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中文摘要

國內隧道工程積極探討及引進新技術的同時,僅部分單位針對 施工中隧道之方向及高程控制、開挖斷面收方、絕對變位量測與其它 相關測量工作進行探討,為了設計出更快速、更符合於現地要求,所 以進行此視窗程式之開發與研究。

本研究內容包含隧道斷面收方的量測技術、隧道斷面收方的測量 原理,以及 Visual Basic 程式語言應用於工程技術等探討。另外在 可視化程式撰寫方面,使用以視覺化為主體的程式語言 Microsoft Visual Basic 6,使用者可看到即時執行的資料畫面。本研究之視窗 程式內容包含隧道斷面收方資料處理、隧道斷面收方繪圖等。

本 研 究 成 果 為 利 用 傳 統 隧 道 斷 面 收 方 的 方 法 結 合 Visual Basic 程式語言撰寫成一套視窗程式,並藉由實際隧道斷面收方資 料測試視窗程式之可行性。且撰寫完成之視窗程式經測試後可使用在 實際隧道的斷面收方上。本研究所完成之視窗化表單包含工程基本資 料系統、隧道斷面收方資料處理系統、隧道收方繪圖系統。結合測量原 理與程式編輯撰寫適合隧道斷面收方之程式,期能提昇國內隧道工 程測量之多元化。

關鍵字: 隧道斷面收方、測量、後方交會法、Visual Basic 視窗程式設 計、可視化

(7)

ABSTRACT

While the domestic tunnel engineering is enthusiastically discussed and instilled into new techniques, merely few organizations proceed to make studies - the direction, the control of elevation, the profile survey of the excavation, the absolute variation and any other factors relative to the measurement of the tunnel - to design more efficiently correspondent with the request of the field and therefore this windows programming has being developed and researched.

This research includes the measurement of resection method, the principle of profile survey of tunnel and the application of Visual Basic programming language to engineering techniques. According to the coding of visualization programming, Microsoft Visual Basic 6, using visualization as a principal part, makes it possible for users to immediately see data frames executed in progress. The content of programming design in this research consists of the data processing and illustration of the profile survey of tunnels, etc.

Combined traditional profile survey of tunnels with Visual Basic programming, a set of windows programming whose feasibility has been tested by actual data of the profile survey of tunnels and thus is proven to be usable is the product of this research. The form is composed of data system of the construction, the data processing system of the profile survey of tunnels and the illustration system of the survey of tunnels.

Joining the rule of measurement in the coding of the programming language to create a set of the windows programming adapted to profile survey of tunnels contributes to the expectation of raising the diversity of the measurement of domestic tunnels.

Key word: profile survey, measurement, Resection Method, Visual Basic Programming Design, Visualization.

(8)

致 謝

研究撰寫期間,承蒙恩師 李煜舲博士熱心指導、疑難解說、圖文 斧正,使學生能順利完成學業,特致崇上敬意與謝意。

另感謝宜蘭大學 趙紹錚博士於口試期間不吝指導使學生受益良 多,另感謝本校 楊朝平老師在學生組內及組外口試時之用心指導。

同時亦感謝 呂志宗老師對於學生在課業上之解惑及 吳淵旬老師在 學生在學期間用心的教學與指教,學生至感銘謝。

在校期間,由衷感謝吳俊傑、許榮達等專班學長及一起奮鬥的同 儕們,皆讓學生無論在專業知識或為人處事方面所得甚多。

最後,感謝我的家人爸爸、媽媽及親愛老婆的全心支持,讓我無 後顧之優,能順利完成學業。

謹此,獻上我深深的感謝給那些幫助我、協助我的家人、師長、好 友們。

謹識 民國九十五年一月十七日 於新竹

(9)

目 錄

中文摘要 ... I ABSTRACT ... II 致 謝 ... III 目 錄 ... IV 表 目 錄 ... VI 圖 目 錄 ... VII

第一章 緒論 ... 1

1.1 研究背景 ... 1

1.2 研究動機與目的 ... 1

1.3 研究內容 ... 2

1.4 研究流程 ... 3

第二章 文獻回顧 ... 4

2.1 前言 ... 4

2.2 隧道斷面收方之量測技術 ... 4

2.2.1 全自動隧道斷面收方系統- Profiler4000 量測技術 ... 4

2.2.2 三維變形光學量測技術 ... 6

2.3 隧道斷面收方之測量原理 ... 8

2.3.1 前方交會法 ... 9

2.3.2 後方交會法 ... 12

2.3.3 綜合式後方交會法 ... 13

2.4 Microsoft Visual Basic 視窗程式語言之原理與相關應用 ... 14

第三章 隧道斷面收方技術與相關作業流程 ... 21

3.1 前言 ... 21

3.2 隧道斷面收方基本資料蒐集 ... 21

3.2.1 隧道線形曲線資料 ... 21

3.2.2 隧道支撐型式 ... 22

3.2.3 隧道豎曲線資料 ... 22

3.3 隧道斷面量測方法 ... 22

3.4 隧道斷面收方之時機 ... 23

3.5 斷面收方作業流程與步驟之建立 ... 24

第四章 隧道斷面收方視窗程式之撰寫與設計 ... 29

4.1 前言 ... 29

4.2 Visual Basic 6.0 程式語言 ... 30

4.3 資料庫系統 ... 32

(10)

4.4.1 主要繪圖之視窗介面設計 ... 33

4.4.2 工程資訊系統之視窗設計 ... 33

4.4.3 資料處理系統之視窗設計 ... 33

4.4.4 成果顯示系統之視窗設計 ... 34

4.4.5 技術支援系統之視窗設計 ... 34

第五章 隧道斷面收方視窗程式實測 ... 43

5.1 前言 ... 43

5.2 玉長公路隧道 ... 43

5.2.1 工程概述 ... 43

5.2.2 隧道斷面收方基本資料 ... 43

5.2.3 收方步驟 ... 44

5.2.4 隧道斷面收方視窗程式之應用與成果顯示 ... 45

5.3 汐止山岳鐵路隧道 ... 46

5.3.1 工程概述 ... 46

5.3.2 隧道收方基本資料 ... 46

5.3.3 應用隧道斷面收方程式之結果 ... 47

第六章 結論與建議 ... 71

6.1 結論 ... 71

6.2 建議 ... 71

參考文獻 ... 72

附 錄 ... 74

(11)

