淺談隧道超欠挖計算原理與程序設(shè)計 摘要：隨著鐵路、公路建設(shè)的快速發(fā)展，我國隧道建設(shè)的施工技術(shù)也大幅度提高，由于工期緊迫促成測量放樣的過程也是一個重要環(huán)節(jié)，如果再采用普通的尺距法不僅僅降低了放樣效率還造成了輪廓線的放樣精度，導(dǎo)致開挖掘進造成隧道超欠挖，所以現(xiàn)在通過卡西歐編程計算器結(jié)合帶紅外線的全站儀進行配套操作，這樣不僅提高了施測效率還保證了放樣精度，現(xiàn)通過本文給大家講解隧道超欠挖的計算原理和程序設(shè)計。 關(guān)鍵詞：隧道超欠挖 計算原理程序設(shè)計 何為超欠挖？：隧道超欠挖分為（超挖和欠挖），超挖即為隧道開挖輪廓線大于隧道設(shè)計輪廓線，欠挖即為隧道開挖輪廓線小于隧道設(shè)計輪廓線。 超欠挖的影響：隧道超欠挖不止直接影響到了施工進度、安全質(zhì)量，還會讓開挖費用增加，更重要的是由此造成了過量超填混凝土的費用。超挖在實際施工中由于重視不夠或方法不當，以至于在施工過程中會不知不覺地提高工程成本，從而也減少了應(yīng)得的利潤。 超欠挖是如何產(chǎn)生的？在目前的隧道施工中，掘進技術(shù)有兩種方法，一種是傳統(tǒng)的“鉆爆法（開挖臺階法）”；一種是“全斷面掘進法（盾構(gòu)掘進法）”。受各種條件的制約，“鉆爆法”仍是隧道施工的主要掘進方法。所以隧道超欠挖的形成也是不可避免的，下面講述一下形成超欠挖的三種情況。1、巖層變化：由于隧道開挖過程中隨著巖層的變化，地質(zhì)條件和圍巖裂隙的發(fā)生會出現(xiàn)不可避免的超欠現(xiàn)象，所以巖體是超欠挖的主要因素之一。 2、爆破方式：由于工作面（掌子面）是一個不平整的巖體面，導(dǎo)致鉆孔間距控制不當或間距過大、過小，容易影響其他孔位的爆破效果，或者由于裝藥結(jié)構(gòu)控制不當和掏槽不合理也會造成隧道超欠現(xiàn)象。 3、測量放線：由于隧道測量放線過程中能見度低，操作有限，測量人員進入隧道測量時導(dǎo)致前后視照準誤差，同時因為掌子面的凹凸不平畫輪廓線時也會產(chǎn)生偏離現(xiàn)象。 如何正確實施隧道測量工作？隧道測量工作由公司專業(yè)測量人員組織成立測量小組，根據(jù)設(shè)計院給定的坐標控制點和高程控制點進行建立導(dǎo)線控制網(wǎng)。并按規(guī)定程序檢查驗收，對施測組全體人員實行詳細的圖紙交底和方案交底，明確分工，所有施測的工作進度根據(jù)項目進度計劃進行安排。在隧道施工過程中，為了保證開挖、初期支護及二次襯砌后的凈空滿足設(shè)計規(guī)范要求，必須對已完工的主體工程進行全斷面檢查，常規(guī)的檢查一般采用帶紅外線的全站儀在現(xiàn)場實測三維坐標進行檢查，由于保證精度要求建議使用智能隧道斷面儀在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，然后導(dǎo)出數(shù)據(jù)輸入到電腦，利用儀器配套專業(yè)軟件一次成圖對比隧道輪廓線所形成的超欠挖。對于測量數(shù)據(jù)應(yīng)及時反饋到現(xiàn)場施工管理人員，以便及時控制開挖及襯砌凈空標準。 通過以上對隧道超欠挖的了解及形成和影響，如何正確施測和控制等，現(xiàn)在談?wù)勊淼莱吠诘挠嬎阍怼ＴS多測量人員會把超欠挖點位檢測和掌子面輪廓線放樣程序顛倒不分，其實隧道超欠挖計算屬于檢測點至該圓弧所對的圓心的半徑與設(shè)計圓心半徑的差值，而隧道輪廓線放樣則是放樣點至設(shè)計輪廓線邊緣的水平距離差值。 