隧道测量实时计算程序2003

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1、第三章 隧道测量实时计算程序- 23 -第三章 隧道测量实时计算程序3.1 隧道施工方法3.1.1 概 述二十世纪八十年代，国际隧道协会(ITA)提出“大力开发地下空间，开始人类新的穴居时代”的口号，以隧道工程为主要方向的地下空间开发迅猛发展。 交 通 是 国 家 基 础 建 设 重 要 的 设 施 ， 在 国 民 经 济 发 展 中 占 有 十 分 重 要 的 地 位 。世 界 各 国 的 经 济 发 展 经 验 表 明 ， 快 速 畅 通 的 交 通 网 是 经 济 发 展 的 必 不 可 少 的条 件 。一个多世纪以来，世界各国的隧道工作者在实践中已经创造出能够适应各种围岩的多种隧道施工

2、方法。习惯上将它们分成为：矿山法、掘进机法、沉管法、顶进法、明挖法等。矿山法因最早应用于矿石开采而得名，它包括上面已经提到的传统方法和新奥法。由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖 ，故又称为钻爆法。有时候为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。掘进机法包括隧道掘进机（Tunnel Boring Machine,简称为TBM）法和盾构掘进机法。前者应用于岩石地层，后者则主要应用于土质围岩，尤其适用于软土、流砂、淤泥等特殊地层。沉管法等方法，则是用来修建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道等，以及埋深很浅的山岭隧道。3.1.2 新 奥 地 利 隧 道 施

3、工 法（ 一 ） 新 奥 法 简 介新 奥 法 是 新 奥 地 利 隧 道 施 工 方 法 的 简 称 ， 即 New Austrian Tunneling Method(NATM)， 是 奥 地 利 拉 布 西 维 兹 (L.V.Rabcewicz)教 授 等 在 长 期 隧 道施 工 实 践 中 ， 从 岩 石 力 学 观 点 出 发 而 提 出 的 一 种 施 工 方 法 。 新 奥 法 适 用 范第三章 隧道测量实时计算程序- 24 -围 很 广 ， 从 铁 路 隧 道 、 公 路 隧 道 、 城 市 地 铁 、 地 下 贮 库 、 地 下 厂 房 直 至 水 电站 输 水 隧 洞 、

4、 矿 山 巷 道 等 ， 都 可 用 新 奥 法 构 筑 。 新 奥 法 施 工 于 70 年 代引 人 我 国 ， 现 已 广 泛 应 用 于 各 种 地 质 条 件 下 的 隧 洞 施 工 。（ 二 ） 新 奥 法 设 计 方 法新 奥 法 设 计 应 以 工 程 类 比 法 为 主 ， 并 通 过 现 场 监 控 量 测 时 进 行 工 程 实 际检 验 、 确 认 和 修 正 ， 必 要 时 可 辅 以 理 论 计 算 验 算 法 确 定 支 护 参 数 的 方 法 ， 主要 有 以 下 三 种 设 计 方 法 。1. 工 程 类 比 法工 程 类 比 设 计 法 是 当 前 锚 喷

5、支 护 结 构 设 计 中 最 广 泛 应 用 的 方 法 。 目 前 ， 锚 杆 喷 射 混 凝 土 支 护 技 术 规 范 (GBJ86-85)仍 然 以 工 程 类 比 设 计 法 为 主 。工 程 类 比 法 主 要 是 在 编 制 围 岩 分 类 表 的 基 础 上 ， 结 合 拟 建 工 程 的 围 岩 等 级 与工 程 结 构 尺 寸 等 条 件 ， 参 照 已 建 成 类 似 地 下 工 程 的 经 验 ， 直 接 确 定 锚 喷 支 护参 数 与 施 工 方 法 。 此 外 ， 工 程 类 比 设 计 法 通 常 要 涉 及 水 文 地 质 、 工 程 地 质 、地 形 和

6、工 程 结 构 及 施 工 方 法 等 诸 多 方 面 的 因 素 ， 并 且 工 程 类 比 法 与 设 计 者 的工 程 实 践 经 验 关 系 很 大 ， 所 以 ， 要 进 行 严 格 的 工 程 类 比 较 为 困 难 。 尽 管 如 此 ，工 程 类 比 法 仍 然 是 主 要 的 设 计 方 法 和 具 有 重 要 实 用 意 义 的 设 计 方 法 。2. 现 场 监 控 量 测 法此 法 又 称 信 息 设 计 法 ， 是 新 近 发 展 起 来 的 一 种 以 现 场 量 测 为 手 段 ， 以 量测 信 息 为 确 认 和 修 正 设 计 的 依 据 ， 用 来 确 定