表 目 錄

2.1 三維變形量測與傳統收歛量測之整理比較...15

2.2 三維變形量測系統之優缺點整理...16

5.1 玉長公路隧道工程控制樁資料...48

5.2 玉長公路隧道工程中線資料...49

5.3 玉長公路隧道工程標準斷面資料...50

5.4 汐止山岳鐵路隧道控制樁資料...52

5.5 汐止山岳鐵路隧道中線資料...53

5.6 汐止山岳鐵路隧道標準斷面資料...54

(12)

圖 目 錄

2.1 Profiler 4000 設備...18

2.2 測量之原理...19

2.3 前方交會法圖形...20

2.4 後方交會法圖形...20

3.1 緩和曲線各部名稱...26

3.2 單曲線各部名稱...26

3.3 豎曲線各部名稱...27

3.4 架設在隧道內任一點上...27

3.5 架設在已知點上...27

3.6 Leica TCR 307 收方儀器...28

3.7 隧道斷面收方圖...29

圖 4.1 專案建立選擇圖示...35

圖 4.2 Visual Basic 視窗設計介面...35

圖 4.3 視窗程式設計...36

4.4 Excel 之 csv 檔案形式...37

4.5 Asscess 2000 資料庫介面...37

4.6 隧道斷面收方資料匯入 Asscess 2000 資料庫...38

圖 4.7 主要繪圖視窗介面設計...38

圖 4.8 工程資訊系統視窗設計...39

圖 4.9 資料處理系統之視窗設計...40

圖 4.10 成果顯示系統之視窗設計...41

4.11 技術支援系統之視窗設計...42

5.1 玉長公路位置圖...57

5.2 隧道斷面收方程式主畫面(玉長公路隧道)...58

5.3 開啟新檔畫面(玉長公路隧道)...59

5.4 收方資料 Excel 檔(玉長公路隧道)...60

5.5 隧道斷面收方程式資料處理系統(玉長公路隧道)...61

5.6 經隧道斷面收方程式資料處理系統後(玉長公路隧道)...62

5.7 玉長公路隧道斷面收方程式之成果顯示...63

5.8 玉長公路隧道斷面收方繪圖結果...64

5.9 Excel 版本之收方形式(玉長公路隧道)...65

5.10 汐止山岳鐵路隧道位置圖...66

5.11 隧道斷面收方程式新建檔案畫面(汐止山岳鐵路隧道)...67

5.12 隧道斷面收方程式資料處理系統(汐止山岳鐵路隧道)...68

5.13 汐止山岳鐵路隧道斷面收方繪圖結果...69

(13)

5.14 Excel 版本之收方形式(汐止山岳鐵路隧道)...70

(14)

第一章 緒論

1.1 研究背景

隧道工程由於面臨地質條件難以事先探查完全掌握、施工環境惡 劣及設計理論未臻完善等狀況,為具高危險性之地下工程,而監測 作業即是確保其施工安全之最大保障。地下開挖施工方法進展至以新 奧工法(NATM)理念施工後,監測即為 NATM 設計及施工之重要 一環。面對台灣山多、地形險峻且地質複雜多變甚或驟變,在不可避 免須興建隧道時,其工期、成本與品質均是一大挑戰。為盡量減少隧 道災變發生,應盡可能掌握地質及以施工技術、管理克服,而監測作 業亦須配合,甚或不可或缺。蓋因施工監測可彌補設計時地質資料之 不足,回饋設計以適時調整施工支撐,達到有效、經濟,使施工順利,

進而防止災害發生,確保施工安全。一般山岳隧道所面對的大地材料,

仍有許多現實條件尚未能有效掌握地質狀況,尤其台灣位處板塊衝 撞帶,地質複雜且多變,雖設計分析縝密周詳及處理工法進步,但 仍無法完全解決上述種種未知的條件。

1.2 研究動機與目的

隧道斷面的開挖,無論是使用鑽炸或機械工法,其開挖範圍之 管理值完全由隧道斷面收方(survey of profile)所控制。然而,在 1991 年以前之測量儀器僅少部分具備雷射測距及雷射光功能,且單 價非常高,更遑論收方程式設計。在毫無軟硬體設備,又需量測隧道 淨空斷面之下,完全依靠傳統測量工具,如經緯儀、測距儀、稜鏡、皮 尺或鋼尺及標竿或箱尺,量測角度與距離。並經由人工計算繪製收方 圖比對設計斷面,或使用設計半徑比對法,判讀斷面是否侵建築界

(15)

線或符合設計斷面。本研究延續許榮達(2004)之研究成果,包含:

隧道現場的收方經驗及量測方法,應用測量儀器、隧道斷面收方儀之 現場操作為基礎架構,自行研發編輯合適的視窗程式以實際應用於 隧道收方,期盼提昇隧道收方工程品質與水準。以安全、經濟及快速 的量測方法,達成開挖符合設計斷面的目標,並藉由相關資料之彙 整、檢討分析與實際應用,提供具體方法乃本研究的主要目的。

