隧道断面测量应用程序编制原理
隧道断面测量应用程序编制
隧道测量设备的不断更新（红外测距功能），编程计算器的普及使用，隧道断面测量的手段也日益进步。如何更快、更准的进行隧道断面测量，也同样关系着隧道施工的成败。
下面简单介绍下隧道断面测量方法：
首先我们要知道设计中提供的有关数据：一般情况下给出隧道所在线路的曲线要素等；隧道逐桩坐标（铁路隧道设计中一般不会给出）；隧道内轮廓设计图（其中会明确指明隧道中线与线路测设线之间的关系，隧道断面的组成）。
通过隧道内轮廓设计图，我们看出隧道衬砌拱墙部分为单心圆的一部分。我们在进行隧道断面测量时，可将轮廓线上的点看做圆上的点，如下图：
LDR上半圆起拱线设计标高线轮廓线上的点的关系，可看做D2＋L2=R轮廓线外的点可看做D2＋L2＞R2轮廓线内的点可看做D2＋L2＜R2D=H-设计标高-1.5上式是参见上页示意图所列
而设计标高又与里程有关，故我们断面测量程序需要的三个变量分别为：｛KLH｝
D=H-(XXXXXXKXXXXX)-1.5
D≥0成立时E=ABS(L)-(R2D2)（超宽值+为超-为欠）F=D-(R2L2)（超高值+为超-为欠）R=(D2L2)r（半径方向超欠+为超-为欠）不成立时E=L-(R2D2)（超宽值+为超-为欠）F=ABS（D）-(R2L2)（超高值+为超-为欠）R=(D2L2)r（半径方向超欠+为超-为欠）根据数学计算公式，我们知道我们需要的仪器测量值为：里程K
距离隧道中线的宽度L高程H
但设计中给出的都是大地坐标值
我们就要把测量中导线点的坐标，转换为上述坐标系中可根据坐标反算程序计算，也可手算
N隧道中心坐标点大地坐标系E掌子面YK92+750施工用直角坐标系导线点2导线点1隧道中线第一步：计算隧道中线坐标点A与导线点1之间的距离，方位角第二步：计算隧道中线坐标点A与导线点2之间的距离，方位角已知条件：隧道某里程（拟定YK92+750）中心坐标，隧道前进方位角。第三步：计算上两步得出的方位角与隧道前进方向方位角之间的夹角第四步：利用距离及夹角计算导线点的里程及距离隧道中线的距离（在隧道中线左侧距离为-，在隧道中心右侧距离为+）。
利用普通的测量放样方式，进行置镜、后视，退回常规测量模式，就可以进行隧道断面测量。
上述方法在隧道直线段可用，在曲线段落同样可用，不过由于曲线段，隧道前进方向不断变化，要事先估计掌子面里程，将掌子面前后3米距离看做直线段计算导线点的施工直角坐标，再进行常规测量（掌子面里程不同，导线点的施工直角坐标也不相同，要每循环进行计算）。
扩展阅读：关于CASIO系列编程计算器在隧道断面测量中的应用
关于CASIO系列编程计算器在隧道断面测量中的应用
关于CASIO系列编程计算器在隧道断面测量中的应用：隧道断面施工放样测量的快速方法，作者：米跃光
（杭州路达公路工程总公司：20省道桐庐段改建工程S202段项目部）摘要：隧道施工断面测量工作，不需要专用软件，采用立面坐标法就能及时为施工提供可靠的测量数据，准确的指导施工。三维坐标法，只需测量隧道断面内任意位置的三维坐标即可计算其偏差。
关健词：隧道断面放样测量：立面坐标、三维坐标段落法。
一、前言隧道施工中各种工序衔接紧凑，平行作业，交叉施工的工序很多，且洞内作业面狭小，排风不畅，空气质量差，红外线测量仪器的反射信号太弱，往往无法进行测量放样工作。测量放样工作在隧道开挖施工中非常重要，它控制着隧道开挖的平面、高程和断面几何尺寸，关系到隧道的贯通。为满足测量放样工作的需要，需选择关健工序工作面污染小的时间，停止一些次要工序，提前加大排风来满足测量放样工作条件。若测量工作占用时间过长，将直接影响工程进度和经济放益。在洞内测量必需使用免棱镜全站仪，配合CASIOfx-4800P计算器进行施工放样测量，使用起来非常方便，操作简单，数据准确可靠。二、CASIOfx-4800P计算器编程方法：1、直线段隧道断面：
在直线段上选任意点B作为起算点，已知直线段方位角BC，A点就是我们在隧道断面中所测点的三维坐标点，用坐标反算求得BA的方位角。通过两点方位角之差a和BA的距离，解直角三角形可得BC距离L和AC距离b。B点的桩号加L等于测量点对应的桩号。b就是我们所求点隧道断面的宽度，高程为A点实测高程。如图：
