CN106123853B - 一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，涉及地质勘查和隧道施工领域。该测绘方法通过使用直尺和卷尺测量直线尺寸，得到同一地质体界线的水平距离、高度、高度差和里程，并通过这些测量得到的尺寸计算得到地质体的视倾角以及走向，再利用得到的走向和隧道中线方向差计算或查表得到真倾角，从而通过测量直线得到地质体的产状，代替了使用罗盘量角得到地质体产状的方法，解决了罗盘量角中由于隧道中照明不好费时费力的问题，以及摄影的方法得到的摄影时上下方向及水平方向的角度差使照片变形的问题。

Description

一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法

技术领域

本发明涉及地质勘查和隧道施工领域，尤其涉及一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法。

背景技术

隧道施工时必须对开挖暴露的地质情况进行测绘。铁路隧道和公路隧道、水利水电输水隧洞的量测监控项目的必测项目中的第一项就是掌子面地质素描。在隧道施工时还要及时对每一次爆破或每一循环开挖后的周边岩体作地质测绘，并绘成隧道纵断面图在竣工资料中提交。在作掌子面素描和隧道边墙、拱部的地质测绘时要测量岩层产状(包括走向、倾角和倾向)，断层和大节理及岩脉的产状(包括走向、倾角和倾向)。通常地质工作中产状均用罗盘测量，而在测量产状时，特别是测量倾角、倾向时，必须在岩层层面、断层面、大节理面和岩脉面上操作。这些测量在隧道中照明不好时颇费时力。因此每一项现场的测绘时间可达1小时左右。近年来，也有人采用摄影的办法将掌子面的边墙岩层、断层等作摄影，然后通过计算机上的作图办法将它绘成图。但是，近距离摄影的照片对不同高度的地质界线有仰角和俯角，照片会有变形，使测绘数据不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，包括如下步骤：

S1，测量地质体在隧道边墙或掌子面上的同一界面的不同位置的水平距离、高度、高度差和里程；

S2，根据所述水平距离、高度和高度差计算所述地质体的界面的视倾角；

S3，获取所述地质体的走向；

S4，根据隧道中线的走向和所述地质体的走向，计算所述地质体界面与水平面交线以及与掌子面或边墙的夹角；

S5，根据所述夹角计算或查表得到所述地质体的真倾角。

优选地，所述地质体包括：岩层、断层、岩脉和大节理，所述界面包括岩层层面、断层面、岩脉界面和大节理面。

优选地，S1中，所述测量采用两把直尺和一把卷尺，每把所述直尺长4～6m，携带时可折叠成2～5折；所述直尺上每间隔一米设置鲜明颜色的标志，每间隔10～20厘米设置醒目尺寸的标志，且所述直尺上设置互相垂直的水准泡，所述卷尺用于测量两把直尺之间的水平距离掌子面的里程、直尺到掌子面之间的距离、层厚、地质体界面间距及断层间距。

优选地，S1中，所述测量时，将所述直尺靠在掌子面或边墙上，通过水准泡使所述直尺处于铅垂状态；调整所述直尺长度使之不会向隧道内外倾斜；将所述直尺立在准备测绘的没有受断层、岩层面、岩脉、节理影响而及错动的位置。

优选地，所述测量时，将所述直尺靠在掌子面或边墙上，然后在两把直尺上读出同一地质体界面的高度，得到高度差，并用卷尺测量得到所述地质体界面同一高度的水平距离。

优选地，所述测量时，将所述直尺靠在掌子面或边墙上后，对测量现场进行摄影，得到摄影图像，按照所述摄影图像上的直尺上的尺寸，以其中摄影时与相机高度相当的一米为标准，其它部分按标准米的大小进行垂直缩放，并根据直尺的实际距离按标准米进行水平缩放，得到校正后的图像，根据所述校正后的图像中的直尺上的尺寸，得到所述地质体界面的水平距离、高度、高度差和里程。

优选地，所述按照所述摄影图像上的直尺上的尺寸，以其中摄影时与相机高度相当的一米为标准，其它部分按标准米的大小进行缩放，具体为：将所述摄影图像调入图像处理软件，按所述摄影图像中直尺上的每米的标志作铅垂向缩放，同时按所述摄影图像中直尺的实际水平距离作水平缩放。