1.3 研究內容

第一章 緒論:闡述研究背景、研究動機、研究目的、論文架構等 內容,並針對本論文進行初步性的介紹。

第二章 文獻回顧:針對論文所包含之前人所研究內容進行回顧,

其包含隧道斷面收方量測的技術、隧道斷面收方量測的 原理、視窗程式語言的原理與應用進行介紹。

第三章 隧道斷面收方作業:針對隧道斷面收方作業進行介紹與 說明。

第四章 隧道斷面收方視窗程式撰寫與設計:針對視窗程式設計 架構進行說明,包含程式撰寫方式,另將程式碼以附 錄 方式展示。

第五章 實際案例應用與探討:於本章節中將針對所撰寫之程式,

藉由現地實際案例進行分析及討論。

第六章 結論與建議:在本章中將針對論文部分的成果作一簡述 並提出建議期望能對後續研究者有所幫助。

(16)

1.4 研究流程

緒 論 第二章 文獻回顧

前言 隧道斷面收方之測

量原理

視窗程式語言之原 理與相關應用 隧道斷面收方之量

測技術

第三章 隧道斷面收方作業

隧道斷面收方之基本資 料蒐集

隧道斷面收方之時機 隧道斷面收方作 業流程

第四章 隧道斷面收方視窗程式之撰寫與設計

資料庫系統 隧道斷面收方處理程序 與視窗程式設計 Visual Basic 6.0

第五章 隧道收方視窗程式之測試及應用

玉長公路隧道 汐止山岳鐵路隧道

前言

結論與建議

第六章

隧道斷面量測 方法

(17)

第二章 文獻回顧

2.1 前言

本章節中將針對前人所研究之成果如隧道斷面收方之量測技 術、隧道斷面收方之量測原理及Microsoft Visual Basic 程式設計之原 理與相關應用技術,並引述國內、外專家學者之相關研究做一介紹及 回顧。

2.2 隧道斷面收方之

量測技術

由鑽炸施工後之隧道斷面需測定是否符合設計。如欲求得縱向線 型或橫斷面等,大多在接近開挖面的附近進行測定,不僅危險性高,

且測量時阻礙通路,導致影響施工作業進度甚大,為了改善此ㄧ狀 況乃可發展自動化收方測量系統以提高施工安全性。

蔡茂生(1998)於研究中提出可利用一組旋轉之發射器及攝影 機以光波,如紅外線等介質方式射向隧道壁面,自攝影機的反射影 像之時間進行距離估計,當掃描隧道壁面ㄧ週後即可自動描繪出隧 道之斷面。以下針對所收集之收方測量做ㄧ技術回顧。

2.2.1 全自動隧道斷面收方系統-Profiler4000 量測技術

係由瑞士公司Aemberg Measuring Technique 所發展出的一套全 自動隧道斷面收方系統。以Leica DIOR3002S 免稜鏡測距儀加上伺服 馬達驅動的定位裝置,並配合該公司所研發的後置軟體組合而成,

於國內工程應用部份,該系統曾使用於東工處新觀音隧道工程段進 行測試,以下針對此ㄧ系統所包含之儀器設備、規格與功能及效益的 評估進行介紹。

(18)

(一) 儀器設備

斷面收方儀器之組成包括自動隧道斷面收方儀、PC9500 資料處 理器、雷射光波測距儀 (如圖2.1 所示)、後置處理軟體、筆記型電腦 及附屬設備。

(二) 規格與功能

(1) 儀器具有伺服馬達,可於水平及垂直向作 360 度自動旋轉。

(2) 設定水平及垂直方向之最小旋轉度在 10以內。

(3) 具後級處理軟體,所有量測資料與原始設計資料,均可 利用電腦運算,比較及分析、並以圖形顯示。

(4) 於隧道直徑 1.5 倍距離內能自動量測不同距離之隧道斷面。

(5) 可於隧道內現場直接顯示量測點與設計斷面值之差異。

(6) 每一隧道斷面之最多量測點數可達 10,000 點以上。

(7) 可自動記錄及儲存量測資料。

(8) 自動計算顯示實際量測範圍與設計斷面之挖、填方數量及 量測面積,設計面積,坡度比等功能。

(9) AMT Profile4000 全自動隧道斷面收方儀可與現有之 Leica DIOR3002S 測距儀結合使用。

(三) 效益評估

啟發研究收方之機制,源自於全自動隧道斷面收方儀,從收方 過程了解設備要求與原理,目前市售測量儀器皆具備免稜鏡測距功 能,自行收方程式設計,同樣可以達到比對斷面圖區域偏差量效果,

差別在於功能上無法自動化,造價卻只有十分之一(約 45 萬),根

據實際收方之經驗,符合收方精度要求,提供隧道界一套簡單又便 宜收方選擇(許榮達,2004)。

(19)

2.2.2 三維變形光學量測技術

交通部鐵路改建工程局東部工程處(以下簡稱東工處)為配合 國內三維變形光學量測技術之引進與研發,於民國 85 年 12 月特購 置一套自動辨識照準全測儀(型號TCA1800)於北迴新觀音隧道,

即台灣最長之鐵路隧道內進行測試,觀測並記錄變形量,配合內政 部營建署營建自動化專案計畫研發進行軟體程式之開發與研究,以 下針對三維變型光學量測技術所包含之設備儀器、功能及規格、測量 步驟、優缺點及效益評估進行介紹。

(一) 儀器設備

三維變形光學量測系統之儀器設備大致可分為儀器部分及其附 屬設備,分述如下(陳堯中等人,1995):

(1)三維變形量測儀器

三維變形量測儀器是ㄧ部高度精密的自動記錄儀器,具經緯儀 , 可同時量測水平角、垂直角和斜距,該儀器系統又稱全測站與一般測

距經緯儀有些不同,含有內藏IC 卡記錄器,採同軸式光學系統,亦

即電子經緯儀與光波測距儀之發射,接地軸向均在同一望遠鏡上等 特性。

近年Leica 公司推出新一型全測站系統 TCA1800,內裝伺服馬 達及自動辨識照準目標系統,可自動搜尋對準反光覘標,不需人工 對點,若配合軟體控制,可進行自動化之監測。

