隧道工程施工测量技术

关键词：铁路建设；隧道工程；测量技术

1.1洞外总体控制

洞外总体控制网的设置主要是为引测进洞提供更多可靠依据。根据隧道建设规模的不同，洞外总体控制网的设置也存在一定差异。对于较为大型的隧道工程来说，在开挖作业前，需要设置独立性和精确性较高的隧道洞外控制网，以此来实现引测进洞；而对于小型隧道工程，则不需要设置独立的洞外施工控制网，只需通过复测及调整洞外线路中线控制桩的方式即可完成引测进洞。

1.2洞内分级控制

分级控制是根据测量条件的不同来实现不同功能或设备的控制工作。如洞内设置的控制点，一般用来控制正式中线点，而正式中线点又可以对临时中线点进行控制，临时中线点有对掘进方向有着一定的管控，通过这样逐级控制，来提升测量效果。同时，高程控制同平面控制雷同、临时水准点对开挖面具有理想的管控，且正式水准点可对洞内的衬砌情况及建筑物高程进行控制。

1.3开挖方法影响测量方式

开挖作业中经常使用的开挖方式主要有两种，一是先导坑后扩大成型法，二是全断面开挖法。前者在测量期间采用先粗后精的测量方法，以此来对隧道位置进行纠正；而采用全断面开挖法，测量工作要做到一次成型，测量方法的选用与先导坑后扩大成型法基本类似，需要注意的是，应用该种开挖方法，测量工作对于临时中线点和水准点的精度要求较高，且在正式中线点和水准点的测量时，要采用直接测量的方式。

1.4特殊环境对于空点布设有着特殊要求

隧道贯通作业中，洞内的平面测量主要以导线测量方式为主，这使得测量工作存在一定误差，且随着施工的深入，其误差将会逐渐增大。在隧道测量中，需要加强对洞外控制网布设合理性及内部测量准确性的管控，科学设置控制点位置。

1.5隧道工程施工测量的内容

在隧道工程施工中，测量工作主要包含以下几方面：洞外高程的施工测量、洞内平面控制施工测量、洞内高程测量、中线测量、贯通误差测量及调整。

2.1贯通误差及对隧道贯通的影响

贯通误差主要是因开挖的两条线路中心线不能精准重合而产生的。一般情况下，该误差是以平面贯通和高程贯通这两种误差形式出现的。平面贯通误差是水平面上因投影折射的影响而产生的误差，被分为横向、纵向两种情况，也就是水平和垂直距离上存在的误差。导致贯通误差形成的因素相对较多，如纵向贯通误差的形成会对隧道工程的长度和坡度有一定制约作用；横向贯通误差的生成会直接影响隧道施工中线路走向，进而导致隧道出现不同程度的变形，影响衬砌质量。高程误差主要影响的是隧道线路的设计坡度。结合以往施工情况分析可以看出，贯通误差的产生主要是由四方面因素引起的，即洞外测量、洞内外联系测量、洞内控制及中线放样。贯通误差估算的方法需要结合控制网的设置形式进行合理选择。在计算横向贯通精度和测角误差时，一般会采用如下公式：（1）式中：RX为导线环在隧道洞口一列控制点到贯通面的垂直距离；mβ为测角误差。在估算测距误差的影响时，一般会采用公式：（2）式中：dy为隧道口各边在贯通面上的投影长度，ml/l为导线边长测量的相对中误差。受到角度测量误差和距离测量误差的影响，在贯通面横向贯通误差估算时，主要利用公式：（3）式中：myβ为横向贯通精度，myl为测距误差。三角测量误差对横向贯通精度影响的估算主要可以采用严密公式或者导线估算的方法，后者虽然较为安全，但由于对实际施工作用不大，因此很少使用。高程控制测量对贯通误差影响的估算公式：（4）式中：M∆为水准测量的偶然中误差，L为洞内外开挖孔口建的线路长度。

2.2隧道洞外控制测量

隧道分为直线隧道和曲线隧道两种，当曲线隧道长度在直线隧道长度一半左右，且开挖洞口高程在5000m以上时，需要开展相应的高程测量工作，以促进施工作业的顺利进行。

2.3洞外平面控制测量

对于直线隧道的洞外平面测量，通常是一端孔精确点和引测进洞的位置为依据开展测量工作的。而对于曲线隧道来说，除了要确定上述两点位置，还需对转角与控制桩的交叉距离点位置予以确认，这样才能加强曲线半径测量的准确性。在洞外平面控制测量中，其采用的方法主要有以下几种。（1）中线法。在采用中线法前需要先测设洞内线路中线点的平面位置，并在确保校验中线与相邻路线衔接合理性的基础上，开展引测进洞及中线测设。该方法通常被应用在不超过1000m和500m的直线和曲线隧道中。（2）精密导线法。在应用该测量方法时，需要将导线架设在洞口两端位置。水平角测量工作中，通常会使用观测法来加强测量的准确性。在观测过程中，如果发现角度呈现两个不同的方向，则要采用奇偶数测会法的方式进行科学测量，以此来加强测量的准确性。而在导线业内计算过程中，一般则会使用严密平差法的方式来保证计算有效性。这时隧道的外导线需要设置成一个闭合环形式，并确保环内的导线数量在4～6条，这样才能够将隧道口两端的控制点有效纳入导线环内，以提升计算的准确性。（3）三角网法。在洞外平面控制测量时，主要采用的是三角锁的形式。在直线隧道中，三角点的设置应沿着中线布设，在条件允许的情况下，可以在每个三角点上均设置相应的三角锁，减少横线贯通误差的产生；而曲线隧道中，需要沿着两侧洞口连线方向设置，避免贯通误差的形成。