优选地，S3采用如下方法实施：用罗盘测量正拱顶出露的所述地质体的走向。

优选地，S3采用如下方法实施：根据两个边墙出露的同一所述地质体界线同一高度的里程差及两个边墙的距离计算所述地质体与隧道中线夹角，进而计算出所述地质体的走向。

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，通过使用直尺和卷尺测量直线尺寸，得到同一地质体界线的水平距离、高度、高度差和里程，并通过这些测量得到的尺寸计算得到地质体的视倾角以及走向，再利用得到的走向和隧道中线方向差计算或查表得到真倾角，从而通过测量直线得到地质体的产状，代替了使用罗盘量角得到地质体产状的方法，解决了罗盘量角中由于隧道中照明不好费时费力的问题，以及摄影的方法得到的摄影时上下方向及水平方向的角度差使照片变形的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法流程示意图；

图2是直尺靠在隧道边墙工作示意图；

图3是直尺靠在隧道掌子面工作示意图。

图中，各符号的含义如下：

1为直尺，2为隧道拱脚，a为岩层层面，d为断层，j为大节理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，包括如下步骤：

S1，测量地质体在隧道边墙或掌子面上的同一界面的不同位置的水平距离、高度高度差和里程；

S2，根据所述水平距离、高度和高度差计算所述地质体的界面的视倾角；

S3，获取所述地质体的走向；

S4，根据隧道中线的走向和所述地质体的走向，计算所述地质体界面与水平面交线以及与掌子面或边墙的夹角；

S5，根据所述夹角计算或查表得到所述地质体的真倾角。

其中，所述地质体包括：岩层、断层、岩脉和大节理，所述界面包括岩层层面、断层面、岩脉界面和大节理面。

在本发明的一个优选实施例中，S1中，所述测量采用两把直尺和一把卷尺，每把所述直尺长4～6m，携带时可折叠成2～5折；所述直尺上每间隔一米设置鲜明颜色的标志，每间隔10～20厘米设置醒目尺寸的标志，且所述直尺上设置互相垂直的水准泡，所述卷尺用于测量两把直尺之间的水平距离和掌子面的里程、直尺到掌子面之间的距离、层厚、地质体界面间距及断层宽度。

在本发明的一个优选实施例中，S1中，所述测量时，将所述直尺靠在掌子面或边墙上，通过水准泡使所述直尺处于铅垂状态；调整所述直尺长度使之不会向隧道内外倾斜；将所述直尺立在准备测绘的断层、岩层面、岩脉、节理及错动的位置。

在本发明的一个优选实施例中，所述测量时，将所述直尺靠在掌子面或边墙上，然后在两把直尺上读出同一地质体界面的高度，得到高度差，并用卷尺测量得到所述地质体界面同一高度的水平距离。

在本发明的一个优选实施例中，所述测量时，将所述直尺靠在掌子面或边墙上后，对测量现场进行摄影，得到摄影图像，按照所述摄影图像上的直尺上的尺寸，以其中摄影时与相机高度相当的一米为标准，其它部分按标准米的大小进行垂直缩放，并根据直尺的实际距离按标准米进行水平缩放，得到校正后的图像，根据所述校正后的图像中的直尺上的尺寸，得到所述地质体界面的水平距离、高度、高度差和里程。

在本发明的一个优选实施例中，所述按照所述摄影图像上的直尺上的尺寸，以其中与摄影机高度相当的一米为标准，其它部分按标准米的大小进行缩放，具体可以为：将所述摄影图像调入图像处理软件，按所述摄影图像中直尺上的每米的标志作铅垂向缩放，同时按所述摄影图像中直尺的实际水平距离作水平缩放。

在本发明的一个优选实施例中，S3可以采用如下方法实施：用罗盘测量正拱顶出露的所述地质体的走向。

在本发明的一个优选实施例中，S3可以采用如下方法实施：根据两个边墙出露的同一所述地质体界线同一高度的里程差及两个边墙的距离计算所述地质体与隧道中线夹角，进而计算出所述地质体的走向。

本发明实施例中，采用了通过测量直线得到地质体界面产状的方法。其中，包括两种方法，一种是直接读出直尺上的读数，另一种是通过摄影的方法得到摄影图像，对摄影图像上通过直尺上的尺寸进行处理，具体详述如下：

(一)用直尺直接丈量测出岩层层面，断层面和大节理面及岩脉面的产状，包括走向、视倾角和真倾角，包括如下步骤：

(1)制作两把直尺，直尺长约4～6m，携带时可折叠成2～5折。直尺上每米标一鲜明的颜色，每10～20厘米作一醒目尺寸标志，直尺上设互相垂直的水准泡。

(2)将两把长尺打开并垂直靠在掌子面或边墙上，通过水准泡使它们处于铅垂状态，在直尺上读出同一岩层面、断层面、大节理面、岩脉面的高度，并用卷尺测出两把直尺的之间的距离。

