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        高速公路隧道施工測量技術(shù)研究

        2021-07-02 16:16:20
        中阿科技論壇(中英文) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:方向測量施工

        楊 佳

        (湖南尚上市政建設(shè)開發(fā)有限公司,湖南 長沙 410000)

        1 工程概況

        某高速公路隧道為分離式隧道,隧道左右兩洞均位于R=1 950 m的平曲線上。左洞長1 370 m,縱坡采用+0.7%,最大埋深150 m;右洞長1 395 m,縱坡采用+0.7%,最大埋深140 m。

        2 隧道施工測量的目的和內(nèi)容

        (1)隧道施工測量最主要的目的是確保隧道精準(zhǔn)貫通。

        (2)隧道施工測量時(shí),要檢查隧道施工測量控制網(wǎng),如發(fā)現(xiàn)測量控制點(diǎn)損壞,必須第一時(shí)間修復(fù)并聯(lián)測;

        (3)應(yīng)定期檢查洞外的中線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn),并按照施工設(shè)計(jì)要求確定洞內(nèi)的測量控制點(diǎn),確保任一洞口的水準(zhǔn)點(diǎn)不少于3個(gè),以提供足夠的施工測量參照。

        (4)必須嚴(yán)格按照精度要求仔細(xì)開展隧道測量工作,以免造成貫通誤差過大,導(dǎo)致返工。

        3 洞外控制測量

        為順利開展洞內(nèi)測量,洞外測量時(shí)需要做好洞口的引測投點(diǎn),并按照施工設(shè)計(jì)要求測設(shè)控制網(wǎng)[1]。常用的洞外控制測量方法有以下幾種。

        3.1 三角鎖法

        (1)三角鎖適用于只考慮橫向貫通精度的情況,該方法的關(guān)鍵在于布設(shè)角度測量網(wǎng)、邊測量網(wǎng)、邊交網(wǎng)。

        (2)與洞口連接線同向布設(shè)三角鎖[2],以三角點(diǎn)為洞口投點(diǎn),盡量減少所需三角形數(shù)量,確保三角形總數(shù)在12以內(nèi),布設(shè)位置見圖1。

        圖1 三角鎖布設(shè)示意圖

        3.2 中線法

        (1)洞頂直接定線,通過間隔設(shè)置控制樁精確標(biāo)示中線,基于中線開展隧道洞內(nèi)測量,中線法適用直線隧道,操作過程見圖2。

        (2)如圖2所示,圖中點(diǎn)B、C和D是隧道洞頂部的中線控制樁點(diǎn),點(diǎn)A和點(diǎn)E的共線是定測線路的中線。

        圖2 中線法示意圖

        3.3 精密導(dǎo)線法

        精密導(dǎo)線法通常有四種布設(shè)類型:

        (1)單導(dǎo)線。對(duì)于直線隧道,單導(dǎo)線起點(diǎn)是中線,對(duì)于非直線隧道,起點(diǎn)為洞口切線轉(zhuǎn)點(diǎn)、次級(jí)相交點(diǎn);

        (2)主輔導(dǎo)線環(huán)。主輔兩條平行導(dǎo)線,在隧道首尾相連形成閉環(huán),適用于較長隧道的控制測量;

        (3)導(dǎo)線網(wǎng)。適用于復(fù)雜線路或輔助坑道較多的隧道,所有角和邊均應(yīng)測量;

        (4)附合導(dǎo)線??稍谙嘞蜷_挖的隧道洞口設(shè)置附合導(dǎo)線,以在隧道的兩端設(shè)置測量控制點(diǎn);

        在處理測量數(shù)據(jù)時(shí),應(yīng)盡量減少測量誤差帶來的影響。通常導(dǎo)線內(nèi)業(yè)采用嚴(yán)密平差法,二、三、四導(dǎo)線可以運(yùn)用近似平差法計(jì)算[3]。

        3.4 洞外平面控制測量

        (1)本次測量的隧道洞外平面測量控制網(wǎng)采用四等附合導(dǎo)線,并與設(shè)計(jì)院交設(shè)的已知點(diǎn)相通視。

        (2)測量數(shù)據(jù)符合限差要求,復(fù)測已知控制點(diǎn)可以有效確保施工精度。

        3.5 洞外高程控制測量

        (1)該隧道采用四等水準(zhǔn)高程控制[4]。根據(jù)施工的實(shí)際情況,高程控制以SD1、SD4為基點(diǎn),做附合水準(zhǔn)路線測量。