2.4洞外高程控制测量

洞外高程测量工作主要是对洞口一侧到另一侧的距离实行测量。在闭合高程段的测量时，要求施工人员合理设置段高，调整路基段，使其形成一个较为统一的整体，与周边线路有效结合，以增大测量的精准度，为后续施工作业提供保障。水准测量法和光电测距三角高程测量法都是隧道工程中高程测量经常使用的方法，尤其对于四五等高程控制测量来说，其有着显著效果。在高程控制测量对高程贯通精度的影响进行估算时，一般会利用以下公式：（5）式中：M∆为水准测量的偶然中误差，L为洞内外开挖孔口建的线路长度。该计算可降低洞内外对高程控制测量的影响。

2.5进洞关系计算和进洞测量

进洞关系计算和测量工作的开展，一方面可以帮助施工人员对隧道中心线及洞外平面控制点的实际情况进行掌握和了解；另一方面也能够进一步明确引测进洞的相关数据信息，进而为后续施工作业的开展提供充足依据，加强施工方案制定的合理性，提高隧道工程施工质量。进洞关系计算和测量工作的开展可以对隧道工程中中心线与控制网之间的关系予以明确表述，便于施工人员后续作业的开展。在内部控制管理中，其也可以为管理人员提供充足的数据支持，保证开挖等作业进展的有效性。在进洞测设过程中，一般会采用极坐标法的形式，确保现场测设的准确性。该方法在使用过程中，会先将隧道的中线控制桩设置在洞外平面控制网中，之后再采用相应的测量方式，进行坐标的准确定位。通过点坐标及洞内中线点坐标，实行极坐标的反算，得出较为准确的放样数据，为测设提供帮助。

2.6隧道洞内控制测量

目前，隧道工程中洞内控制测量的开展只能采用支线测设的方式进行，这主要是因洞内控制点的设置是依附于洞外控制点完成设置的，随着洞内作业的不断加深，控制点位置也会产生位移，通过支线测设的方式可以保证测量数据的准确率，避免较大误差的产生。

2.7洞内平面控制测量

洞内平面控制主要有中线和导线这两种控制形式。中线控制形式是根据定测精度在洞内采用中线测量的方法实行中线测设，一般被应用在短距离的隧道工程测量中。导线控制形式则具有一定的多样性，其需要根据导线种类采取合理的方法。目前的导线种类主要单导线、导线环、主副导线环、交叉导线和旁点导线等。在洞内导线控制测量中，其需要注意的问题主要有以下几点。（1）导线设置过程中要对周边环境实行检查，减少不良因素对导线性能的影响。同时导线设置还能保证良好的视野，以免影响测量结果。（2）控制点之间的视线距离要控制在0.5m以上。导线在架设过程中，应根据隧道的曲直情况合理控制边长情况，一般直线隧道中导线边长在200m左右，曲线隧道则为70m。（3）导线埋设深度要控制在20cm左右，并在布设完成后，利用铁板进行覆盖，以保证导线质量，减少损毁情况的产生。同时还应做好相应的标记，便于后期维护工作的开展。（4）对于导线角的测量可采用双照准法，且要对测量使用的仪器设备实行合理的调试，以免误差的生成。（5）对洞外引向洞内的角进行测量时，应在晚间或者无阳光的条件下进行，避免折射对测量数据准确性的影响。（6）对洞内导线测量数据予以反复对比和分析，并做好定期检查工作。（7）在新测量点设置的过程中，需要检查原有的导线点，在确认原有导线点无问题的情况下，方能开始新点的测量。

2.8洞内高程控制测量

洞内高程控制测量就是对洞内所有高程控制点实行测量，以此为依据为洞内高程放样提供帮助。在洞内高程控制点的设置上，应将控制点之间的距离设定在200～500m。控制点的设置可以在导线上，也可以在底板等较为坚硬的结构上，这样能够减少测量中不良因素的影响。因高程控制测量等级的不同，其采用的测量方式也会随之改变，如三等高程测量可以采用水准测量方式，四等以上的高程测量则可以采用光电测距三角测量方式。另外，除了这些常规方法，还会采用倒尺法完成高程控制测量工作，减少施工对测量的干扰，保证测量精准度。

隧道测量工作的重点不仅仅是确保测量成果和桩位的准确性，更重要的是实行施工过程的测量监控与复核，及时纠正施工误差，满足隧道标高、中线等的要求，且及时反馈信息，进而全面提高工程质量。