水工隧洞开挖放线的新方法

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T = R 2- O F 2 则待定点 P 的设计高程为
1. 在已知的控制点上架设仪器 (全站仪或测 距仪) , 并量测仪器高, 确定后视方向, 用已知的方 位角配置度盘。
2. 在欲放线的开挖面上立棱镜作为镜站, 指 示待定点的大概位置。
3. 测定待定点的水平角、天顶距和斜距, 并 将这些数据输入计算器计算。
4. 根据计算结果 (偏距和高差) , 指挥放线人 员作标记, 确定设计位置 (∃h > 0向上移动棱镜, ∃h< 0向下移动棱镜)。
1999年 第 2 期 测 绘 通 报 27
水工隧洞开挖放线的新方法
姜新春
(辽宁宽甸水电六局技工学校 118200)
【摘 要】 在水工隧洞的开挖放线过程中, 通常采用传统的支距法进行放线工作, 不但精度低、速度慢, 而且工作量
大。本文介绍一种利用全站仪配合计算器进行实时放线的新方法。
量测支距, 并在岩石面上作标记。这种方法需首先
确定隧洞的中线, 而且精度低, 速度慢, 工作量大。
随着现代测绘仪器的发展和电子计算技术的
广泛应用, 特别是电磁波测距仪的逐步普及和全
站仪的出现, 对放样方法产生了极大的影响。下面 将我们在小浪底水利枢纽工程中, 地下厂房开挖 放线时所采用的新方法介绍如下。这种方法所用 的仪器是全站仪配合计算器进行实时计算, 迅速 地在开挖断面上放出开挖线, 其实质是极坐标法
之间的高差。
图2
通过式 (1)、(2)、(3) 可以得出所测待定点 P 与设计位置的偏差, 进而可以准确地确定其位置。 对于确定的开挖面而言, 只计算出偏距与高差, 便 可确定待定点的位置, 放出开挖线。
以上讨论的是隧洞直线段的情况, 对于曲线 段其基本原理是一样的。如图3所示, 只是增加了 曲线要素 (X 0, Y 0, R 1, CH 0, X 1, Y 1) , 因此偏距、桩 号和高差的计算公式有所不同。这里直接给出计
1. 本文介绍的放样方法是以开挖线的放样 来讨论的, 实际上对于为加固围岩, 提高其稳定性 而布置的锚杆和锚索的定位同样可以用这种方 法, 并且只计算偏距和桩号即可。
2. 在我们的施测中, 采用的是全站仪, 但通 过前面的讨论不难看出, 观测值仅有三个, 即水平 角、天顶距和斜距, 而用经纬仪配合测距仪同样可 以获得这些数据。
5. 重复上述操作, 确定并标出若干待定点的 设计位置并将其连线, 便形成所放开挖线。
6. 以任意角度重新配置度盘, 观测开挖线上 各点的水平角、天顶距和斜距, 并记录相应的数 据, 重新后视并记下该方向的读数。
7. 根据所记录的数据进行各点的高差和边 线点的偏距的计算, 检查所放开挖线的质量。
三、几点说明
图1
又根据坐标反算原理可得
D S P = (X P - X S ) 2+ (Y P - Y S ) 2 , ΑS E = a rctan ( (Y E - Y S ) (X E - X S ) ) ,
放样, 是传统支距法的变形, 因此, 我们不妨将这 种方法称为偏距法。
一、基本原理
如图1所示, A (X A , Y A , H A ) , B (X B , Y B , H B ) 为洞内的施工导线点, 是通过导线测量而确定的 已知点; P (X P , Y P , H P ) 为任意开挖面上的待定 点; S 为隧洞的起点, 桩号为0+ 000. 00; E 为隧洞 的终点, 并且已知 S 和 E 的坐标分别为 S (X S , Y S , H S ) , E (X B , Y B , H B ) ; S E 为隧洞的轴线。
将 A 点作为测站, B 点作为后视方向, 并以 A B 之间的坐标方位角 ΑAB 作为配置度盘的角度。 对断面上的待定点 P 进行观测, 取得水平角, 即 A P 之间的坐标方位角 ΑA P , 天顶距 V A , 斜距 D 三 项观测值。注意记下仪器高 h i 和切尺 P 的数值。
根据坐标正算原理可得
算公式, 推导过程不再赘述。
O F = D O P - R 1
(4)
S V = CH 0+ ΠR 1Η 180
(5)
∃h= H 0+ R 2- O F 2- H P
(6)
式中, D OP 为圆心至待定点 P 的距离, Η为圆心至
待定点 P 与圆心至曲线起点两个方向的夹角, R 1
图3
为圆曲线的曲线半径, CH 0 为圆曲线起点1的桩 号, H P 为待定点实测高程。
在水利枢纽建筑物中, 隧洞被广泛用于导流、
通风、灌溉、排水、引水、尾水、地下厂房等工程。
无论是采用分步开挖法施工, 还是采用断面
开挖法施工, 在隧洞的施工过程中, 为了给断面开
挖指出范围, 需按设计断面尺寸在岩石面上放出
开挖断面。通常采用的支距法是以中线作轴线, 自
拱顶向下每隔一定距离, 用皮尺向中线左右分别
根据上述原理很容易编制出计算程序, 这样 在测站上即可实时计算, 从而指挥放线人员很快 画出开挖线,达到所测即所得的效果。
二、放线过程
对于一个确定的隧洞而言, 首先要准备相应 的仪器设备和工具, 其次, 在确定了测点后要将有 关的起算数据输入计算器, 同时与有关施工人员 取得联系, 以便得到其配合与帮助, 然后便可按下 列步骤放线。
X P = X A + D co sΑA P Y P = Y A + D sinΑA P 因为 ΑA P = H A , 所以上式又可写成 X P = X A + D co sH A
Y P = Y A + D sinH A
ΑS P = a rctan ( (Y P - Y S ) (X P - X S ) ) , 式中, ΑS E 为隧洞轴线的坐标方位角; ΑS P 为隧洞起 点至开挖面上待定点 P 的坐标方位角; D S P 为隧 洞起点至开挖面上待定点 P 之间的距离, 从而
3. 对公路放线测量, 同样可以采用这种方 法。合理地应用此法可提高公路放线测量的质量 和效率。
4. 与传统的放线方法相比, 偏距法是具有准 确度高、节省人力、施测速度快, 缩短了放样时间, 施工方便等优点, 因此偏距法是一种实用而有效 的放样方法。
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O F = D S P sinΗ
(1)
S V = D S P co sΗ
(2)
式 (1)、(2) 是求待定点 P 的偏距和桩号的公
式。
图2是隧洞设计的横断面图。其中 R 为顶拱 圆弧半径, O 为圆心, 已知圆心高程为 H 0, P 为待 定点, T 为 P 到拱顶圆心的垂直距离,O F 为偏距。
由图2可知
Η= ΑS P - ΑS E Η为隧洞起点至待定点 P 之间的连线与隧洞轴线 的夹角。
在直角三角形 S P C 中 C P = D S P sinΗ, CS = D S P co sΗ 由图1可知: CP 是待定点 P 距轴线的垂直距 离 (即偏距) , 我们用 O F 表示; CS 是待定点 P 距 隧洞起点的距离, 即桩号, 我们用 SV 表示, 则上 式又写成
H 设= H 0+ T 0 注意, 对于坡度 i≠0的隧洞
H 设= H 0+ SV i+ T 0 根据三角高程原理可知 P 点的实测高程为
H P = H A + h i+ D co sV A - P
则
∃h= H 设- H P = H 0+ T - H P
(3)
这里 ∃h 即为待定点的设计高程与实测高程