超欠挖計算原理：隧道超欠挖檢測的計算原理主要是通過三角函數(shù)所求，即由三角形的邊角關(guān)系求出對應(yīng)的邊長和理論邊長值產(chǎn)生的差值。 超欠挖檢測數(shù)學(xué)模型 超欠挖實測模型 從“超欠挖檢測數(shù)學(xué)模型”圖中可以看出x為大于設(shè)計輪廓線位置，表示該點為超挖，可以通過以下方式及公式進行求解得出x差值。1、 先通過tan-1求出夾角。2、 再通過cos求出邊長c。3、 用邊長c減去r半徑得出x差值。示例：假如a=4.8142、b= 6.026m、r=6.96m，求x？計算公式如下：x=acos（tan-1(ba)）-rx=0.753m從計算式得出該檢測點比隧道設(shè)計輪廓線大0.753米，屬于隧道超挖。 輪廓線放樣原理：隧道開挖輪廓線放樣的計算原理主要通過直角三角形的兩直角邊的平方和等于斜邊的平方原理進行求解。（俗稱勾股弦定理）數(shù)學(xué)公式中常寫作a2+b2=c2（即勾的平方加股的平方等于弦的平方）。勾股定理圖示 輪廓線放樣數(shù)學(xué)模型 說明：放樣點為現(xiàn)場開挖實測掌子面實際點位，x為超挖寬度，通過計算出x寬度然后將該點水平移動到設(shè)計標準輪廓線位置即可。方 式：1、 通過全站儀（配合紅外線或反射片）直接測出放樣點坐標X、Y和高程Z。2、 用卡西歐編程計算器（或PDA、手機軟件等）反算出放樣點的實際里程和該點距隧道中心線水平距離d。 過 程：a）用放樣點實測高程Z減去O1點圓心設(shè)計理論高程得出高度a。b）斜長c等于圓心理論半徑R，求b長度，公式：c）求x寬度，公式： 示例：放樣點至隧道中心間距d= 6.026m、放樣點實測高程Z=314.8142m、O1圓心高程H=310.0000m、O1圓心理論半徑c=6.96m，通過以下公式求解！x= x=1.000m從以上計算式中得出現(xiàn)場放樣點距設(shè)計理論輪廓線的水平距離為1m，說明放樣點需要向設(shè)計輪廓線內(nèi)移動1m才是放樣的標準位置，然后將所有放樣的點位用線形鏈接起來即成了掌子面開挖輪廓線。輪廓線放樣數(shù)學(xué)模型 輪廓線放樣掌子面效果圖 超欠挖程序設(shè)計：通過以上了解相信各位對隧道超欠挖和隧道輪廓線放樣的方式并不陌生了，現(xiàn)在對隧道輪廓線的放樣程序進行設(shè)計。 程序適用：CASIO fx-5800P工程測量編程計算器程序主題：直線隧道開挖輪廓線放樣程序 準備工作：1、公式：直線坐標正算、反算公式，直線縱坡計算公式，勾股定理公式。2、工具：CASIO fx-5800P工程測量編程計算器。3、數(shù)據(jù)：隧道標準設(shè)計圖、放樣點實測三維坐標X、Y、Z數(shù)據(jù)。 鐵路雙線隧道橫斷面設(shè)計圖 直線坐標正算公式：X=X+Dcos(F)Y=Y+Dsin(F)式中：X、Y為起點坐標，D為計算長度，F(xiàn)為直線方位角。 直線坐標反算公式：Sin()D、Qtan()式中：為直線起點到放樣點直線方位角，D為直線起點到放樣點計算斜長，Q為反算偏距（垂距）。 勾股定理公式： 示例：理論數(shù)據(jù)：以設(shè)計左線為基準線形，起點樁號DK0+1000，起點坐標X=97673.389，起點Y=65327.753，直線方位角F=565522，起點高程H=310.687，縱坡I=0.50（單位為百分數(shù)）。實測數(shù)據(jù)：放樣點實測坐標X=97939.880，Y=65750.885，高程H=320.158 程序建立：程序設(shè)計需要有一個明確的思路和合理的方法，然后通過結(jié)合數(shù)學(xué)計算模型進行程序化語言編譯。