(2) 岩釘、反光覘標

岩釘為長25 至 60 公分之鋼製桿,頂部螺牙供安裝反光覘標之 用,與一般收斂釘相同。反光覘標為鐵氟龍製品,有兩種形式ㄧ為反 光板,構造簡單,價格較低廉,可提供雙面照準用,反光有效距離 在12 至 140 米之間;另一為迷你型之三角稜鏡,精度高、價格高,

(20)

反光有效距離在0.3 至 600 米之間。

(二)功能及特色介紹

三維變形光學量測系統能精確的分析位移資料,並廣泛運用於 大地工程之變位量測,具下列功能及特色:

(1)測量作業期間,不需中斷前進之施工作業,對於施工作業之干 擾可降至最低程度。

(2)測量時間短,監測斷面之距離可縮短,可迅速測得隧道初期變 形量及掌握隧道三維空間應力重新分配過程。

(3)反光覘標不需借助任何電力或照明設備。

(4)讀數精度決定於測站及測點間之幾何形狀,反光覘標及儀器和 經度等,一般而言誤差在正負0.7-1.5mm。

(5)取得量測點絕對位移量後,可換算兩點間的相對位移量進行傳 統監測數據之分析及安全管理作業。

(6)利用各點之三維絕對位移資料,可整理隧道斷面位移向量分佈 圖、影響線圖、沉陷趨勢圖、縱向位移發展圖等,除可了解隧道開 挖過程之力學行為外,亦可預測開挖面前方之弱帶。

(三)優缺點及效益評估

使用三維變形光學量測系統與一般傳統收斂之比較如表2.1 所示,

另整理三維變形量測系統之優缺點如表2.2 所示。除了初期儀器設備 之投資成本較高外,在人力時間、施工影響度、資料處理及資料完整 性等方面皆優於傳統收斂監測,特別是量測斷面越多,效益越高

(陳堯中等人,1998)。

(21)

2.3 隧道斷面收方之測量原理

測量之意義為測定地球表面上及其附近各點間之相關位置,故 測量之基本原理在於應用各種方法以求得「點」之關係位置,通常皆 由 地 面 上 已 設 立 且 經 確 定 相 關 位 置 之 點 , 此 些 點 稱 基 點 (base station) 以測定出新點之位置,此等新點復可作為定出其他新點之 基點,如此不僅可求得欲測各點之相關位置,且可標示於圖上,由 圖上各點連成線面,並繪成所需之圖籍。以下將各種定出新點之方法 歸納為七種,分述如下(如圖2.2 所示) (葉怡成,1991):

(a) 導線法

若A、B 兩點為基點,求新點 C 之位置,可測量角 CAB 之角度 及量AC 之距離,定出 C 點,此法即為導線測量中所用之法。

(b) 偏角法

以A、B 兩點為基點,C 為新點,AC 點間之距離無法量時,可 測角CAB 之角度,量 BC 距離亦可定出 C 點之位置,但此法可能產 生C 與 C’兩種結果,應參考實地情形,選擇適用之ㄧ種,此法因有 此顧慮,於測量上較少應用,僅見於細部測量及曲線測設之偏角法。

(c) 支距法

以A、B 兩點為基點,欲求新點 C 之位置,可由 C 點做垂直於 AB 線之直線 CD 並量其距離,稱為支距(Offset),再量 AD 或 BD

之距離,即可定出C 點之位置。此法常用於細部測量。

(d) 前方交會法

以A、B 兩點為基點,C 為新點,亦可測量角 CAB 角 CBA 兩角 度,而定得C 點之位置。倘 B 點或 A 點不能架設儀器,則可測量角 CAB、角 ACB、角 CBA 或角 BCA 等組角度,求得 C 點位置。此法即 為三角測量中所使用之法。

(22)

(e) 後方交會法

以A、B、D 三點為基點,C 為新點,可測 α、β 兩角。即可求得 C 點。此法應用於三角測量及平板儀測量之後方交會法。

(f) 距離交會法

以A、B 兩點為基點,C 為新點,欲求 C 與 A、B 兩點於平面上之 相關位置,可測量AC 與 BC 兩段距離,求得 AC 與 BC 之交點,即 為C 點之位置。此法即為三邊測量中所用之法。

(g) 直線交會法

以A、B、E、F 四點為基點,欲求新點 C(即交點)之位置,可以 AE 及 BF 線連結之,定出點之位置。此法常用於定樁測量及工程測量 之直線焦點測設。

測量之基本資料為水平距、垂直角、水平角、斜距及高程差,其原 理是量測基本資料,因時、因地使用不同之測量方法,以下章節僅對 就本研究使用之前方交會法、後方交會法及綜合前述測量原理之綜合

式後方交會法原理理論進行介紹

2.3.1 前方交會法

經緯儀先後在A、B測站上照準P點測得α,β 角,(如圖 2.3 所 示),其交角γ=180˚-(α+β)。惟一般規定 γ 角不可小於 30˚,或

大於120˚,故交會點P應與已知點作適當配合,交會點P之座標計

算法如下(管晏如,1990):

(一) 直接按三角形計算:

(1)AB 邊、AP 邊及 BP 邊的方位角計算:

AB 邊方位角 ψAB

(23)

Α Β Α Β Α Β

Α

Β

− = −

= Α Β

ϕ

ϕ cos

sin

y y x x

φA B = tan-1 (2-1)

AP 邊及 BP 邊方位角 ψAP、ψBP

(2-2)

(2) 計算 AB、AP、BP 各邊的邊長:

(2-3)

(2-4)

(3) 計算測點 P 之座標:

         (2-5)

(二) 角度法:

在已知點A、B 測站上,觀測得 α、β 角,可按下列所推演的公式,

直接求得交會點P的座標,(如圖2.3 所示)。由(2-5)知:

      

(2-6)

. (2-7)