        (2)進(jìn)洞處的高程測量控制點(diǎn)選用洞口附近設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn),按照四等水準(zhǔn)測量規(guī)范進(jìn)行測量。

        4 洞內(nèi)控制測量

        4.1 洞內(nèi)導(dǎo)線測量

        (1)隧道施工時(shí),間隔20 m埋設(shè)中線控制樁,隧道掘進(jìn)至一定長度時(shí)設(shè)置一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn),或者將埋設(shè)的中線控制樁作為導(dǎo)線點(diǎn),構(gòu)建隧道洞內(nèi)施工導(dǎo)線。

        (2)用全站儀觀測導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角,用測距儀測定導(dǎo)線距離,測量操作至少重復(fù)兩次。

        (3)基于導(dǎo)線點(diǎn)定位進(jìn)行中線校正,導(dǎo)線測量要緊跟隧道掘進(jìn),及時(shí)施測,有效控制隧道貫通誤差。

        4.2 洞內(nèi)水準(zhǔn)測量

        (1)隧道施工高程通過洞內(nèi)水準(zhǔn)測量控制。每掘進(jìn)200~500 m需在洞內(nèi)設(shè)置一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn),基于水準(zhǔn)點(diǎn)測量并布設(shè)腰線。

        (2)往返觀測洞內(nèi)水準(zhǔn)線,同時(shí)還需要進(jìn)行多次復(fù)測。

        (3)由于隧道施工擾動(dòng)大、環(huán)境惡劣、光線不足,必須進(jìn)行多次觀測[5]。施工區(qū)域煙霧和灰塵較多,不宜進(jìn)行角度測量[6]。

        5 掘進(jìn)中隧道斷面的測量

        5.1 掘進(jìn)方向測設(shè)數(shù)據(jù)計(jì)算

        (1)完成隧道洞口外部平面和高程測控后,可以得到隧道洞口點(diǎn)的坐標(biāo),并根據(jù)坐標(biāo)反算獲得勘測數(shù)據(jù),進(jìn)而完成洞內(nèi)中線的測量和布設(shè)。

        (2)如圖3所示為某直線隧道的平面控制網(wǎng)絡(luò),其中平面控制點(diǎn)為A、B,C,D,E,F(xiàn),G。圖中,A和G是洞口點(diǎn),S1和S2是入洞的前兩個(gè)中線樁。要獲取從中心線到點(diǎn)A的隧道掘進(jìn)方向以及隧道掘進(jìn)后的洞內(nèi)中線樁的測量值,可以通過坐標(biāo)反算公式獲取測量數(shù)據(jù),同理可以通過坐標(biāo)反算公式求解洞口點(diǎn)G的隧道掘進(jìn)測量數(shù)據(jù)。

        圖3 某直線隧道的平面控制網(wǎng)絡(luò)

        (3)如圖4所示,可以按照施工設(shè)計(jì)文件中規(guī)定的非直線隧道的中線轉(zhuǎn)折點(diǎn)C的坐標(biāo)和曲線半徑計(jì)算出隧道兩端進(jìn)洞中線的方向和里程,從而測設(shè)洞內(nèi)中線。

        圖4 曲線隧道掘進(jìn)方向

        (4)隧道掘進(jìn)至曲線段時(shí)應(yīng)采用平面圓曲線方法測試曲線段的里程樁。

        5.2 洞口掘進(jìn)方向標(biāo)定

        (1)中線方向的測量與布設(shè)精度直接決定了隧道橫向貫通誤差,而進(jìn)入隧道時(shí)中線初始方向的測設(shè)決定了中線方向的測量與布設(shè)精度[6-7]。

        (2)應(yīng)在隧道入口處布設(shè)多個(gè)固定點(diǎn),在地面上標(biāo)定中線方向,依據(jù)測設(shè)的中線方向進(jìn)行聯(lián)合勘測。

        (3)在隧道掘進(jìn)期間要隨時(shí)檢查洞口控制點(diǎn)位置、中線方向及里程,如有偏差須及時(shí)糾正。

        5.3 洞內(nèi)中線和腰線的測設(shè)