(3)在隧道施工时，往往设计资料上会给出隧道中线的方向角；否则用罗盘或经纬仪、全站仪等测出隧道中线的方位角或象限角；或在两边墙同一断层、岩层面、大节理、岩脉在同一高度出露点准确丈量里程，计算出其距离，然后根据隧道中线方位角或象限角计算出这些地质体的走向。

(4)根据步骤(2)、(3)中测出的尺寸计算出地质体(断层、岩层面、大节理、岩脉)界面的视倾角和走向。然后确定它们的倾向并计算出它们与隧道边墙的夹角，从而计算出地质体的真倾角。

(5)绘制3面展开平面图(拱顶、左边墙、右边墙)。

(二)通过摄影，并对摄影图像处理后，得到岩层层面，断层面和大节理面及岩脉面的产状，包括走向、视倾角和真倾角，包括如下步骤：

(1)制作两把直尺，直尺长约4～6m，携带时可折叠成2～5折。直尺上每米标一鲜明的颜色，每10～20厘米作一醒目尺寸标志，直尺上设互相垂直的水准泡；

(2)将两把直尺打开并垂直靠在掌子面或边墙上，通过水准泡使它们处于铅垂状态，然后摄影。

(3)在计算机上调出摄影图像，按图像上的直尺上的尺寸，以其中与摄影机高度相当的一米为标准，其它部分按标准米的大小进行缩放，得到校正后的图像。

(4)在校正后的图像中的直尺上读出岩层面、断层面、大节理面、岩脉面的高度，并用卷尺测出两把直尺的之间的距离。

(5)在隧道施工时，往往设计资料上会给出隧道中线的方向角；否则用罗盘或经纬仪、全站仪等测出隧道中线的方位角或象限角；并在两边墙同一断层、岩层面、大节理、岩脉在同一高度出露点准确丈量里程，计算出其距离，然后根据隧道中线方位角或象限角计算出这些地质体的走向。

(6)根据步骤(4)、(5)中测出的尺寸计算出地质体(断层、岩层面、大节理、岩脉)的视倾角和走向。然后确定它们的倾向，计算它们与隧道边墙的夹角，从而计算出地质体的真倾角。

(7)绘制3面展开平面图(拱顶、左边墙、右边墙)。

具体实施例：

1.隧道边墙地质体的测绘，可参见图2，可以按下列步骤进行实施：

(1)准确测定掌子面里程并以之作为各测量值的水平基准值；测定隧道拱顶的高度或拱脚、墙脚的位置及高度作为铅垂向测值的基本值；

(2)将直尺调整好长度，使之靠在隧道边墙上，做到：

A.因隧道拱脚以上呈弧形带拱顶，需调整直尺长度使之不致向隧道内、外倾斜；

B.通过直尺上的水准泡使直尺保持铅垂状；

C.在测量岩层层面时将两把直尺立在没有受断层影响而错动的位置；

D.丈量所需测各同一层面的水平距离和高度和里程并记录；

E.调整直尺位置，并按上述要求操作，测量断层和大节理的水平距离和高度和里程并记录；

F.一边边墙测绘完成后按同样方法和要求测绘另一边边墙；

G.测量时注意观察并记录两边墙所测的同一层面、断层、大节理、岩脉等；

H.根据上述的测量值计算出它们的视倾角；

I.用罗盘测量正拱顶出露的岩层、断层、岩脉、大节理等的走向，或根据两边墙出露的同一岩层、断层、岩脉、大节理等同一高度的里程差(距离)及两边墙距离计算出它们与隧道中线夹角计算出这些地质体的走向；

