淺談坐標(biāo)法在隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪中的應(yīng)用

萬(wàn)志華

摘 要：隧道一般分兩大類：傍山隧道和越嶺隧道，這些隧道軸線穿越高山，地面植被茂密，溝谷交錯(cuò)，通視條件極為困難，而且隧道軸線有直線和曲線兩種形式，軸線長(zhǎng)，一般均在3km以上，屬特長(zhǎng)隧道，野外隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪十分困難。本文主要介紹了坐標(biāo)法在隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪中的應(yīng)用，結(jié)合國(guó)道318線海子山至竹巴籠段波戈溪隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪具體事例加以闡述說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：傍山隧道；越嶺隧道；特長(zhǎng)隧道；直線；曲線；隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪；坐標(biāo)法

中圖分類號(hào)：TU196 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的測(cè)繪工具不斷更新，由光學(xué)儀器發(fā)展到當(dāng)今的一體化測(cè)角測(cè)距全站型儀器，這對(duì)廣大工程測(cè)繪技術(shù)人員來(lái)講，外業(yè)工作十分簡(jiǎn)潔方便了。但是在野外測(cè)繪作業(yè)中，儀器固然先進(jìn)，但受到很多客觀因素的制約，如通視條件，使廣大工程測(cè)繪技術(shù)人員浪費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，這已越來(lái)越不適應(yīng)測(cè)繪地理信息市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)了。本文介紹了坐標(biāo)法在隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪中的應(yīng)用。

2 問題

隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪按照隧道分為傍山隧道（如國(guó)道318線海子山至竹巴籠端波戈溪隧道）和越嶺隧道（如大邑縣孫家坡隧道及國(guó)道318線二郎山隧道）。這些隧道軸線穿越高山，植被茂密，溝谷交錯(cuò)，落差大，而且隧道軸線有直線和曲線兩種，軸線長(zhǎng)，一般均在3.0km以上，屬于特長(zhǎng)隧道，野外隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪十分困難。例如按常規(guī)的測(cè)繪方法，如導(dǎo)線測(cè)繪等，不但儀器很難搬上山架設(shè)，而且地面斷面線前進(jìn)方向也很難掃除通視障礙物，加之隧道軸線有曲線形式，這時(shí)候，如果我們采用坐標(biāo)法來(lái)施測(cè)，那就方便輕松多了。

3 解決方法

所謂坐標(biāo)法，就是將軸線縱橫斷面線上的里程樁點(diǎn)根據(jù)已知要數(shù)，如已知點(diǎn)坐標(biāo)、曲線半徑（R）、線路轉(zhuǎn)向角（α）等按換算公式式（1）及式（2）式換算成橫坐標(biāo)（x，y），然后用全站儀按坐標(biāo)（x，y）施測(cè)于實(shí)地，測(cè)繪出縱坐標(biāo)（Z），俗稱高程。緩和曲線段各點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算公式如下：

圓曲線段各點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算公式如下：

當(dāng)然在上述坐標(biāo)換算過(guò)程中，要按照不同的《規(guī)范》及《規(guī)程》測(cè)繪比例尺要求，確定好里程樁號(hào)和測(cè)點(diǎn)間的實(shí)際距離。如果隧道軸線縱斷面成圖比例尺為1︰1000或1︰2000，那么測(cè)繪點(diǎn)間實(shí)際距離最好控制在10m～15m為宜，如果確實(shí)有個(gè)別特殊的地形點(diǎn)、地物點(diǎn)沒施測(cè)到，這時(shí)候，鏡站（前站）人員一定要用通信工具告訴測(cè)站人員該點(diǎn)與所測(cè)到的點(diǎn)的相對(duì)位置，然后由測(cè)站人員用南方測(cè)繪通計(jì)算出該點(diǎn)的坐標(biāo)，再施測(cè)于實(shí)地，測(cè)繪出高程。隧道軸線橫斷面線一般均設(shè)計(jì)在隧道軸線進(jìn)出口兩端，而且有些橫斷面在曲線上，成圖比例尺較高，一般為1︰100或1︰200，測(cè)繪精度要求也隨之較高，這時(shí)候測(cè)繪點(diǎn)間的實(shí)際距離最好控制在3m～5m。這種采用坐標(biāo)法測(cè)繪的隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪精度完全能夠滿足工程地質(zhì)勘查、設(shè)計(jì)等測(cè)繪精度的需要。

在坐標(biāo)法施測(cè)過(guò)程中，測(cè)站點(diǎn)的選擇尤為重要，這就要求鏡站（前站）人員要有豐富的測(cè)繪實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，測(cè)站人員要有豐富的測(cè)繪理論知識(shí)，以備隨時(shí)計(jì)算出軸線縱、橫斷面線上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)。

本文以國(guó)道318線海子山至竹巴籠端波戈溪隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪為例介紹坐標(biāo)法的實(shí)際應(yīng)用：