A B

A B

y y

x x

) )sin(

sin(

sin sin

φ α

β α

φ β −

+ + Α Β

= Α Ρ

+

=

Α Α Ρ Α Α Β

Ρ

x x

x

) sin(

/ ) cos(

sin

cos

φ = + Α Β β φ − α α + β

Α Ρ +

=

Α Α Ρ Α Α Β

Ρ

y y

x

 

 

= +

= +

β α α

β β α

) sin sin(

) sin sin(

BP AB AP AB

 

 Β Ρ

+

= +

=

+

= +

=

Β Ρ Β

Α Ρ Α

Ρ

Β Ρ Β

Α Ρ Α

Ρ

φ φ

φ φ

cos cos

sin sin

y AP

y y

BP x

AP x

x

 

 + +

=

=

β φ

φ

α φ φ

180

-

AB BP

AB AP

(24)

(2-8)

(2-8)式代入(2-7)式得:

       

(2-9)

同理可得:

        (2-10)

2.3.2 後方交會法

後方交會法又稱三點法,經緯儀整置在求點P,(如圖 2.4 所

示)。照準三已知點A、M、B 觀測其間夾角 α、β,按幾何圖形推算 ω、ψ 角及 γ 角再由三已知點座標,按前方交會計算法計算所求點P

的座標值。但所求點P 的觀測位置,不可與三已知點位於同一圓周上,

否則計算結果不準確,或不能解算(管晏如,1990)。

ω、ψ 角的計算公式為:

(2-11)

α α

α φ

α φ

α

φ

) sin cos cos sin cos sin

sin(

Α Β

− − Α Β

= −

=

Α Β Α Β Β Α Β Α

Α Β

y y x

x

β α

α β

β α

β α

α

β α

β α β

α α β

cot cot

cot cot

) (

) cot (

cot ) 1 cot (

cot cot

) )(

sin(

sin ) sin

)( sin(

cos sin

+ + +

= −

+ −

− + −

+

=

+ −

− + −

+

=

Β Α

Α Ρ Β

Α Β Α

Β Α

Α Β Α

Β Α

Ρ

x x

x x x

y y x

x x

y y x

x x

x

β α

α β

cot cot

cot cot

) (

+ + +

=

Β

Α Α Β

Ρ

y y

x y x

ω φ

γ β α

ω γ β α φ

γ β α φ ω

=         

Η

Η

= + +

°

− + +

°

=

°

= + + + +

) (

360

) (

360

360

設己知值:

(25)

(2-12)

(2-13)

求得ω 角後,則由(2-11)式可計算得 ψ 角。後方交會點 P 的 座標,可按(2-6)式及(2-7)式計算而得。

2.3.3 綜合式後方交會法

根據許榮達(2004)之研究中指出,當後方交會法測站角度限 制介於30°~120 時,容易產生誤差。為兼顧架設儀器站多種方法選 擇,發展「綜合式後方交會法」,當測站與稜鏡站皆為已知點時,於

後置處理虛擬另一位觀測點,距離設定為0.1mm,將方向偏差量控

制在半徑0.1mm 以內,若條件角度符合 30°~120°則使用後方交會法。

然後依其定出測站測量方法不同,其步驟分別敘述如下:

(1) 架設在隧道內任一點上:採用此方法測量儀器需經過特殊處 理,於儀器上有安裝稜鏡桿之孔位,以利觀測儀器之位置,其 方法為另外一台儀器架設在已知點,後視另一已知點稜鏡,觀 測收方斷面位置儀器上稜鏡之水平角、距離、高程差,計算平面 座標及高程。

(2) 架設在已知點:針對斷面收方位置進行放樣作業,有兩種狀 況:其一為按已知中心線里程座標資料,放樣到現場並觀測高 程差計算高程;其二為按現場需要定出觀測斷面位置,計算架 設儀器位置之平面座標與高程,此兩種狀況皆為事先將架設儀

H H K

H H

  

H H

b a

sin cot cos

cos cot

sin

sin

sin cos cos

sin sin

) sin(

sin sin

sin sin sin

sin

= +

=

= −

= Η

= Κ

Κ

=

=

ω

ω ω

ω ω

ω ω ω

φ ω

φ α

β

(26)

器位置點位定出,並求出高程資料。

(3)後方交會法又稱三點法:利用現場已知控制點,將儀器架設

在收方斷面不妨害通行之位置,觀測兩處已知點,計算儀器位 置平面座標與高程。

(4)綜合式後方交會法:作業同架設在已知點,進行後置處理,

一點為實測值,另一點為虛擬現場已知點距離設定為0.1mm,

使誤差值控制在0.1mm 以內。

2.4 Microsoft Visual Basic 視窗程式語言之原理與相關應用

視窗化動作亦可視為將程式以圖形使用者介面 (Graphics User Interface,簡稱 GUI)顯現,圖形使用者介面是一種以圖形化為基礎 的使用者介面,利用統一的圖形與操作方式,如可移動的視窗、選項 與滑鼠游標,作為使用者與作業系統之間的翻譯。視窗化動作最重要 的優勢在於讓不會使用命令行的使用者對作業系統進行指令輸入,

不僅可以調整對話框尺寸,還能改變樣式與尺寸。此外,設計得當的 圖形畫面得以幫助使用者快速了解與尋找功能,且透過統一的操作 方式,讓使用者在學習使用一次後,即可快速熟悉其他程式的操作。

Visual Basic 程式語言即是一個符合製作圖形使用者介面的編寫 軟體,以視覺化為主的基礎程式語言,由一開始的外觀介面設計、基 本物件建立、表單的配置到內部撰寫程式等。

在程式語言撰寫方面,Visual Basic 繼承了 Basic 語法,國內目 前有許多學者,將視窗化程式所賦予的便利性應用於工程上,以下 以現行Visual Basic 應用之近況做一回顧。

楊道昌與游保杉(2002)使用 Microsoft Visual Basic 6 程式語言 設計,為中文視窗介面設計與運算分析使用,供使用者更為便利之

(27)

