摘要：利用普通全站仪进行工程测量，利用AutoCAD软件进行隧洞断面绘制，避免了繁杂的距离计算和过多地使用中桩坐标与高程数据，通过在懒龙河水库青苗地隧洞工程中的应用，证明该方法可大大提高工作效率。
关键词：AutoCAD；普通全站仪；隧洞断面图；绘制
1 工程概况
贵州省六枝特区懒龙河水库工程坝址位于六枝特区牛场乡、新场乡和梭戛乡的交界处，懒龙河为三岔河的一级支流，坝址以上流域面积257.3km²。懒龙河水库工程为供水、灌溉、发电、旅游开发为一体的综合性水利工程，总投资4.5亿元。建设内容有大坝枢纽工程、电站工程（装机容量为3500KW）、泵站工程（容量为1250KW3台）、引水隧洞工程长4260m）及管线工程（长9100m）。大坝为常态C20混凝土双曲拱坝，最大坝高 74m，坝顶弧长121.5m，水库总库容为1305万m³，正常蓄水位相应库容为660万m3，兴利库容为460万m3。工程建成后，P=95%工业供水毛供水量为1976万m³/a，年发电量1406万kW•h，并向下游放环境生态水水量2050万m³/a。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）的规定，综合确定懒龙河水库工程规模属中型，工程等别为Ⅲ等3级。
懒龙河水库青苗地隧洞全长为4260m，设计底坡0.25‰，桩号2+550处设一条支洞，支洞长110m，向下倾斜14度与主洞相连。主洞洞型为城门型，设计引用流量为Q=0.943 m³/s。洞身围岩为三叠系中统关岭组第一段泥岩、页岩与泥质白云岩不等厚互层和第二段薄至中厚层灰岩。开挖揭露后Ⅲ类围岩长2556m占60%，Ⅳ类围岩长426m占10%、Ⅴ类围岩长1278m占30%。根据围岩类别不同，Ⅲ类围岩（B型断面）底板和侧墙衬砌为20cm厚C20素混凝土，衬砌混凝土工程量2352m³，顶拱设计为锚杆挂网喷10cm厚C20混凝土，衬砌完成后尺寸（宽）1.8m×（高）2.12m，净断面面积3.71m2。Ⅳ、Ⅴ类围岩（A型断面）为全断面衬砌30cm厚C25钢筋混凝土，衬砌混凝土工程量4422m³，衬砌完成后净尺寸为（宽）1.8m×（高）2.32m，净断面面积3.9m2。在施工进程中，通过利用全站仪进行测量和 AutoCAD软件进行隧洞断面绘制，总结出了较为简便的隧洞断面绘制方法。
2 传统的测量成图方法
传统的隧洞施工测量在进行断面绘制时，使用水准仪、经纬仪和皮尺，在欲测断面的中轴线上架设仪器，测出断面上各测点距中轴线的水平距离与垂直距离，然后手工或在电脑上利用各测点距中轴线的水平距离与垂直距离进行断面图的绘制。利用全站仪进行断面测量时，把仪器架设在欲测断面的中轴线上照准洞轴线转90度进行断面观测，可得到准确的断面测量数据，但最上面点及最低点无法观测，并且在每个断面上架仪器一次太占用时间。在测量时只要立仪器于可通视的已知点上，尽量使测点在同一个面上即可。由于全站仪在进行测量之前已经进行了初始设置，读数后，将每个测点的坐标、高程数据自动进行了存储，现场测量完成后经数据下载、转换，最终告诉使用者的是欲测断面上各测点的坐标（Y，X）和高程（Z）值。如果将此坐标和高程再按传统方法进行处理，利用已知两点坐标求距离的公式，算出与欲测断面中桩点的水平距离和垂直距离，然后再进行断面绘制，还不如现场测量时就直接进行水平距离与垂直距离的测量，再手工记录下数据。如果是这样，全站仪就没有发挥其应有的功能。
3 在工程施工的实践中，我们总结了以下两种绘制断面图方法
3.1 方法一：
3.1.1理论依据：
全站仪下载的数据坐标是三维的大地坐标，如果直接展示在AutoCAD平面上，在坐标系中将是一个空间点并且理论上反映的是一条直线，因此需要将此三维坐标进行转换，使之成为二维坐标后方可进行平面图的绘制。