通過本文了解到超欠挖的計算原理分析后，現(xiàn)在運用程序語言進行設(shè)計和編譯，超欠挖程序主要分為（主程序和子程序）共5個，其中ZXCQW為運算主程序，其他均為調(diào)用子程序。 主程序：ZXCQW（程序名可自定義）DK(QD)？A：X(QD)？B：Y(QD)？C：FWJ？F：QDH？Z：ZP？P（建立變量）1=XY.2=DK：J？W（提示選擇）If W2：ThenProgZXZSC：Else ProgZXFSC：IfEnd（判斷語句，當W2時則跳轉(zhuǎn)到ZXFSC子程序運行） 正算程序，程序名：ZXZSCLb1 1：JSDK？E：PJ？G：PA？H（建立變量）X=：B+(E-A)cos(F)+Gcos(F+H)X（正算結(jié)果坐標X）Y=：C+(E-A)sin(F)+Gsin(F+H)Y（正算結(jié)果坐標Y）H=：Z+（E-A）P100H（正算結(jié)果高程H）Goto 1（返回至Lbl 1繼續(xù)重復(fù)運行） 反算程序，程序名：ZXFSCLb1 1：X=？K：Y=？L：H=？M（建立變量）Pol(K-B，L-C)：ID：If J0：ThenJ+360J：Else JJ：IfEnd（起點至放樣點的直線方位角，式中J0為數(shù)字）If FJ：Then J-F：ElseF-J：IfEnd（判斷語句，為字母）Sin()DQ（計算偏距“垂距”公式）DK=：A+Qtan()R（顯示計算結(jié)果里程）PJ=：IfFZ4+Z2：ThenCls：Locate 2,2,HCFW？Goto 4：IfEnd（判斷語句，當放樣點高程大于O1圓心高程加O1圓心半徑時則提示該語句HCFW？，然后則返回到ZXFSC子程序）IfMZ7：ThenCls：Locate 2,2,HCFW？Goto 4：IfEnd（判斷語句，當放樣點高程小于O2圓弧最小高程時則提示該語句H0：Then Abs(Q)-Z1-L+UV：Else Abs(Q)+Z1-L+UV：IfEnd（計算結(jié)果，式中Q0為數(shù)字）Cls：CQW=：Locate 5,1,V（顯示超欠計算結(jié)果）Lbl 4：ProgZXFSC（返回ZXFSC子程序）說明：以上括號（）中屬于文字說明無需輸入。 結(jié)合以上程序設(shè)計與編寫現(xiàn)在進行數(shù)據(jù)核對與演示，以下為隧道放樣實測點理論計算圖示（方法采用勾股定理）。 隧道輪廓線放樣示意圖 程序演示：運行主程序：ZXCQWDK(QD)？=1000（直線起點里程）X(QD)？=97673.389（直線起點坐標X）Y(QD)？=65327.753（直線起點坐標Y）FWJ？=565522（直線方位角）QDH？=310.687（直線起點高程）ZP？=0.5（直線縱坡，單位為%）1=XY.2=DKJ？=2（提示選擇，輸入1為坐標正算，輸入2為坐標反算和超欠計算）X=？ 97939.880（輸入實測坐標X）Y=？ 65750.885（輸入實測坐標Y）H=？ 320.158（輸入實測高程H）計算結(jié)果：DK=1499.9999（顯示線路反算結(jié)果里程）PJ=7.6299（顯示線路反算結(jié)果偏距，正數(shù)為偏右，負數(shù)為偏左）CQW=0.596（顯示超欠計算結(jié)果，正數(shù)為大于設(shè)計輪廓線，負數(shù)為小于設(shè)計輪廓線） 附注：在這里或許有許多朋友要問，什么不編寫和演示交點法或者線元法類的主程序？其實這個隧道輪廓線放樣程序可以直接嵌入到交點法或者線元法主程序中，由于交點法和線元法程序編寫的語句和程序字符過多，所以這里不便演示，大家也可以根據(jù)自己所想的程序思路進行改進和優(yōu)化。 結(jié)論：通過對本文的