J.根据隧道中线的走向和岩层、断层、岩脉、大节理等的走向计算出它们的倾向角与边墙的夹角，计算或查表得到真倾角。

2.隧道掌子面地质体的测绘，可参见图3，可以按下列步骤实施：

(1)将直尺调整好长度，使之靠在隧道边墙上，做到：

A.通过直尺上的水准泡使直尺保持铅垂状；

B.在测量岩层层面时将两直尺立在没有受断层影响而错动的位置；

C.丈量所需测各同一层面的水平距离和高度并记录；

D.调整直尺位置，并按上述要求操作，测量断层和大节理的水平距离和高度和里程并记录；

E.根据上述的测量值计算出它们的视倾角；

(2)用罗盘测量正拱顶出露的岩层、断层、岩脉、大节理等的走向，或根据边墙资料得到这些地质体的走向；

(3)根据隧道中线的走向和岩层、断层、岩脉、大节理等的走向计算出它们的倾向角与掌子面的夹角，计算或查表得到真倾角。

3.通过摄影测绘隧道掌子面(参见图3)和边墙(参见图2)地质体，可以按下列步骤实施：

(1)将直尺调整好长度，使之靠在隧道边墙或掌子面上，通过直尺上的水准泡使直尺保持铅垂状；

(2)摄影；

(3)将摄入的影像调入图像处理软件，按图像中与摄影机高度相当的一米为标准，将直尺上的每米的标志作铅垂向缩放，并按直尺的水平距离作水平缩放。

(4)在图像上测量并计算出岩层、断层、岩脉、大节理等的视倾角；

(5)用罗盘测量正拱顶出露的岩层、断层、岩脉、大节理等的走向，或根据边墙资料得到这些地质体的走向；

(6)根据隧道中线的走向和岩层、断层、岩脉、大节理等的走向，计算出并确定它们的倾向角、计算出它们与掌子面的夹角，计算或查表得到真倾角。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，通过使用直尺和卷尺测量直线尺寸，得到同一地质体界线的水平距离、高度、高度差和里程，并通过这些测量得到的尺寸计算得到地质体的视倾角以及走向，再利用得到的走向和隧道中线方向差计算或查表得到真倾角，从而通过测量直线得到地质体的产状，代替了使用罗盘量角得到地质体产状的方法，解决了罗盘量角中由于隧道中照明不好费时费力的问题，以及摄影的方法得到的摄影时上下方向及水平方向的角度差使照片变形的问题。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，测量地质体在隧道边墙或掌子面上的同一界面的不同位置的水平距离、高度、高度差和里程；所述测量采用两把直尺和一把卷尺，每把所述直尺长4～6m，携带时可折叠成2～5折；所述直尺上每间隔一米设置鲜明颜色的标志，每间隔10～20厘米设置醒目尺寸的标志，且所述直尺上设置互相垂直的水准泡，所述卷尺用于测量两把直尺之间的水平距离及掌子面的里程、直尺到掌子面之间的距离、层厚、地质体界面间距及断层间距；

S2，根据所述水平距离、高度和高度差计算所述地质体的界面的视倾角；

S3，获取所述地质体的走向；

S4，根据隧道中线的走向和所述地质体的走向，计算所述地质体界面与水平面交线以及与掌子面或边墙的夹角；

S5，根据所述夹角计算或查表得到所述地质体的真倾角。

2.根据权利要求1所述的隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，其特征在于，所述地质体包括：岩层、断层、岩脉和大节理，所述界面包括岩层层面、断层面、岩脉界面和大节理面。

3.根据权利要求1所述的隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，其特征在于，S1中，所述测量时，将所述直尺靠在掌子面或边墙上，通过水准泡使所述直尺处于铅垂状态；调整所述直尺长度使之不会向隧道内外倾斜；将所述直尺立在准备测绘的没有受断层、岩脉、节理影响而错动的位置。

4.根据权利要求1所述的隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，其特征在于，所述测量时，将所述直尺靠在掌子面或边墙上，然后在两把直尺上读出同一地质体界面的高度，得到高度差，并用卷尺测量得到所述地质体界面同一高度的水平距离。

5.根据权利要求3所述的隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，其特征在于，所述测量时，将所述直尺靠在掌子面或边墙上后，对测量现场进行摄影，得到摄影图像，按照所述摄影图像上的直尺上的尺寸，以其中摄影时与相机高度相当的一米为标准，其它部分按标准米的大小进行垂直缩放，并根据直尺的实际距离按标准米进行水平缩放，得到校正后的图像，根据所述校正后的图像中的直尺上的尺寸，得到所述地质体界面的水平距离、高度、高度差和里程。

6.根据权利要求5所述的隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，其特征在于，所述按照所述摄影图像上的直尺上的尺寸，以其中摄影时与相机高度相当的一米为标准，其它部分按标准米的大小进行缩放，具体为：将所述摄影图像调入图像处理软件，按所述摄影图像中直尺上的每米的标志作铅垂向缩放，同时按所述摄影图像中直尺的实际水平距离作水平缩放。

7.根据权利要求1所述的隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，其特征在于，S3采用如下方法实施：用罗盘测量正拱顶出露的所述地质体的走向。

8.根据权利要求1所述的隧道掌子面与边墙作地质体界面的测绘方法，其特征在于，S3采用如下方法实施：根据两个边墙出露的同一所述地质体界线同一高度的里程差及两个边墙的距离计算所述地质体与隧道中线夹角，进而计算出所述地质体的走向。