2.5. Разбивка тоннелей

Особенностью разбивочных работ при строительстве тоннелей является то, что ось сооружения в лучшем случае видна только у входного и выходного порталов. А при разбивке метро имеют место только шахты, через которые необходимо передать на необходимую глубину Hпод землю направление оси сооружения. Причем ось сооружения необходимо передать с опорной наземной сети в различные места сооружения для одновременного производства работ по пробивке тоннеля или метро в нескольких забоях. В этом случае основным требованием к наземной сети опорных точек для разбивки тоннелей и метро является обеспечение возможности наиболее точной передачи координат точек (X,Y,H) и дирекционного угла () направления оси сооружения в шахты метро или в подземные части тоннеля.

1. Геодезическое обоснование трассы тоннеля

Геодезическое обоснование для тоннелей представляет собой единое целое, но разделяется тем, что часть его строится на поверхности, а часть в шахтах метро или в тоннелях. Причем наземное обоснование (тоннельная триангуляция и подходная полигонометрия) строится перед началом общих строительных работ, тогда как подземная часть обоснования строится в период строительных работ, то есть в период проходки тоннеля.

Геодезическое обоснование создается для перенесения на местность всех запроектированных объектов: на дневной поверхности, в шахтах и горизонтальных выработках. Причем разбивка сооружений на поверхности и в тоннеле осуществляется как единого строительного комплекса. Поэтому и геодезическое обоснование строится в единой системе координат и высот. Для обеспечения проекта организации строительства и ускорения строительных работ их производство осуществляются с нескольких площадок (шахт), а проходка горизонтальных выработок производится на встречных забоях. Для обеспечения точности сбоек встречных забоев к геодезическим работам предъявляются специальные требования.

Плановым геодезическим обоснованием является тоннельная триангуляция или полигонометрия. Для ее сгущения вдоль трассы тоннеля прокладывается ход основной и подходной полигонометрии. Точки подходной полигонометрии устраиваются у стволов шахт так, чтобы удобно и с наибольшей точностью передать направление (дирекционный угол) в горизонтальную выработку тоннеля.

Требования к точности тоннельной триангуляции

Разряд	Длина тоннеля, км	Длина сторон, км	Средние квадратические погрешности
			измерения углов, "	исходной стороны	слабой стороны	Дирекцион-ного угла "
I	> 8	4 – 10	0,7	1:400000	1:200000	1,5
II	5 – 8	2 – 7	1,0	1:300000	1:150000	2,0
III	2 – 5	1,5 - 5	1,5	1:200000	1:120000	3,0
IV	1 - 2	1 - 3	2,0	1:150000	1:70000	4,0

Рис. 20 а. Схема тоннельной триангуляции и подходной полигонометрии

Кроме того выполняют рабочие, контрольные и главные измерения глубины шахты. По этим измерениям выходят на проектную глубину шахты. Для измерений используют специальные проволоки, имеющие маленький коэффициент теплового расширения. Отметку на дне шахты закрепляют с помощью специально закладываемого знака (репера).

Требования к точности тоннельной полигонометрии

Разряд поли-гоно-метрии	Длина тоннеля, км	Длина хода полигоно-метрии, км	Средние квадратические погрешности измерения углов
			по оценке станции	по многократным измерениям и по невязкам ходов
I	> 8	3 – 10	0,4	0,7
II	5 – 8	2 – 7	0,7	1,0
III	2 – 5	1,5 - 5	1,0	1,5
IV	1 - 2	1 - 3	1,5	2,0

Рис. 20 г. Схема передачи отметки в шахту

2. Разбивка прямолинейного тоннеля

Во всех случаях, когда это возможно (особенно для прямолинейных горных тоннелей), стремятся провешить ось сооружения по дневной поверхности. При этом разбивку створных точек выполняют одним из перечисленных выше методов от опорных точек полученных методом тоннельной триангуляции или полигонометрии. Чаще вешение оси сооружения через гору невозможно. В таких случаях разбивают только ключевые точки А, В, (рис. 21), соответствующие началу и концу тоннеля, а для передачи направления (дирекционного угла) устанавливают дополнительные опорные точки (С, D) по створу оси сооружения на входе в тоннель и на его выходе. ТочкиA,B,C,Dвключают в развиваемую между ними сеть тоннельной триангуляции, в результате которой уточняют их координаты. По уточненным координатам для прямолинейных тоннелей из решения обратной геодезической задачи определяют уточненную длину (d) тоннеля и дирекционный угол (),его направления.