7、初 期 锚 喷 支 护 参 数 、 支 护 时 机 、施 工 方 法 的 设 计 方 法 。 结 合 施 工 过 程 ， 它 一 边 进 行 各 种 项 目 内 容 的 量 测 ， 一边 将 量 测 的 成 果 反 馈 到 设 计 与 施 工 中 ， 使 得 支 护 结 构 的 设 计 和 施 工 更 符 合 或更 接 近 现 场 工 程 实 际 ， 也 能 够 适 应 多 变 的 地 质 条 件 和 各 种 不 同 的 施 工 手 段 ，因 而 说 现 场 监 控 量 测 法 比 工 程 类 比 法 更 为 合 理 和 更 为 实 用 可 靠 。 这 也 是 当 前此 法 在 软 弱 地 层

8、 设 计 施 工 中 迅 速 发 展 与 应 用 的 原 因 。根 据 现 场 量 测 信 息 ， 分 析 判 断 围 岩 的 动 态 的 经 验 性 很 强 ， 且 受 量 测 地 段的 选 择 、 量 测 数 据 的 处 理 、 量 测 技 术 的 水 平 、 量 测 仪 具 的 精 度 与 质 量 、 施 工条 件 的 变 动 等 各 种 因 素 的 影 响 ， 使 得 围 岩 动 态 判 断 的 准 确 程 度 难 以 把 握 和 准第三章 隧道测量实时计算程序- 25 -确 的 评 价 ， 加 之 量 测 工 作 量 大 和 耗 资 较 多 ， 对 施 工 有 一 定 干 扰 ， 使

9、 得 其 推 广受 到 一 些 阻 碍 。3. 理 论 计 算 验 算 法理 论 计 算 验 算 法 是 在 测 定 岩 体 和 支 护 边 学 参 数 的 前 提 下 ， 根 据 围 岩 力 学特 征 建 立 力 学 模 型 ， 通 过 计 算 确 定 支 护 参 数 的 方 法 。 其 力 学 关 系 为 ： 在 支 护阻 力 作 用 下 ， 保 证 围 岩 不 至 于 失 稳 的 允 许 周 边 位 移 与 支 护 的 变 形 相 等 ， 即寻 求 一 个 最 佳 共 同 工 作 点 及 最 佳 共 同 工 作 状 态 下 的 支 护 阻 力 和 相 应 的 支 护 参数 。（ 三 ）

10、新 奥 法 设 计 阶 段1. 施 工 前 预 设 计 阶 段施 工 前 预 设 计 是 在 认 真 研 究 测 定 资 料 的 基 础 上 进 行 的 。 在 这 一 阶 段 ， 一般 很 难 完 全 详 细 地 掌 握 实 际 的 工 程 地 质 和 水 文 地 质 资 料 ， 常 常 会 有 一 定 幅 度的 变 动 ， 故 通 过 在 施 工 中 的 地 质 调 查 和 现 场 监 控 量 测 ， 确 认 和 修 正 预 设 计 是极 其 重 要 的 。2. 信 息 反 馈 修 改 设 计 阶 段在 施 工 前 预 设 计 阶 段 ， 一 般 很 难 全 部 详 细 了 解 实 际 的

11、 地 质 条 件 ， 必 须 在施 工 现 场 进 行 监 控 量 测 ， 确 认 和 修 正 施 工 前 预 设 计 。 因 此 ， 新 奥 法 的 设 计必 须 要 有 信 息 反 馈 修 正 设 计 阶 段 ， 这 是 最 终 确 定 设 计 参 数 并 据 以 实 施 的 阶 段 。但 是 ， 对 隧 道 工 程 施 工 组 织 和 支 护 结 构 进 行 大 规 模 的 变 更 会 造 成 工 期 和 工程 费 用 的 变 动 ， 应 尽 量 避 免 。 因 此 ， 隧 道 工 程 定 测 阶 段 地 质 调 查 的 内 容 和精 度 要 求 ， 必 须 满 足 施 工 前 预 设