波戈溪隧道位于四川省巴塘縣波戈溪鄉(xiāng)境內(nèi)，這里山高路險(xiǎn)，溝谷交錯(cuò)，坡陡林密，平均海拔在3500m以上，是國(guó)道318線必經(jīng)之地，而且該隧道軸線有直線和曲線兩種情況，如圖1所示的波戈溪隧道軸線示意圖。野外測(cè)繪作業(yè)條件十分困難，基于該條件，測(cè)繪技術(shù)人員采用坐標(biāo)法對(duì)該隧道軸線進(jìn)行工程地質(zhì)縱橫斷面測(cè)繪。

3.1 線路縱斷面測(cè)繪

線路縱斷面測(cè)繪是沿著地面上已經(jīng)定出的線路測(cè)出所有中線樁的高程，并根據(jù)測(cè)得的高程和各樁的里程繪制線路的縱斷面圖，為線路縱斷面設(shè)計(jì)服務(wù)，以確定線路的坡度、路基的標(biāo)高和填挖高度以及沿線橋梁隧道的位置等。線路縱斷面測(cè)量中樁高程測(cè)量不需進(jìn)行平差。

線路縱斷面圖是表示線路中線上地面起伏變化情況的斷面圖。它以線路的里程為橫坐標(biāo)，中樁的高程為縱坐標(biāo)。橫坐標(biāo)的比例尺一般為1︰2000或1︰1000，高程比例尺為1︰500或1︰200。按線路前進(jìn)方向自左向右繪制。

3.2 線路橫斷面圖的測(cè)繪

在鐵路或公路設(shè)計(jì)中，只有線路的縱斷面圖還不能滿足工程地質(zhì)勘察，路基、隧道、橋涵、站場(chǎng)等專業(yè)設(shè)計(jì)以及計(jì)算土方、石方數(shù)量等方面的要求。因此必須測(cè)繪表示線路兩側(cè)地形起伏情況的橫斷面圖。在線路上所有的百米樁、加樁處均需測(cè)繪橫斷面圖。它是定測(cè)階段工作量很大的一項(xiàng)工作。

橫斷面的方向，在直線地段與線路方向垂直；在曲線地段與各點(diǎn)的切線方向垂直。

橫斷面圖一般是繪制在毫米方格紙上。為了便于計(jì)算面積和設(shè)計(jì)路基斷面，其水平距離和高程采用同一比例尺，通常是 1︰200。橫斷面圖可在野外繪制，也可在室內(nèi)繪制。按斷面里程的順序逐個(gè)繪制在一張圖紙上，其排列順序是由下而上、由左到右，相鄰斷面間應(yīng)留有一定空隙，以便繪出路基斷面。

上述隧道軸線縱橫斷面測(cè)繪成果及成圖質(zhì)量均滿足《規(guī)范》及《規(guī)程》要求，受到業(yè)主方和設(shè)計(jì)單位的好評(píng)。如圖2所示的波戈溪隧道軸線縱、橫斷面線布設(shè)示意圖。在該圖中，各種符號(hào)表示如下：

K260+600——隧道軸線里程樁號(hào)，K260表示公里數(shù)，600表示百米數(shù)。

JD——線路轉(zhuǎn)向處兩條直線相交點(diǎn)，簡(jiǎn)稱交點(diǎn)。

ZY——線路直線與曲線相交點(diǎn)，簡(jiǎn)稱直圓點(diǎn)。

YZ——線路曲線與直線相交點(diǎn)，簡(jiǎn)稱圓直點(diǎn)。

ZH——線路直線與緩和曲線相交點(diǎn)，簡(jiǎn)稱直緩點(diǎn)。

HZ——線路緩和曲線與直線相交點(diǎn)，簡(jiǎn)稱緩直點(diǎn)。

圖2中，K260+600（進(jìn)口）至K263+900（出口）為隧道軸線縱斷面線長(zhǎng)度，全長(zhǎng)3300m。1、2、3、4、5為隧道軸線進(jìn)口端橫斷面線編號(hào)，6、7、8、9、10、11、12為隧道軸線出口端橫斷面線編號(hào)。進(jìn)口端橫斷面線在隧道軸線直線上，出口端橫斷面線在隧道軸直線和曲線上。施測(cè)時(shí)首先根據(jù)已知要素計(jì)算出隧道軸線縱斷面每隔10m點(diǎn)間距的實(shí)際坐標(biāo)和隧道軸線橫斷面每隔3m點(diǎn)間距的實(shí)際坐標(biāo)，然后根據(jù)最佳的測(cè)站點(diǎn)及后視點(diǎn)，采用全站儀施測(cè)于實(shí)地，測(cè)繪出各點(diǎn)的高程。

結(jié)論

在施測(cè)該隧道時(shí)，縱斷面線施測(cè)共用了5個(gè)測(cè)站點(diǎn)，進(jìn)出口端橫斷面線施測(cè)各用了一個(gè)測(cè)站點(diǎn)，總共施測(cè)斷面線為13條：1條縱斷面線和12條橫斷面線。這樣既節(jié)省了人力、物力及財(cái)力，又提高了測(cè)繪精度。當(dāng)然該坐標(biāo)法在其他工程測(cè)繪中也能使用。

參考文獻(xiàn)

[1]高井祥.測(cè)繪工程師手冊(cè)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2011.

[2]交通部第一公路勘察設(shè)計(jì)院.公路工程勘測(cè)規(guī)程2011版[M].北京：人民交通出版社，2011.