以将各种计算过程简化，减少单元格数目。
比如在测量中我们一般采用度、分、秒计算而电子表格计算按照弧度计算，所以在使用电子表格计算时我们可以运用PI（）这个函数将π代替而不需要输入3.14……。
电子表格中单元格数字类型提供的自定义选项，它更丰富了数值内涵，使它能在工程中更有效运用。
如防样里程为K26+899.321就可以将单元格数字类型定义为K26+00#.000，其参加运算时只有899.321参加运算。
2、示例计算单曲线的法向角
下面是关于电子表格中的一些说明：
1、F、G、H、I列为中间计算数据，打印时可以隐藏。
2、开始计算前，将B列数据类型定义为“K194+000.000”（红色的表示当里程为整数时省略）。
3、电子表格计算数据要比CASIO形象，其计算过程可以用公式可以更直接的表现出来。
4、其计算公式也是将现有公式一个一个的堆积，在引用数据时可分为相对引用和绝对引用两种。
如D6单元格的公式为“=F6-F6^5/（40*$D$3^2*F$3*2）”，公式中$D$3、F$3就是绝对引用而F6则为相对引用。
绝对引用数据不会因为单元格拖拉而发生变化。
D7单元格公式为“=F7-F7^5/（40*D$3^2*F$3*2）”。
5、本例中使用了PI（）和INT（）两个函数。
随着时代的发展，各种新的仪器和新的软件逐渐普及到施工生产中，作为一个新时代的工程人员只有不断接受新的知识，并将它运用到实际生产中才可以发挥它的最大功效，最大的提高生产效率，才能为企业和社会创造更大的财富。
浅谈如何防治钻孔灌注桩钻孔施工时质量通病
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浅谈如何防治钻孔灌注桩钻孔施工时质量通病
摘要：
钻孔灌注桩作为一种基础形式，目前在我国桥梁工程建设中得到了广泛的应用，本文概括介绍了钻孔灌注桩钻孔施工时经常发生的质量通病及其防治措施，对目前中小跨径桥梁的钻桩施工与质量控制，具有一定的指导与参考意义。
关键词：
坍孔偏斜缩孔掉钻
钻孔灌注桩作为一种基础形式，目前在我国广泛使用在铁路桥梁、公路桥梁、城市各种桥梁中，这是因为这种施工方法，可以变水下作业为水上施工，从而大大简化施工，缩短工期，降低了工程造价，而且所需设备简单，操作方便。
但其施工质量难于控制，发生事故后又较难处理。
因此如何在施工工艺上采取一些措施，尽量避免或杜绝质量事故的发生，以确保施工顺利进行，一直是工程技术人员探讨的课题。
笔者根据自己施工多座灌注桩桥梁的实践经验，谈谈这方面的体会。
一、钻进中坍孔
在钻孔过程中，如果钻孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，就表示已坍孔。
此时，出渣量显著增加而不见钻头进尺，但钻孔负荷显著增加，泥浆泵压力突然上升，造成憋泵。
一旦坍孔，钻孔便无法正常进行，易造成掉钻、埋钻事故。
防治措施：
1、在松散粉砂土或流砂中钻孔时，应选用较大比重，粘度的泥浆。
一般选用优质黄泥制作黄泥浆，要求黄泥中不得含有沙石等杂质，塑性指数大于22。
并放慢进尺速度（钻孔进尺的平均速度一般控制在6-7米/h为宜），也可投入粘土掺片石或卵石，低锤冲击，将粘土膏、片石卵石挤入孔壁稳定孔壁。
2、根据不同地质，调整泥浆比重。
确保泥浆具有足够的稠度确保孔内外水位差，维护孔壁稳定。
黄泥浆的比重控制在1.25～1.30左右，数量不少于单桩井孔体积的2倍。
实践证明：
高质充足的黄泥浆是确保钻孔灌注桩施工质量的关键之一。
钻制井孔上段6～7米时，可不必向井孔内输入高压水，让钻渣自然形成浓稠的低质泥浆护壁，特别是护住护筒底脚处的井壁（这一位置最易坍塌）。
3、清孔时应指定专人负责补水，保证钻孔内必要的水头高度，中段6～7m可输入高压水承压清孔。