Эти вычисления выполняют по формулам:

- расстояние AB=d

- румб линии ABвычисляют по формуле:

A_(X,Y,H)

B_(X,Y,H)

C

D

Е

Е

d, , i,

2

4

1

3

Рис. 21. К разбивке прямолинейного тоннеля с постоянным уклоном

При определении наименования румба используется одно из следующих соотношений:

- если X₁ – X_A  0 и Y₁ – Y_A  0, то румб (r_A1) северо-восточный (СВ);

- если X₁ – X_A < 0 и Y₁ – Y_A  0, то румб (r_A1) юго-восточный (ЮВ);

- если X₁ – X_A < 0 и Y₁ – Y_A < 0, то румб (r_A1) юго-западный (ЮЗ);

- если X₁ – X_A  0 и Y₁ – Y_A < 0, то румб (r_A1) северо-западный (СЗ).

По наименованию и численному значению румба (r_AB) устанавливают значение дирекционного угла _AB. При этом используется одна из следующих формул:

• если румб (СВ), то  _A1 = r _A1;

• если румб (ЮВ) то _A1 =180 - r _A1;

• если румб (ЮЗ) то _A1 = 180 + r _A1;

• если румб (СЗ) то _A1 = 360 – r _A1.

Для обеспечения сбойки тоннеля по высоте устанавливают отметки точек H_АиH_Ви определяют фактический уклон (i) линии тоннеля:

. (39)

и ее угол наклона: =arctgi.

Нивелирование опорных точек выполняют по программе IIилиIIIкласса.

Эти данные (d, , i, , см. рис. 21) являются основными при разбивке прямолинейного тоннеля с одинаковым уклоном по его длине.

Задание направления тоннеля, контроль расстояний проходки и уклон линии выполняют, используя следующую технологию:

• На точку С устанавливают теодолит, с помощью которого визируют через точку А по направлению в тоннель. На вертикальном круге теодолита с учетом его места нуля и знака уклона линии оси тоннеля устанавливают отсчет равный углу наклона линии тоннеля.

• При использовании электронного теодолита в его память заносят координаты точки С (X,Y,H), дирекционный угол направления тоннеля и угол наклона исходной линии. Ориентируют трубу теодолита по направлению и углу наклона. Включают режим измерения расстояния. При этом появляется лазерный луч, точка которого проектируется на склон горного массива.

• На склоне горного массива, куда спроектировалось перекрестие сетки нитей теодолита или точка лазерного луча отмечают точку. От этой точки вправо и влево по перпендикуляру к оси сооружения откладывают расстояния соответствующие половине ширины проходки тоннеля. От этой же точки с учетом высоты теодолита, установленного на точке С, откладывают вверх и вниз по склону расстояния соответствующие высоте тоннеля. Эти точки фиксируют на склоне горного массива и дают задание на начало проходки тоннеля.

• Аналогичные работы выполняют на выходном портале тоннеля, с той разницей, что установку теодолита выполняют на точке D, а визирование выполняют через точку “В”. При этом следует помнить, что отложение вертикального угла выполняют с учетом знака уклона оси тоннеля.

• Можно устанавливать теодолит на точки А и Б и путем визирования на точки С и Dориентировать направление АБ отложением угла 180. При этом следует помнить, что ориентировать направление АБ путем поворота трубы теодолита через зенит категорически запрещается, так как при этом сильное влияние оказывает значение неучтенной коллимационной погрешности теодолита.

