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隧道工程施工放样方法探究

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：张浩

[导读] 摘要：以往隧道施工放样采用的方法，需要现场手工计算数据，工作效率比较低。本人通过多年实践、分析、总结，利用EXCEL软件自编一套隧道施工测量程序，可应用于隧道的开挖、支护、衬砌等施工工序的快速放样，工作效率较常规方法显著提高，可为同行今后隧道放样提供有益借鉴。

        浙江省隧道工程集团有限公司
        摘要：以往隧道施工放样采用的方法，需要现场手工计算数据，工作效率比较低。本人通过多年实践、分析、总结，利用EXCEL软件自编一套隧道施工测量程序，可应用于隧道的开挖、支护、衬砌等施工工序的快速放样，工作效率较常规方法显著提高，可为同行今后隧道放样提供有益借鉴。
        关键词：隧道；测量放样；电算化；改进；提高效率
        1概况
        施工放样在隧道工程中是非常重要的一环，但隧道内往往是作业空间小、视线条件差，利用工序转换时进行放样工作，有时遇到漏水段，更是给放样工作带来很多不便。要在有限的时间内完成放样，必须要有一个好的方法。如果有多个工作面需要放样，效率就更显重要。我公司承建的甘肃省引洮供水二期工程主体工程施工第30标段共有8个工作面、9种不同类型的开挖支护断面，放样数据量大，采用以往的施工放样方法不能及时完成放样任务，在一定程度上制约了施工进度的提高。本人编制的隧道施工放样程序，可以忽略现场计算的时间，并且简化了全站仪的作业模式，只需要测量功能而不同以往需要输入放样数据，极大的提高了测量工作效率。
        2放样思路及程序原理
        2.1建立施工放样独立坐标系
        设计提供的坐标多数是对整个工程进行控制的，如果直接使用，在实际放样中对仪器的操作比较繁琐，也需要输入很多数据，一定范围内增大了出错率。为了简化放样步骤，避免出现错误，以单条隧道、两转点间的直线段或曲线段作为一个放样单元，以设计进洞点或转折点为坐标原点，前进方向为X轴，建立独立坐标系。此时，使用全站仪放样时，只需要输入已知点和后视点坐标进行定向即可，不需要再输入放样点坐标。X值即为隧道桩号，Y值为偏距，Z实测值即为高程。

        2.1 建立独立坐标系
        如图2.1建立独立坐标系所示，在AutoCAD中很容易量得C点的相对坐标（XAD，YCD）。利用数学公式也很容易计算，A、B、C三点坐标已知，根据三角形面积法相等，即

        2.2整理放样基本参数
        放样的基本参数需要提前计算好，可借助AutoCAD软件将设计断面图中的要素点标注出相对坐标（以底板中心为坐标原点，垂直断面方向为X轴，垂直洞轴线为Y轴，竖直方向为H轴）。因为在AutoCAD中是平面图，标注坐标为平面数据，所以竖轴代表的数据实际上是相对高程（高差），加上设计底板高程后即为设计高程。大多数隧道都设计有一定的坡度，所以同一类型的断面放样数据仅仅是高程值不同，而高程可以根据桩号和坡度求得，即底板中轴线上任意一点高程可由下列公式求得：
        Hn=H洞口+（Kn-K洞口）•i
        Kn：任意点n的桩号
        K洞口：进洞口桩号
        i：坡度
        这里有个问题需要特别注意，就是隧道的坡度。如图2.2.2放样基本参数的转换所示，当隧道坡度较大时，需要考虑断面竖直方向的变形问题。因为开挖面多数为竖直面，而设计断面与底板垂直，需要对标准断面的相对高程值进行变形计算。

