隧道施工测量与竣工测量

隧道工程施工测量的任务首先是洞口开挖位置及其附近地段施工中线放样，在施工过程中指示平面和竖直面内的掘进方向，定期测量检查掘进工程进度及计算所完成的土石方量，及时将已掘成的隧道、峒室位置测绘到平面图上。工程竣工后，还要进行竣工测量。

一、洞口开挖位置和进洞方向的标定

工程开始施工时，首先要在地面标定平峒口（包括正洞、横洞或侧洞）、斜井口、竖井口的开挖位置和进洞方向，以指导开挖施工。标定时先要检查和熟悉设计图纸，检查核对设计图上的设计数据，弄清设计的中线点及中线方向。然后根据地面控制测量所得的洞口点和定向点，以及设计的隧道开挖点坐标和中线方向，用全站仪极坐标法标定洞口开挖位置和进洞方向；同时根据洞口的高程控制点，确定洞口开挖点在竖直面内的高程位置。

地面进洞有直线进洞和曲线进洞两种形式，对曲线进洞还需要计算曲线上各主要点在施工坐标系中的坐标值和曲线细部放样所需的数据。有关曲线要素的计算和放样方法详见第七章。对于竖井开挖和掘进中的测量工作，详见第十四章矿山测量矿井施工测量部分。

二、隧道掘进时的测量工作

（一）平面掘进方向的标定

隧道的掘进施工方法有全断面开挖法和开挖导坑法，根据施工方法和施工程序的不同，给定掘进方向的方法略有不同。

图10-4 中线标定方法

1.全断面开挖法施工中线的标定

全断面开挖法进行施工时，通常采用中线法（也有采用边线法的）。如图10-4所示，P1、 P2为导线点，A为隧道中线点，已知P1、P2的实测坐标及中线点A的设计坐标和隧道中线的设计方位角αAD。首先计算出放样数据β2、 βA和L，然后用极坐标法放出A点，在A点埋设与导线点相同的标志，并且还要用经纬仪重新测量出A点的坐标，以资检核。标定开挖方向是将仪器安置在A点，后视导线点P2，拨角βA，即得掘进的中线方向，在中线方向上埋设一组（3个）中线点，用一组中线点可指示直线隧道掘进30～40m。随着开挖面向前推进，需用经纬仪将中线点向前延伸，设置一组新的中线点。

在由一组中线点到下一组中线点的隧道掘进过程中，可采用瞄线法或拉线法来指示隧道的掘进方向。瞄线法和拉线法见第十四章矿山测量相应部分。

随着开挖工作面不断向前推进，中线点也随之向前延伸，为保证开挖方向正确，地下导线必须紧跟着向前敷设，根据导线点来检查中线点的正确性，随时纠正开挖方向。

2.导坑开挖法施工中线的标定

用上、下导坑法施工的隧道，上部导坑的中线每延伸一定的距离，都要和下部导坑的中线联测一次，用以纠正上部导坑中线点或向上部导坑引点。联测一般是通过靠近上部导坑掘进面的漏斗口、天井或联络通道，用长锤球线、竖直对点器或经纬仪的光学对点器将下部导坑的中线点引到上部导坑的顶板上。在有条件的情况下，也可直接由下部导坑向上部导坑引点，距离可用钢尺丈量。

图10-5 线路中线平移示意图

3.通过设置边线指示隧道掘进

在有的施工情况下，需要将线路中线平行侧移某一距离s，用设置边线的方式来指示隧道掘进施工，此时边线与线路设计中线在直线地段应严格平行，在圆曲线地段要与原设计路线的圆曲线为同心圆，其半径之差应为边线的平移距离s，在缓和曲线地段近似平行（如图10-5所示），而在直缓点ZH1和ZH2处的切线应该平行，加设缓和曲线后圆曲线相对于切线的内移量应相等，即p1 =P2。平移后的缓和曲线要素计算公式为：

（1） R2 =R1 +s（曲线向外平移）或R2 =R1-s（曲线向内平移）；

（3）缓和曲线角β与圆曲线半径的平方根成反比，即：

（4）切线增长m与圆曲线半径的平方根成正比，即：

上述4个公式中，L1、 β1 、m1分别为原设计线路缓和曲线长、缓和曲线角和切线增长，R1为原线路圆曲线半径；L2、 β2、 m2分别为平移后的缓和曲线长、缓和曲线角和切线增长，R2为平移后线路的圆曲线半径。

根据以上4个公式，则可由原设计线路中线的缓和曲线要素和设计半径、平移距离，推算出平行侧移中线的缓和曲线要素。再按照缓和曲线始点的纵移距之差（m2-m1），即可测设平行偏移的缓和曲线始点位置，然后用缓和曲线测设方法测设平行偏移的缓和曲线。

列车在曲线隧道上行驶时受到离心力作用，因此在曲线上要采用外轨“超高”的方法来平衡离心力作用。由于超高的存在，列车在曲线隧道上行驶时，车辆实际上向曲线内侧倾斜，因而在曲线地段的隧道断面内侧尺寸会增大，出现断面内侧得到有效的利用，而断面外侧不能充分利用的情况。为此在曲线隧道施工中，将施工中线相对于线路设计中线向内侧偏移某一个量，便可节省曲线隧道开挖断面尺寸和有效地利用曲线隧道断面净空，从而也可降低隧道建造成本。但值得指出的是，施工中线相对于线路设计中线向内侧偏移某一个量后，隧道中线仍为线路设计中线。曲线遂道施工中线相对于设计中线内侧的偏移量可用下式计算：