现提出一种假设：欲测断面的中轴线就是从全站仪下载的三维坐标数据中某一维的方向，同时假定就是Y坐标方向（X、Y方向是相对的，可自定）。那么绘图过程中，就可以舍去Y坐标值，直接将三维坐标转换成二维坐标，进行平面图形的绘制。但实际上欲测断面的中轴线方向不可能刚好与大地坐标的Y方向相同，总有一个夹角，如果直接舍去Y坐标值，仅采用X坐标与高程值进行断面图绘制，绘出的图形就不准确了，因此需将三维坐标进行转换才行。
设欲测断面的中轴线方向与大地坐标的Y方向的夹角为α，α可通过洞轴线方位角计算。以中桩点为坐标原点建立坐标系，使其洞轴线与新坐标的Y方向重合。在空间坐标系中，欲测断面上的测点坐标为（Y，X，Z），在绘图时，由于舍去了Y坐标值，只利用X坐标与高程Z，那么绘出的图形反映的只是实测断面在X、Z平面上的一个投影，这个投影与实测断面夹角为α，要正确绘制断面图，需将断面绕坐标原点进行旋转至与X坐标方向重合。
3.1.2准备工作
对隧洞而言，设计已经给出了洞口0+000桩号的中桩坐标、高程及各控制点坐标及高程，隧洞坡降和方向角等确定隧洞线路的参数。在AutoCAD图中绘制出洞中轴线图及洞轴线展开剖面图，在图中直接可读取某点的坐标及高程，量取该点到起点的距离即为该点的桩号，但在绘图时采用绝对坐标，以米为单位，且只能用（X，Y）绘制平面的轴线。如需绘制0+050的断面图，则从隧洞线路图0+000起量取50m距离处，该点坐标即为0+050中桩坐标，设为A50（Y50，X50），从剖面图中量取高程，当然高程也可根据洞坡降计算。
需要强调的是，制图时要注意X，Y坐标的方向，本文论述的坐格式的以全站仪默认的数据格式（X，Y，Z）为其础的，而CAD平面坐标系是以通常的X为水平方向，Y坐标为纵方向，格式为（X，Y）。因此在进行点和输入时要将X，Y坐标互换，如点A（XA，YA），在CAD成图时应输入为A（YA，XA）。
3.1.3数据处理
第一步：将从全站仪下载的数据了任意两个数据的X，Y坐标值，求出方位角，由于实测时存在误差，所以在取两个测点时尽可能距离大些，使角度误差尽可能小，但在理论上无论是取哪两个点的Y、X坐标进行角度计算，其角度值都应该是一样的。如取P1，P2两点进行算，则tg（α）=arctg（Y1-Y2）/（X1-X2）
第二步：求出新的X坐标X1
X1=X/cos（α）
第三步：将每个测坐标的X坐标换成为新坐标X1，运用Excel或其它软件的函数能能，可方便转换。
3.1.4用转换后的数据绘制实测断面
测点坐标值（Y，X，Z）经转换后变为（Y1，X1，Z，），舍去Y坐标值后空间坐标变为平面坐标（X1，Z）。在CAD中用此平面坐标绘制隧洞断面图时，用直线连接各点，就形成了隧洞实测断面图。
3.2 方法二：
3.2.1各断面测量及数据的输出
测量时只要立仪器于可通视的已知点上，尽量使测点在同一个面上即可满足工程要求。但每站最好只观测量前后各30米。每个断面尽量多设一些测点，一般间隔1米一个点。现在的仪器都有数据输出功能，各种品牌操作方法不同。输出的数据反正都是坐标（X，Y，Z），按仪器操作方法操作，这里不在说明。输出各断面的坐标加上该断面上特征控制点的理论坐标即可进行断面图绘制。
3.2.2各断图的绘制及操作
第一步：根据输出的断面测点坐标和轴线上控制点的理论坐标，输入
论文作者:秦其科
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/6
标签：断面论文; 坐标论文; 隧洞论文; 断面图论文; 高程论文; 围岩论文; 测量论文; 《基层建设》2017年第25期论文;