• При проходке некоторого расстояния по заданному направлению в забое фиксируют точку Е или Е(см. рис. 21). Эти точки фиксируют на створе направления СА илиDB. По этим направлениям с необходимой точностью измеряют расстояниеd₁= АЕ иd₂= ВЕ. В измеренные расстояния вводят поправки за уклон линии оси тоннеля. Уклон определяют по результатам нивелирования этих точек по формуле (22). При использовании дирекционного угла по направлению АЕ и дирекционного угла 180по направлению ВЕ решают прямую геодезическую задачу и устанавливают координаты точек Е и Е(X_ЕY_ЕиX_ЕY_Е). Из решения обратной геодезической задачи устанавливают расстояниеd_СБ= ЕЕ, которое является контрольным по сбойке тоннеля.

• Для контроля правильности определения в тоннеле координат точек Е и Епараллельно с измерением расстоянийd₁= АЕ иd₂= ВЕот опорных точек С иDпрокладывают независимый ход полигонометрии С,1,2, Е иD,3,4, Е(см. рис. 21). В этом ходе измеряют все внутренние углы полигона образованного точками основного и контрольного хода. После уравнительных вычислений принимают окончательные координаты точек Е и Е.

• Точки Е и Енивелируют с необходимой точностью и определяют их отметкиH_ЕиH_Е. Нивелирный ход в обязательном порядке замыкают на опорные высотные репера и выполняют уравнительные вычисления. Зная контрольное расстояние сбойкиd_СБ, по формуле (22) вычисляют уклонi_ЕЕлинии ЕЕ, который сравнивают с базовымi_АBуклоном линии АB.

• При необходимости корректируют положение центра проходки по установленным значениям координат и отметок точек Е и Е(X_Е,Y_Е,H_ЕиX_Е, Y_Е,H_Е).

Использование описанной последовательности работ по контролю проходки тоннеля удобно тем, что можно постоянно контролировать направление проходки тоннеля. Такое контролирование осуществляется путем визирования теодолитом через створные точки А и Б на точки Е и Е, установленные в забое (светящуюся лампочку) по направлению АБ входного портала и по направлению БА выходного портала.

Такая технология является частным случаем общего случая, когда по местным условиям невозможно установить опорные точки CиDв створе линии АБ. В этом случае для ориентирования направления оси тоннеля используют опорные точки, находящиеся в произвольных местах (рис. 22) и имеющие координаты, установленные по результатам обработки тоннельной триангуляции.

Для ориентирования направления оси тоннеля по координатам этих точек из решения обратной геодезической задачи устанавливают направление линий СА (_CA) иDB(_DB). Зная дирекционный угол оси тоннеля (_АВ), устанавливают значения примычных углов_ВХи_ВЫХпо формулам (см. рис. 22):

_ВХ=_АВ+ 180-_СА

_ВЫХ=_АВ+ 180-_BD

На точках А и В устанавливают теодолит и путем отложения примычных углов определяют на местности направление входа в тоннель и выхода из него. Дальнейшая технология разбивки такого тоннеля и контроля его проходки аналогична выше описанной с той разницей, что каждый раз необходимо выполнять отложения примычных углов _ВХи_ВЫХ.

C

C

C

C

B_(X,Y,H)

_BD

d, _АВ, i,

_АВ

A_(X,Y,H)

Е

Е

D_(X,Y,H)

_ВЫХ

4

_ВХ

2

_СА

3

_DB

1

C_(X,Y,H)

Рис. 22. К разбивке прямолинейного тоннеля с постоянным уклоном

Разбивка прямолинейных тоннелей усложняется в том случае, если в тоннеле запроектирована вертикальная кривая. В этом случае необходимо четко контролировать проходку по отметкам, вычисленным для вертикальной кривой. Для контроля отметок точек используется нивелирование IIIилиIIкласса. По мере проходки тоннеля для контроля планового положения проходки назначаются и устанавливаются координаты дополнительных опорных точек внутри тоннеля. Измерение расстояний внутри тоннеля выполняют с высокой точностью (относительная погрешность не ниже 1:3000). В измеренные расстояния вводят поправки за наклон линии, которые устанавливают по результатам нивелирования смежных точек.