操作,有益於未來擴充新增模組之功能。

楊森閔(2002)則在其研發之系統中,利用 Microsoft 所發行之 軟體程式Visual Basic 為工具進行程式設計,並以 Access2000 進行資 料庫結合,以回歸分析模式作為主要程式架構進行視窗化分析。

陳聖彥(2004)以 Microsoft Visual Basic 6 程式語言編寫,以回 歸分析方式,並採用外顯式收斂圍束法之反算分析,結合前述兩種 方法,用於視窗化程式之開發。

王銘鋒(2005)採用外顯式收斂圍束法的反算分析模式,以 Microsoft Visual Basic 6 程式語言改寫視窗程式,並輔以模組化方式 連結各運算及繪圖等系統,撰寫隧道分析視窗軟體。

(28)

表2.1 三維變形量測與傳統收歛量測之整理比較

(陳堯中等人,1991)

項目 三維量測 收斂量測

設備 光學測距經偉儀、反光稜鏡 反光板、

岩釘。

水準儀、收斂尺及岩釘。

車輛 視情況需要高空作業車之支援。 每次測量均需高空作業

車。

現場量測 1.初讀量測

須轉點至參考點,所需時間約70

分鐘。

沉陷點量測需選點 約15

分鐘。

2.後續斷面量

於可見光板之視界距離內,均可量

測,所需時間約30 分鐘(以三個

斷面計) 。

每一個斷面量測需30 分

鐘,三個則需90 分鐘。

量測人員 1 至 2 人。 2 至 3 人。

資料判讀 現場測值全自動記錄經電腦軟體運

算至圖形顯示皆可自動化,可繪製 各測點之垂直沉陷、水平及軸向變 位等三度空間絕對位移收斂圖表等。

資料可較完整。

現場測值經人工紀錄及 鍵入電腦,可能產生人 為輸入錯誤。

註:1.表列作業時間不含相關作業之現場等待時間。

2.量側時間以通視距離 150 公尺為依據。

(29)

表2.2 三維變形量測系統之優缺點整理(陳堯中等人,1991)

優點 缺點

安全性 可降低高空作業量測之危險性及

減少對施工之影響。

經濟性 1.所需測量人員少,即可進行測

量動作。

2.於監測區域內,可隨意架設儀 器即可測量,減少環境影響因素、

機動性強。

1.反光稜鏡和反光板因施工 過程易受損,更換費時。

2.國內隧道工程因通風較差,粉 塵及濕氣較重,常造成視界不良,

而需增加測站。

操作性 1.可得三維絕對位移之量測值,

並據以進行各項隧道力學行為之 分析和研判,非傳統收斂監測所 能比擬。

2.除隧道內之變形監測外,也可 應用於隧道洞口邊坡穩定之監測。

操作此系統須具測量及電腦應用 能力,經驗豐富之人員。

(30)

圖2.1 Profiler 4000 設備(許榮達,2004)

(31)

圖2.2 測量之原理: (a)導線法 (b)偏角法 (c)支距法 (d)前 方交會法 (e)後方交會法 (f)距離交會法 (g)直線交會法

(葉怡成,1991)

(32)

B P

α β

γ

∮AP AB

∮ AP

∮ BP

(XP,YP)

(XA,YA)

A (XB,YB)

圖2.3 前方交會法圖形(管晏如,1990)

圖2.4 後方交會法圖形(管晏如,1990)

(33)

第三章 隧道斷面收方技術與相關作業流程

3.1 前言

隧道內收方技術及方法必須因應當時工作階段而有所對策,收 方測量工作與一般外面測量環境差異性大。其時機必須選擇工作空檔,

在不妨害工進為原則及通視良好情況進行。進行收方工作時,其步驟 與操作愈臻熟練,可縮短量測時間與避免錯誤發生。

進行隧道斷面收方過程,因功能需求而有不同幾何線形、坡度及 設計斷面。此基本資料為建立隧道標準斷面之依據,作為設計與實際 收方斷面之比對,以了解實際開挖情況,是否有超挖或淨空斷面不 足現象,作為修挖之參考及計價之依據。

3.2 隧道斷面收方基本資料蒐集

3.2.1 隧道線形曲線資料

根據黃水木(1999)之著作中所描述,在不同功能之隧道線形 其曲線規定亦不同,將國內常使用之路線種類介紹如下:

(1) 緩和曲線

路線由直線進入圓弧曲線時,在圓弧曲線之前,另加一段曲線,

此加入之曲線其曲度為漸漸增加藉以緩和車輛之方向,則此加入之 曲線稱之為緩和曲線(Transition Curve),因緩和曲線係介於直線

與單曲線或兩單曲線之間,故又稱之為介曲線,其曲率半徑ρ 自無

限大而後漸漸減短,直線至與圓弧相接時,其ρ 值恰等於圓曲線 R 值,目前國內公路系統採用克羅梭曲線,鐵路系統採用三次拋物線。

(如圖3.1 所示)

(34)

(2) 單曲線:

不同方向之直線間插入一曲線而連結之,俾利車輛於行駛中,

得以緩慢變換其方向,該曲線為切於兩直線之一圓弧,稱之為單曲 線。(如圖3.2 所示)

3.2.2 隧道支撐型式

隧道施工方法採機械或開炸,階梯開挖區分為上半、下半及仰拱 三個階段,其步驟皆為開挖、出碴、支保組立、噴凝土(單層網或雙層 網),收方斷面區分為開挖完成面、單層網噴漿面或雙層網噴漿面、

襯砌前斷面。

3.2.3 隧道豎曲線資料

在路線上有兩種不同之縱坡度相連接時,兩縱坡線間必成一立 面角度,凡縱坡度之差數大於某一定值時,其間必須用一立面曲線 連絡之,以防坡度急驟變化,產生各種不良後果,此立面曲線即稱 之為豎曲線,(如圖3.3 所示)。