12、计 的 要 求 。3.2 隧道施工测量隧 道 施 工 测 量 的 主 要 内 容 包 括 ： 洞 外 平 面 控 制 测 量 、 洞 外 高 程 控 制 测 量 ，洞 内 平 面 控 制 测 量 、 洞 内 高 程 控 制 测 量 ， 进 洞 测 量 ， 洞 内 中 线 测 量 ， 贯 通 误差 调 整 和 竣 工 测 量 。隧 道 洞 外 控 制 测 量 。 直 线 隧 道 长 度 大 于 1000m， 曲 线 隧 道 长 度 大 于 第三章 隧道测量实时计算程序- 26 -500 m， 均 应 根 据 横 向 贯 通 精 度 要 求 进 行 隧 道 平 面 控 制 测 量 设 计 。 两

13、相 邻 开挖 洞 口 （ 包 括 横 洞 口 、 斜 井 口 ） 高 程 路 线 长 度 大 于 5000m， 应 根 据 高 程 贯通 精 度 要 求 进 行 隧 道 高 程 控 制 测 量 设 计 。（ 一 ） 洞 外 平 面 控 制 测 量对 于 直 线 隧 道 ， 洞 外 平 面 控 制 测 量 的 目 的 主 要 是 获 取 两 端 洞 口 较 为 精 确的 点 的 平 面 位 置 和 引 测 进 洞 的 方 向 。对 于 曲 线 隧 道 ， 洞 外 平 面 控 制 测 量 除 具 有 与 直 线 隧 道 相 同 的 目 的 外 ， 还在 于 间 接 求 算 隧 道 所 在 曲 线

14、的 转 向 角 及 两 端 洞 口 控 制 桩 与 交 点 的 相 对 位 置 ，进 而 按 照 设 计 选 配 的 圆 曲 线 半 径 和 缓 和 曲 线 长 重 新 确 定 隧 道 中 线 的 位 置 。建 立 洞 外 平 面 控 制 的 常 用 的 方 法 有 ： 中 线 法 、 精 密 导 线 法 、 三 角 网 和 GPS网 等 。1 中 线 法先 将 洞 内 线 路 中 线 点 的 平 面 位 置 测 设 于 地 面 ， 经 检 核 确 认 该 段 中 线 与 两端 相 邻 线 路 中 线 能 够 正 确 衔 接 后 ， 方 可 以 此 作 为 依 据 ， 进 行 引 测 进 洞

15、和 洞内 中 线 测 设 。 中 线 法 一 般 只 能 用 于 短 于 1000 m的 直 线 隧 道 和 短 于 500 m的曲 线 隧 道 的 洞 外 平 面 控 制 。2 精 密 导 线 法用 导 线 方 式 建 立 隧 道 洞 外 平 面 控 制 时 ， 导 线 点 应 沿 两 端 洞 口 的 连 线 布 设 。导 线 点 的 位 置 应 根 据 隧 道 的 长 度 和 辅 助 坑 道 的 数 量 及 分 布 情 况 ， 并 结 合 地 形条 件 和 仪 器 测 程 选 择 。 导 线 最 短 边 长 不 应 小 于 300m， 相 邻 边 长 的 比 不 应 小于 1： 3， 并

16、尽 量 采 用 长 边 ， 以 减 小 测 角 误 差 对 导 线 横 向 误 差 的 影 响 。 导线 的 水 平 角 一 般 采 用 方 向 观 测 法 。 当 水 平 角 只 有 两 个 方 向 时 ， 可 按 奇 数 和 偶数 测 回 分 别 观 测 导 线 的 左 角 和 右 角 ， 这 样 可 以 检 查 出 测 角 仪 器 的 带 动 误 差 ，数 据 处 理 时 可 以 较 大 程 度 地 消 除 此 项 误 差 的 影 响 。 导 线 的 内 业 计 算 一 般 采 用严 密 平 差 法 ， 对 于 四 、 五 等 导 线 也 可 采 用 近 似 平 差 计 算 。 隧 道 洞 外 导 线 应组 成 闭 合 环 ， 一 个 控 制 网 中 导 线 环 的 个 数 应 不 少 于 4个 ； 每 个 环 的 边 数 约为 4-6条 ， 应 尽 可 能 将 两 端 洞 口 控 制 点 纳 入 到 导 线 网 中 。第三章 隧道测量实时计算程序- 27 -3 三 角 网 法三 角 测 量 建 立 隧