程序文件名：SD-ZD（隧道直线断面）
程序：B“X0”：C“Y0”：A：K“L0”：Lbl0：{D,E}：D“X1”：E“Y1”：Pol(D-B,E-C)：F=I：J≥0＝＞J=J≠＝＞J=J+360：W=J-A：G“B0”=FSinW▲L=FcosW+K▲
H=（L-K）O“I0”÷100+Q“H0”：S“H1”=√(R2-G2)+H▲Goto0
说明：X0,Y0,A---起点坐标及方位角。L0----起点桩号。X1，Y1----计算点坐标。
B0----计算点到中线的宽度。L-----计算点的里程桩。
I0-----路线纵坡。(上坡为正,下坡时为负)H0----遂道园心处的高程。I，J---计算器内部转换符号。H1----计算点的高程计算值。(与实测高程对比)
计算实例：X0=679.969Y0=179.471L0=K1+580A=142°27′06″I0=1.05H0=45.83R=5.81.计算:X1=663.0Y1=196.0
计算结果:B0=-2.764(在线路左侧).L=K1+603.527.H1=51.1762.计算:X1=659.0Y0=190.0
计算结果:B0=2.764(在线路右侧).L=K1+603.042.H1=49.8142、缓和曲线段隧道断面。
在缓和曲线上求任意点的法线方向十分简单，但要求测点对应那个桩号法线上的点，相对比较复杂。采用近似法，完全可以满足测量精度要求，在测站前后的线路上，各选取一距离合适的点作为计算起点，再把两点当作直线看，按直线段程序进行计算即可。测点如下图：
3、圆曲线段隧道断面
在圆曲线上选任意点B为起算里程，坐标反算分别求得测点A，起算点B，到圆心O的距离和方位角，两方位角之差（OA-OB=a）和半径计算曲线L，B点里程加L等于C点里程，测点A至圆心的距离减圆曲线半径等于测点至中线距离b。见下图：
程序文件名：SD-YD（隧道圆曲线断面）
程序：B“X0”：C“Y0”：P”R0”：D“X1”：E“Y1”：K“L1”：Lbl0：{F,G}：F“X2”：G“Y2”：Pol(D-B,E-C)：T=J：Pol(F-B,G-C)：W=J：A=Abs（W-T）：L“L2”=πPA÷180+K▲
M=√（（G-C）2+(F-B)2）:N“B2”=P-M▲H=（L-K）O“I0”÷100+Q“H1”：S“H2”=√(R2-N2)+H▲Goto0
说明：X0,Y0---园曲线园心坐标。R0----园曲线半径。X1，Y1，L1----园曲线计算起坐标与相应里程桩号。H1-----计算起点桩号隧道断面园心处的半径。X2，Y2------计算点的实测坐标。L2-----计算点实测坐标换算后的里程。R-----隧道断面半径
B2----实测坐标换算后相应里程到中线的宽度。I0-----路线纵坡。(上坡为正,下坡时为负)I，J---计算器内部转换符号。
H2----计算点的高程计算值。(与实测高程对比)
计算实例：X0=5933.769,Y0=8501.474,R0=410,
X1=6028.308,Y1=8102.522,L1=K1+210.927,H1=45.00R=5.8(隧道断面半径),I0=1.05,计算1.X2=5822.913,Y2=8111.941,
结果:L2=K1+419.9998,B2=4.999,H2=50.135计算2.X2=5820.1765,Y2=8102.323,
结果:L2=K1+419.9996,B2=-4.9999,H2=50.135
三、总结：
三维坐标段落法适合于施工中隧道开挖断面放样测量，可做到那里需要，测后马上出结果，一次置镜能有效地测量全段落的特征点和任意点，可根据断面的大小与点数的频率进行测量放样。该方法也适用于初期支护、二衬施工的断面放样测量。
本人是从事多年测量工作的测量工作者，有丰富的施工测量工作经验。利用CASIOfx-4800P编程，总结了一些在公路施工测量中非常方便的测量程序。如：利用高程进行边坡开挖确定开口线的计算程序，一套能计算直线、缓和曲线、圆曲线、卵形曲线中线逐桩坐标在及任意边桩的程序.
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