隧道横断面的测设方法及任务介绍

测设隧道横断面的主要任务:一是在开挖断面上标定出设计断面,以指导断面掘进；二是测定开挖后的断面,并与设计断面比较,以检查施工和为修筑断面提供资料。

设计断面有圆形、拱形和马蹄形等形式,测设方法也因形而异。

图12-26为一圆拱直墙式的隧洞断面,其放样工作包括侧墙和拱顶两部分。从断面设计中可以得知断面宽S、拱高h0、拱弧半径R和起拱线的高度L等数据。测设步骤如下。

1.测设中垂线和侧墙线

将经纬仪安置在洞内中线桩上,后视另一中线桩,倒转望远镜,即可在待开挖的工作面上标出中垂线AB,由此向两侧量取S/2,即得到侧墙线。

2.测设断面尺寸

(1)直接测设法。根据洞内水准点和拱弧圆心的高程,将圆心O测设在中垂线上,再用几何作图方法在工作面上绘出各断面点；或事先图解数据(左右支距及对应的拱高),在竖面上用直角坐标法放出。

(2)计算测设法。根据断面宽度和测设点的密度要求,确定测设点的水平间距(常取1～2m),计算测设点的拱高hi,即

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图12-26　中线法测设中线

式中:li为断面上任一点i′至中垂线AB的水平距离。

依据测设元素li、hi,在断面上应用直角坐标法即可测设任一点i′。用此数据,还可以检查断面和测设隧道衬砌的模板等。这种方法适用于测设精度要求较高的断面。

对于圆形断面,其测设方法与上述方法类似,也要先放出断面的中垂线和圆心位置,再以圆心和设计半径画圆等方法测设。

随着电子、激光、计算机技术和机械制造、加工技术的发展,测量与施工的设备有了很大程度的改善,机械化、自动化程度越来越高,盾构机和司服型全站仪即是典型代表。

图12-27　盾构掘进施工

(a)自动导向控制示意图；(b)全站仪和照准目标安置示意图

如图12-27(a)所示,在盾构机中心轴线的上方固定三块棱镜,全站仪实时测量棱镜的位置,根据棱镜与盾构机的切口和盾尾的相对位置关系,可推算出盾构机的切口、盾尾的三维绝对坐标,进而得出盾构仪的实时位置姿态。然后,将切口和盾尾的绝对坐标与设计轴线比较,得出盾构机的偏离情况,即平面偏差和高程偏差及旋转参数等,从而达到通过控制盾构姿态来指导隧道掘进的目的。

全站仪和后视棱镜均以吊篮方式安置在灌注好的隧道内壁上,如图12-27(b)所示,其点的坐标、高程均已测定。全站仪将采集的信息实时传输给工业电脑,并通过自动导向系统(德国VMT、英国ZED、日本演算工房、上海RMS-D导向系统等)将数据处理成果传输给地面监控系统,监控站再发出指令,纠正盾构机的姿态。