        2.2.1 放样基本参数

        2.2.2 放样基本参数的转换
        2.3主要函数
        2.3.1IF函数
        语法规则如下：
        =IF(logical_test，value_if_true，value_if_false)
        当需要满足的条件比较多时，可以嵌套使用。在EXCEL2003中函数IF可以嵌套七层，在EXCEL2007中可以嵌套64层，能够构造出非常复杂的检测条件，满足现场复杂多变的情况。
        程序中多数是使用的嵌套，如根据桩号判断支护类型、根据施工工序选择放样要素点坐标（开挖、支护、衬砌）。
        2.3.2、VLOOKUP/HLOOKUP函数
        语法规则如下：
        =VLOOKUP(lookupvalue，tablearray，colindexnum，rangelookup)
        =HLOOKUP(lookupvalue，tablearray，rowindexnum，rangelookup)
        VLOOKUP是一个纵向查找函数，HLOOKUP是一个横向查找函数。当比较值位于所需查找的数据的左列时，使用VLOOKUP函数；当比较值位于所需查找的数据的首行时，则使用HLOOKUP。
        2.4超欠挖计算
        在隧道施工中，超欠挖的控制也要引起告诉重视，会直接影响到经济效益。而现在普遍使用的全站仪无法直接测出超欠挖值，需要经过一定的计算才能得到，而现场手工计算则又比较耗时耗力，如果待测点比较多的情况下，计算量更是成倍增加，会出现一种“出工不出活”的现象。所以，在施工放样现场，快速得到任意一点的超欠挖值就成为了提高工作效率的一个非常重要的因素。

        2.4 超欠挖计算示意图
        计算思路其实很简单，如图2.4超欠挖计算示意图所示，根据测点的高程值来判断其相对位置，即判断测点属于图中两条长横线分成的三个区域中的哪一个（圆曲线段或直墙段），然后计算测点到所属圆圆心的距离或至轴线的水平距离，将计算值与所属区域的设计径向值进行比较，便可得出超欠挖值。同时可以根据坐标正反算公式计算出水平方向和竖直方向的修正值。
        2.5曲线放样
        曲线放样在隧道工程中属于难点，因为隧道内空间非常狭小，视野受到很大限制，有时要多次转站才能完成放样任务，所以要结合实际情况找到一个更合适的放样方法。因为全站仪只能测出直线桩号和横向偏距，而放样断面需要与曲线轴线垂直，即放样断面水平方向上任意一点的桩号均不相同、任意一个断面的边墙点偏距也不相同。
        如图2.5曲线放样所示，在实际放样中，只需先测出C'点的桩号即可，点B'、D'、F'的放样数据都可以计算出来。以点B'为例：

        BB'加上C点桩号即可得到B'点桩号。BC即为B'点的横向偏距。

        2.5 曲线放样

        2.6 激光指向仪的安装和调校

        3.1 放样表主工作簿

        3.3 超欠挖计算中，高程判定的参数

        3.4 放样断面的基本参数

        3.2 HLOOKUP函数的应用，查找指定桩号                                   3.5 桩号范围对应的支护类型
         2.6激光指向仪的安装和调校
        激光的安装调校就非常简单了，只需要把握一点，就是激光束要和隧道轴线平行，在同一种支护类型中，激光点在断面中的相对位置是固定的，计算方法就是根据桩号计算出距离，再由坡度可求出高差。主要是激光点的位置要反复调试，重复性工作。
        3应用实例
        这个放样程序并不是真正意义上的程序，是一个针对隧道工程施工放样设计的Excel表格，可以运行在智能手机上，不需要再额外购买编程计算器，界面也比可编程计算器友好。从上面的简单原理可以知道，使用这个表格对于现场放样数据的计算时间可以忽略不计了，这就节省了很大一部分时间。
        4结语
        在实际工作中，随时都会遇到各种各样的问题，要靠自己的及时归纳总结和分析整理，要从不同的角度去思考问题，同时也要有一定的高度和宽度。问题的答案不止一个，要能从多个答案中进行筛选比较，选出最优解。更不要墨守陈规，一定要有创新精神，对常规的方法去优化改进，可以少走很多弯路，化繁为简，会在很大程度上提高效率。
        参考文献
        [1]30甘肃省引洮供二期工程主体工程施工第30标投标文件2016.3.21
        [2]甘肃省引洮供二期工程主体工程施工第30标施工图纸2016.6
        [3]甘肃省引洮供二期工程主体工程施工第30标实施性施工组织设计
        [4]孔祥元.大地测量学基础.武汉大学出版社.2010
        [5]张正禄.工程测量学.武汉大学出版社.2005
        [6]《工程测量规范》.GB50026-2007