3.3 隧道斷面量測方法

本研究係採許榮達(2004)所提出之量測方法,另在其研究中 指出隧道收方量測過程的不同處,在於定出隧道測站的位置,方法 簡單介紹如下:

(a) 架設在隧道內任一點上(Prism Method)(如圖 3.4 所示)。

(b) 架設在已知點(On Point Method)(如圖 3.5 所示)。

(c) 後方交會法(Resce Method),使用方法詳見第二章介紹。

(35)

(d) 綜合式的後方交會法,依其定出測站測量方法不同,其步驟 分別敘述如下:

(1) 架設在隧道內任一點上,採用此方法測量儀器需經過特殊 處理,於儀器上有安裝稜鏡桿之孔位,以利觀測儀器之位置 其方法為另外一台儀器架設在已知點,後視另一已知點稜鏡 觀測收方斷面位置儀器上稜鏡之水平角、距離、高程差,計算 平面座標及高程。

(2) 架設在已知點:針對斷面收方位置進行放樣作業,有兩種 狀況:其一為按已知中心線里程座標資料,放樣到現場並觀 測高程差計算高程;其二為按現場需要定出觀測斷面位置,

計算架設儀器位置之平面座標與高程,此兩種狀況皆為事先 將架設儀器位置點位定出,並求出高程資料。

(3) 後方交會法又稱三點法:利用現場已知控制點,將儀器架 設在收方斷面不妨害通行之位置,觀測兩處已知點,計算儀 器位置平面座標與高程。

(4) 綜合式後方交會法:作業同架設在已知點,在後置處理,

一 點 為 實 測 值 , 另 一 點 為 虛 擬 現 場 已 知 點 距 離 設 定 為 0.1mm,使誤差值控制在

±

0.1mm 以內。

3.4 隧道斷面收方之時機

國內隧道斷面收方之時機,受限於人力與素質無法全面性收方,

僅針對舖設防水模或永久襯砌前,進行實際斷面與設計斷面收方比 對,檢視是否符合設計斷面之最小要求,作為計價之依據。本研究內 容隧道斷面收方為全性面,收方其時效性各異,依其經驗彙整出最 佳時機,以下分別敘述之:

(a) 開挖面收方:由於機具與人員等待開挖成果,建議採後方交

(36)

會法可於最短時間完成收方工作,另一重要因在支撐完成面下進 行開挖面收方,避免儀器與人員暴露於未支撐危險環境下作業。

(b) 上半噴凝土面:施工廠商為了解淨空及預估變形量數據,收 方時效無迫切性,選定開挖面施打岩栓、前進支撐、機械保養或停 工,建議採用架設在已知點。

(c) 下半噴凝土面:檢視下半噴凝土面有其必要性,依其從事隧 道工程經驗,由於隧道上、下斷面設計半徑不同,隧道測量對於 下半開挖大部分沿用上半開挖斷面向下延伸,容易產生下半支保 腳入侵,更需要進行收方工作。建議採用架設在已知點。

(d) 舖設防水膜或襯砌前:施工廠商於襯砌前必須進行完成面收 方檢送收方圖交業主檢核襯砌厚度是否符合最小厚度設計要求,

作為襯砌鋼模定位前之準備工作,業主、承攬廠商及協力廠商三

方面按規定每10m 整樁里程(視現場需要調整)必須進行斷面

收方圖檢核,由於針對特定斷面收方,此時已遠離開挖面仰拱亦 澆置完成,收方時機同上半噴凝土面收方,建議採用架設在已知 點,可量測相同斷面之資料,避免因架設測站位置不同而產生爭 議。

3.5 斷面收方作業流程與步驟之建立

介紹完定出測站位置的架設方法與應用時機後,接著敘述斷面 收方流程與步驟。本研究使用測量儀器廠牌型號Leica TCR307(如圖 3.6 所示),雷射免稜鏡測距功能、免稜鏡測距精度 5mm

±

1mm、稜鏡 測距3mm

±

1mm、測角精度 7 秒,使用於收方量測精度已符合要求,

針對收方作業流程與步驟,分為三個部份敘述如下。

(1) 儀器站:架好儀器將氣泡居中,求心器對準地上已知點,儀

(37)

器內部儀器高及稜鏡高設定為零。

(2) 後視站:架設稜鏡於已知控制點

(3) 收方流程:

(a) 採用綜合式後方交會法,綜合架設已知點與後方交會法。

(b) 手簿記錄控制點編號、起訖點流水編號、日期、支保編號、完 成階段(例單層網、雙層網噴漿及防水膜或開挖面等)。

(c) 完成架設儀器定心定平及後視稜鏡動作,旋轉儀器將視準

軸位於法線上開始觀測斷面測點(如圖3.7 所示)並記錄資

料於儀器記錄器內,視精度要求調整點距。

(38)

圖3.1 緩和曲線各部名稱(黃水木,1999)

圖3.2 單曲線各部名稱(黃水木,1999)

(39)

圖3.3 豎曲線各部名稱(黃水木,1999)

圖3.4 架設在隧道內任一點上(黃水木,1999)

圖3.5 架設在已知點上(黃水木,1999)

(40)

圖3.6 Leica TCR 307 收方儀器(許榮達,2004)

(41)

圖3.7 隧道斷面收方圖

(42)

第四章 隧道斷面收方視窗程式之撰寫與設計

4.1 前言

現行隧道工程界應用之隧道斷面收方之後處理方式,係以計算 隧道設計斷面與實際斷面半徑差值比較法。傳統收方技術雖然可以達 到斷面收方之效果,但缺點在於無法自動繪製隧道斷面收方圖,僅 比對收方斷面點位之偏差量。

本章將針對自行研發之隧道斷面收方後置處理視窗軟體所使用 之方法進行說明,研發分析軟體方法包含軟體程式撰寫工具之

Microsoft Visual Basic 6.0 程式語言、用於資料儲存之 Access2000 資料 庫系統等,使隧道斷面收方軟體具自動繪製收方斷面圖形比對設計 斷面圖等功能。

4.2 Visual Basic 6.0 程式語言

  BASIC 是屬於高階程式語言的一種,英文名稱的全名是

"Beginner's All-Purpose Symbolic Instruction Code",取其首字字母簡 稱 "BASIC",就名稱的含意來看,是「適用於初學者的多功能符號 指令碼」,是一種在計算機發展史上應用最為廣泛的程式語言。

  BASIC 語言是由 Dartmouth 學院 John G. Kemeny 與 Thomas E.

