浅谈坐标法在隧道轴线纵横断面测绘中的应用

万志华

摘 要：隧道一般分两大类：傍山隧道和越岭隧道，这些隧道轴线穿越高山，地面植被茂密，沟谷交错，通视条件极为困难，而且隧道轴线有直线和曲线两种形式，轴线长，一般均在3km以上，属特长隧道，野外隧道轴线纵横断面测绘十分困难。本文主要介绍了坐标法在隧道轴线纵横断面测绘中的应用，结合国道318线海子山至竹巴笼段波戈溪隧道轴线纵横断面测绘具体事例加以阐述说明。

关键词：傍山隧道；越岭隧道；特长隧道；直线；曲线；隧道轴线纵横断面测绘；坐标法

中图分类号：TU196 文献标志码：A

1 现状

随着科学技术的发展，先进的测绘工具不断更新，由光学仪器发展到当今的一体化测角测距全站型仪器，这对广大工程测绘技术人员来讲，外业工作十分简洁方便了。但是在野外测绘作业中，仪器固然先进，但受到很多客观因素的制约，如通视条件，使广大工程测绘技术人员浪费了大量的人力、物力和财力，这已越来越不适应测绘地理信息市场经济了。本文介绍了坐标法在隧道轴线纵横断面测绘中的应用。

2 问题

隧道轴线纵横断面测绘按照隧道分为傍山隧道（如国道318线海子山至竹巴笼端波戈溪隧道）和越岭隧道（如大邑县孙家坡隧道及国道318线二郎山隧道）。这些隧道轴线穿越高山，植被茂密，沟谷交错，落差大，而且隧道轴线有直线和曲线两种，轴线长，一般均在3.0km以上，属于特长隧道，野外隧道轴线纵横断面测绘十分困难。例如按常规的测绘方法，如导线测绘等，不但仪器很难搬上山架设，而且地面断面线前进方向也很难扫除通视障碍物，加之隧道轴线有曲线形式，这时候，如果我們采用坐标法来施测，那就方便轻松多了。

3 解决方法

所谓坐标法，就是将轴线纵横断面线上的里程桩点根据已知要数，如已知点坐标、曲线半径（R）、线路转向角（α）等按换算公式式（1）及式（2）式换算成横坐标（x，y），然后用全站仪按坐标（x，y）施测于实地，测绘出纵坐标（Z），俗称高程。缓和曲线段各点坐标计算公式如下：

圆曲线段各点坐标计算公式如下：

当然在上述坐标换算过程中，要按照不同的《规范》及《规程》测绘比例尺要求，确定好里程桩号和测点间的实际距离。如果隧道轴线纵断面成图比例尺为1︰1000或1︰2000，那么测绘点间实际距离最好控制在10m～15m为宜，如果确实有个别特殊的地形点、地物点没施测到，这时候，镜站（前站）人员一定要用通信工具告诉测站人员该点与所测到的点的相对位置，然后由测站人员用南方测绘通计算出该点的坐标，再施测于实地，测绘出高程。隧道轴线横断面线一般均设计在隧道轴线进出口两端，而且有些横断面在曲线上，成图比例尺较高，一般为1︰100或1︰200，测绘精度要求也随之较高，这时候测绘点间的实际距离最好控制在3m～5m。这种采用坐标法测绘的隧道轴线纵横断面测绘精度完全能够满足工程地质勘查、设计等测绘精度的需要。

在坐标法施测过程中，测站点的选择尤为重要，这就要求镜站（前站）人员要有丰富的测绘实践经验，测站人员要有丰富的测绘理论知识，以备随时计算出轴线纵、横断面线上任意一点的坐标。

本文以国道318线海子山至竹巴笼端波戈溪隧道轴线纵横断面测绘为例介绍坐标法的实际应用：

波戈溪隧道位于四川省巴塘县波戈溪乡境内，这里山高路险，沟谷交错，坡陡林密，平均海拔在3500m以上，是国道318线必经之地，而且该隧道轴线有直线和曲线两种情况，如图1所示的波戈溪隧道轴线示意图。野外测绘作业条件十分困难，基于该条件，测绘技术人员采用坐标法对该隧道轴线进行工程地质纵横断面测绘。

3.1 线路纵断面测绘

线路纵断面测绘是沿着地面上已经定出的线路测出所有中线桩的高程，并根据测得的高程和各桩的里程绘制线路的纵断面图，为线路纵断面设计服务，以确定线路的坡度、路基的标高和填挖高度以及沿线桥梁隧道的位置等。线路纵断面测量中桩高程测量不需进行平差。

线路纵断面图是表示线路中线上地面起伏变化情况的断面图。它以线路的里程为横坐标，中桩的高程为纵坐标。横坐标的比例尺一般为1︰2000或1︰1000，高程比例尺为1︰500或1︰200。按线路前进方向自左向右绘制。

3.2 线路横断面图的测绘

在铁路或公路设计中，只有线路的纵断面图还不能满足工程地质勘察，路基、隧道、桥涵、站场等专业设计以及计算土方、石方数量等方面的要求。因此必须测绘表示线路两侧地形起伏情况的横断面图。在线路上所有的百米桩、加桩处均需测绘横断面图。它是定测阶段工作量很大的一项工作。

横断面的方向，在直线地段与线路方向垂直；在曲线地段与各点的切线方向垂直。

横断面图一般是绘制在毫米方格纸上。为了便于计算面积和设计路基断面，其水平距离和高程采用同一比例尺，通常是 1︰200。横断面图可在野外绘制，也可在室内绘制。按断面里程的顺序逐个绘制在一张图纸上，其排列顺序是由下而上、由左到右，相邻断面间应留有一定空隙，以便绘出路基断面。

上述隧道轴线纵横断面测绘成果及成图质量均满足《规范》及《规程》要求，受到业主方和设计单位的好评。如图2所示的波戈溪隧道轴线纵、横断面线布设示意图。在该图中，各种符号表示如下：

K260+600——隧道轴线里程桩号，K260表示公里数，600表示百米数。

JD——线路转向处两条直线相交点，简称交点。

ZY——线路直线与曲线相交点，简称直圆点。

YZ——线路曲线与直线相交点，简称圆直点。

ZH——线路直线与缓和曲线相交点，简称直缓点。

HZ——线路缓和曲线与直线相交点，简称缓直点。

图2中，K260+600（进口）至K263+900（出口）为隧道轴线纵断面线长度，全长3300m。1、2、3、4、5为隧道轴线进口端横断面线编号，6、7、8、9、10、11、12为隧道轴线出口端横断面线编号。进口端横断面线在隧道轴线直线上，出口端横断面线在隧道轴直线和曲线上。施测时首先根据已知要素计算出隧道轴线纵断面每隔10m点间距的实际坐标和隧道轴线横断面每隔3m点间距的实际坐标，然后根据最佳的测站点及后视点，采用全站仪施测于实地，测绘出各点的高程。

结论

在施测该隧道时，纵断面线施测共用了5个测站点，进出口端横断面线施测各用了一个测站点，总共施测断面线为13条：1条纵断面线和12条横断面线。这样既节省了人力、物力及财力，又提高了测绘精度。当然该坐标法在其他工程测绘中也能使用。

参考文献

[1]高井祥.测绘工程师手册[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011.

[2]交通部第一公路勘察设计院.公路工程勘测规程2011版[M].北京：人民交通出版社，2011.