式中，h为外轨超高，s为两股钢轨中心线的间距，H为车辆中心在轨顶线以上的高度。

在直线地段，施工中线和设计中线重合，在缓和曲线范围内，施工中线偏移量应平顺变化，即施工中线偏移量由零逐渐平顺变化到V，而在圆曲线部分则保持所计算的偏移量V。

偏移施工中线坐标可用以下方法计算：在缓和曲线部分任一点偏移量的大小与该点到ZH（或HZ点）的曲线长成正比，在缓和曲线部分任一点偏移量的方向与该点的切线方向垂直，并指向曲线内侧，如图10-6所示，缓和曲线上任一点P的偏移量为P点的切线的倾角。计算得到偏移量的大小和方向后，即可由设计坐标计算偏移中线的施工坐标。在圆曲线部分，偏移量的大小都等于V，方向指向圆曲线的圆心。由圆心坐标、半径方向及距离（R—V），即可计算圆曲线部分偏移的施工坐标。

图10-6 缓和曲线任一点切线方向

在直线隧道建设施工中，有的单位采用激光指向仪指示隧道的开挖方向和坡度，其方法见第十四章矿山测量的相关部分。由于激光束的方向性良好，发射角很小，能以大致恒定的光束直线传播相当长的距离，因此它成为地下工程施工中一种良好的指向工具。

（二）竖直面内掘进方向的标定

为了指示隧道在竖直面内的掘进坡度，而在隧道壁上给出的一条基准线称为腰线。腰线距底板或轨面的高度应为某一固定值。腰线点可成组设置，每组不得少于3个点，各相邻点的间距应大于2m；也可每隔30～40m设置1个腰线点。在隧道两壁上用红油漆画出腰线，腰线测设的方法详见第十四章矿山测量相关部分。

（三）开挖断面测量

在隧道施工过程中，为了随时掌握所完成的土石方工程量，检查隧道开挖断面是否合乎设计要求，测量人员还需要随时测定隧道的断面，以便开挖人员及时对断面进行修补。

图10-7 用断面支距法测量拱部断面

隧道开挖断面形状的放样和检查，传统的方法是采用断面支距法。拱部断面如图10-7所示，从外拱顶点高程起，沿断面中线向下每隔0.5m量出两侧外拱线的横向支距，各支距端点的连线即为断面开挖的轮廓线。直线隧道左、右支距相等；曲线隧道内侧支距比外侧要大2d （d为线路中线至隧道中线的距离）。

图10-8 用支距法放样和检查净空断面

如图10-8所示，曲墙地段自起拱线高程起，沿中线向下每隔0.5m向中线左右两侧测量支距，直到轨顶高程为止；直墙地段自起拱线起，沿中线向下每隔1.0m量支距，至轨顶高程为止。隧道底部设有仰拱时，仰拱断面的放样及检查则由中线起向左、右每隔0.5m由轨顶高程向下量出设计的开挖深度（见图10-8）。

利用隧道断面仪能快速便捷地获得断面数据，适用于各类隧道施工监测、竣工验收、质量控制等工作中的断面精确检测。隧道断面仪能适应各类隧道潮湿、粉尘、烟雾等恶劣条件，断面测量数据处理可在室内进行。适用于公路、铁路、城市地铁的隧道，以及水利工程涵洞的断面（限界）测量，使用方便、快速、测量精度高。

（四）隧道内各部位结构物的放样

隧道内各部位的衬砌和结构物施工，都是根据线路中线、起拱线和轨顶高程，按照断面的设计尺寸和各结构物的平面设计位置和高程进行的。因此在施工前，必须对要利用的中线点、水准点以及设立的轨顶高程标志等检查复核，确认无误后才能用来进行施工放样。

（五）隧道贯通后实际偏差的测定与调整

隧道贯通后要及时地测定实际的横向和竖向贯通偏差，以对贯通结果作出最后评定，验证贯通误差预计的正确程度，总结贯通测量方法和经验。若贯通偏差在设计允许范围之内，则认为贯通测量工作达到了预期目的。由于贯通偏差的存在，将影响隧道断面的修整、扩大、衬砌和轨道铺设工作的进行。因此，应该及时采用适当方法对贯通后的偏差进行调整。隧道贯通后实际偏差的测定与调整的方法详见第十四章矿山测量相关部分。

三、隧道竣工测量

隧道竣工后，为检查主要结构物及线路位置是否符合设计要求，并测绘竣工图，应进行竣工测量。该项工作包括隧道净空断面测量、永久中线点及水准点的测设。

隧道净空断面测量时，应在直线地段每50m，曲线地段每20m或需要加测断面处测绘隧道的实际净空。测量时均以线路中线为准，包括测量隧道的拱顶高程、起拱线宽度、轨顶水平宽度、铺底或仰拱高程。过去，隧道净空断面测量多用断面支距法进行，近年来，应用隧道断面仪进行测量逐渐广泛。

隧道竣工测量后，应对隧道的永久性中线点用混凝土包埋金属标志。在采用地下导线测量的隧道内，可利用原有中线点或根据调整后的线路中心点埋设。直线上的永久性中线点，每200～250m埋设一个，曲线上应在缓和曲线的起点、终点各埋设一个，在曲线中部，可根据通视条件适当增加。在隧道边墙上要画出永久性中线点的标记。洞内水准点应每千米埋设一个，并在边墙上画出标记。