下段6～7m输入黄泥浆，如此作法，既有效地保证了施工质量，又节省了费用较高的黄泥用量。
4、发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻坍孔部位不深时，可用深埋护筒法，将护筒周围土夯实填密实重新钻孔。
5、发生孔内坍塌时，判明坍塌位置，回填砂和粘土（或砂砾和黄土）混合物到坍孔处以上1～2m。
如坍孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再进行钻进。
二、钻孔偏斜
现场钻成的桩孔，垂直桩不竖直，斜桩斜度不符合要求的标准或桩位偏离设计桩位等称为钻孔偏斜。
钻孔偏斜会会使灌注桩施工时钢筋笼难吊入，或造成桩的承载力小于设计要求造成钻孔偏斜的原因大致有五个方面：
1、钻孔中遇有较大孤石或探头石。
2、在有倾斜度的软硬地层交界处，岩面倾斜处钻进，或在粒径大小悬殊的卵石层中钻进，钻头受力不均3、扩孔较大处，钻头摆动偏向一方。
4、钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷。
5、钻杆弯曲，接头不正。
防治措施：
1、安装钻机时要使转盘，底座水平，起重滑轮轮轴，固定钻杆的卡孔和护筒中心三者在一条竖直线上。
并经常检查校正。
2、由于主动钻杆较长，转动时上部摆动过大，必须在钻架上增设导向架，控制钻杆上的提引水笼头，使其沿导向架向中钻进。
3、钻杆、接头应逐个检查，及时调正。
主动钻杆弯曲，要用千斤顶及进调直。
4、在有倾斜的软硬地层中钻进时，应吊着钻杆控制进尺，低速钻进。
或回填片石、卵石冲平后再钻。
5、在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔，使孔正直。
6、偏斜严重时应回填砂粘土到偏斜处，待沉积密实后再继续钻进，也可以在开始偏斜处设置少量炸药（少于1kg）爆破，然后用砂石和砂砾石回填到该位置以上1m左右，重新冲钻。
三、缩孔
产生孔径小于设计孔径现象称为缩孔。
缩孔产生钢筋笼的砼保护层过小及降低桩承载力的质量问题。
产生缩孔主要原因有：
1、钻具焊补不及时，严重磨损的钻锥往往钻出比设计桩径径稍小的孔。
2、钻进地层中有软塑土，遇土膨胀后使孔径缩小。
防治措施：
1、经常检查钻具尺寸，及时补焊或更换钻齿。
有软塑土时，采用失水率小的优质泥浆护壁。
2、采用钻具上、下反复扫孔的方法来扩大孔径。
四、掉钻、卡钻和埋钻
钻头补卡住为卡钻，钻头脱开钻杆掉入孔内为掉钻。
掉钻后打捞造成坍孔为埋钻。
出现上述现象影响钻孔正常进行延误工期。
造成人力和财力的浪费。
产生此现象的原因是：
1、冲击钻孔时钻头旋转不匀，产生梅花形孔。
或孔内有探头石等均能发生卡钻。
倾斜长护筒下端被钻头撞击变形及钻头倾倒，也能发生卡钻。
2、卡钻时强提、强扭，使钻杆、钢丝绳断裂；钻杆接头不良、滑丝；电机接线错误，使不能反转的钻杆松脱，钻杆、钢丝绳、联结装置磨损，未及时更换等均造成掉钻事故。
防治措施：
1、经常检查转向装置，保证灵活，经常检查钻杆、钢丝绳及联结装置的磨损情况，及时更换磨损件，防止掉钻。
2、用低冲程时，隔一段时间要更换高一些的冲程，使冲锥有足够的转动时间，避免形成梅花孔而卡钻。
3、对于卡钻，不宜强提，只宜轻提钻头。
如轻提不动时，可用小冲击钻冲击，或用冲、吸的方法将钻头周围的钻渣松动后再提出。
4、对于掉钻，宜迅速用打捞叉、钩、绳套等工具打捞。
5、对于埋钻，较轻的是糊钻，此时应对泥浆稠度，钻渣，进出口，钻杆内径大小，排渣设备进行检查、计算，并控制适当的进尺。
若已严重糊钻，应停钻提出钻头，清除钻渣，冲击钻糊钻时，应减小冲程，降低泥浆稠度，并在粘土层上回填部分砂、砾石。
如
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