        (1)中線的測量和布設(shè):基于洞口中線方向樁、中線控制樁,在洞口的開挖區(qū)域表面布設(shè)中線,并引入洞內(nèi)[8],據(jù)此布設(shè)洞內(nèi)中線里程樁。

        (2)腰線的測量和布設(shè):在隧道巖壁上,間隔5~10 m測量和布設(shè)標(biāo)高線,即腰線,確保其高出地坪1 m,并根據(jù)洞內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)測量和布設(shè)腰線高程。

        5.4 掘進(jìn)方向指示

        (1)由于隧道施工環(huán)境復(fù)雜,洞內(nèi)光線不足、施工空間小,需用激光指示器標(biāo)示洞內(nèi)中線、腰線的方向[9]。

        (2)每次掘進(jìn)之前必須根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求的隧道洞內(nèi)斷面類型和大小在斷面上標(biāo)記。常用方法包括:三角形高程法、放大樣法、斷面支距法等[10]。

        斷面支距法的基本原理是基于洞內(nèi)中線和洞頂外線高程,自上到下,每隔0.5 m在中線左右測量和布設(shè)橫向支距點(diǎn),構(gòu)成斷面輪廓,作為隧道斷面掘進(jìn)與監(jiān)測、拱架安裝的重要依據(jù)。此種方法的作業(yè)程序見圖5。放大樣法的基本原理是在地面上等比放樣,測量時(shí)放出拱頂中點(diǎn)、兩側(cè)起拱點(diǎn)位置,往上套大樣,在周邊畫點(diǎn)即可得到斷面輪廓。三角高程法是在里程中線上用測量儀器一次放樣,測量掌子面輪廓線。

        圖5 斷面支距法作業(yè)程序示意圖

        5.5 襯砌位置、輔助坑道控制測量

        (1)隧道襯砌不得越過隧道結(jié)構(gòu)的邊界。因此,各部位的襯砌放樣必須基于正確的中心線和水平測量值,以確保隧道襯砌的位置正確,滿足施工設(shè)計(jì)要求。

        (2)對(duì)于通過輔助坑道引入的中心線和水準(zhǔn)測量,必須基于坑道的坡度、長度、方向,根據(jù)所需的精度在坑道口周邊布設(shè)洞外測量控制點(diǎn)。

        6 隧道貫通誤差調(diào)整方法

        (1)隧道貫通后,應(yīng)在進(jìn)行隧道襯砌前完成中線、高程貫通誤差的調(diào)整,并根據(jù)調(diào)整后的中線、高程放樣。

        (2)對(duì)于直線隧道的貫通誤差,采用折線法調(diào)整。

        (3)對(duì)于曲線段隧道,可以從曲線兩端向貫通面調(diào)整中線方向、里程,以調(diào)整貫通誤差。

        (4)采用導(dǎo)線測量延伸中線時(shí),方位角貫通誤差分配在未襯砌地段的導(dǎo)線角上。

        (5)將入洞口處引測所得的高程均值作為調(diào)整后隧道貫通面附近的水準(zhǔn)點(diǎn)高程,按照高程貫通誤差的二分之一,在隧道首尾尚未襯砌部位的高程點(diǎn)上,根據(jù)長度比調(diào)整。

        7 隧道施工測量安全措施

        (1)測量隧道時(shí)必須正確使用測量設(shè)備。例如,在安裝測量設(shè)備時(shí),應(yīng)按照規(guī)范操作,防止設(shè)備掉落、傾倒。

        (2)在洞內(nèi)、洞外進(jìn)行測量時(shí),應(yīng)盡量選擇平穩(wěn)的區(qū)域,禁止在漏水或塌方區(qū)域進(jìn)行測量。

        (3)測量時(shí)需要準(zhǔn)備照明設(shè)備,配備安全防護(hù)裝備。

        8 結(jié)語

        為了有效保證高速公路隧道工程的施工質(zhì)量,施工測量放樣點(diǎn)位應(yīng)清晰可見、定位精準(zhǔn)。洞內(nèi)中線樁、邊墻里程、高程測控點(diǎn)都要準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)。在每次掘進(jìn)前,應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)記孔眼輪廓和周圍眼位置。禁止隨意布設(shè)開挖斷面,以確保標(biāo)高、中線、凈空、預(yù)留沉降及限界符合施工設(shè)計(jì)要求,有效避免超挖、欠挖。

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