Kurtz 兩位教授於 1960 年代中期所創。由於立意甚佳,BASIC 語言簡 單、易學的基本特性,很快地就普遍流行起來,幾乎所有小型、微型 以家用電腦,甚至部分大型電腦,都有提供使用者以此種語言撰寫 程式。在微電腦方面,則因為 BASIC 語言可配合微電腦操作功能的 充分發揮,使得 BASIC 早已成為微電腦的主要語言之一。

  一般人類自然語言有標準語言,也有方言,電腦語言亦是如此。

(43)

許多種電腦都有 BASIC 語言,但其語法、規則、功能並不盡然相同,

而同一種電腦所使用的 BASIC 語言也可能有不同版本或由不同的 軟體開發公司製作的不同品牌 BASIC 語言,只是大家一致地承繼 了 BASIC 創始者所設計的基本型態與精神,而分別賦予獨特的設 計手法與增添一些功能。

  依照電腦語言的規定撰寫的程式,稱為原始程式(source

program),原始程式中的各個敘述必須逐一翻譯為機器語言,電腦 才能執行。這項翻譯工作有兩種類型的工具程式,一個稱為編譯程式

(compilers),另一個稱為直譯程式(interpreters)。所謂編譯程式,

事實上是一套程式,其作用是將原始程式的每一個敘述全部一次翻 譯為機器語言的指令,而產生一個目的程式(object program),所 謂目的程式,也是一套程式,是整個程式都是使用機器語言指令所 組成的程式,可以交由電腦執行的程式。所謂直譯程式,事實上也是 一套程式,其作用是將原始程式的每一個敘述逐一翻譯為機器語言 的指令,並立即執行,並不產生目的程式,但是每一個敘述在每次 執行之前都需透過這個翻譯的程序,不因前次已曾翻譯而省略。

  BASIC 語言早期是以直譯程式的方式創始,也演化出許多不同 名稱的版本,如:BASICA, GW-BASIC, MBASIC, TBASIC, ...。

 Visual 指的是開發圖形使用者介面的方法。您不需撰寫大量程式碼 來描述介面元件的外觀和配置,而只要把預先建立的物件添加到螢 幕上的某一點即可。

  Visual Basic 以原來的 BASIC 語言為基礎,做了更進一步的發 展,至今包含了數百個陳述式、函數及關鍵字,其中有很多都和 Windows GUI 有直接關係。專業人員可以使用 Visual Basic 製作出任 何其它 Windows 程式語言所能做到的功能,而初學者則只要掌握幾

(44)

個基本要領,就可以建立實用的應用程式了。

  Visual Basic 程式語言不僅只能用於 Visual Basic, 包含在 Microsoft Excel、 Microsoft Access 及許多其它的 Windows 應用程式 中的 Visual Basic Applications (VBA),也使用了與 Visual Basic 同 樣的語言。Visual Basic Scripting Edition (VBScript) 是一廣泛使用 的 scripting 語言,而它也是 Visual Basic 語言的子集合。

本研究在執行軟體時,是以建立專案方式編輯(如圖4.1 所示),

ㄧ般程式撰寫選擇標準執行檔型式,即可於表單內編輯程式碼。如需 特殊表單形式亦可由Visual Basic 6.0 內建之輔助精靈選擇所需求之 形式,Visual Basic 6.0 有著相當多的功能可供程式設計者使用,開 啟Visual Basic 6.0 後介面(如圖 4.2 所示),主要可分為五個部分,

分別為功能表、工具盒及視窗開發的主要控制視窗。包含:專案總管 視窗、屬性視窗及表單設計視窗,另外圖形化介面程式製作亦是以這 五個部份進行編寫。

在圖形介面化程式設計中,程式碼撰寫的工具為程式碼編輯視 窗(如圖 4.3 所示)。在此視窗內使用者可編寫物件類別、表單等程 式碼,其使用方式與多數文字編輯器相似。連續點擊物件表單即可在 物件裡面撰寫程式碼,且此視窗也提供許多支援程式開發的功能,

其中包含程式碼拖放編輯、色彩區別關鍵字、程式碼輔助查詢、程式碼 快速查詢及關鍵字自動完成等。

4.3 資料庫系統

資料庫在軟體研發中所佔的角色為提供資料進行放置,在回饋 分析中,計測資料藉由介面進行讀入後,需要藉由欄位加以儲存,

(45)

但因計測資料數量可能因現地所需而有相當多筆,因此若要有效針 對所儲存之資料進行管理,使用資料庫連結軟體則為較佳之方法。

本研究的資料儲存係以Excel 之.csv 檔型式,(如圖 4.4 所示)

及 存 取 於 Access 2000 資料庫檔案內兩種方式,在此針對 Access 2000 資料庫內容進行介紹,Access 2000 資料庫軟體包含資料表、查 詢、表單、報表、巨集及模組等。資料表是Access 2000 資料庫中實際進 行使用者資料儲存的地方,也是資料庫其他延伸物件的資料來源基 礎,而在使用上資料表的建立除了利用資料表精靈外,使用者也可 以在軟體所提供之設計檢視工具中個別輸入資料,(如圖4.5 所示)。

資料庫在軟體研發中所佔的角色為提供資料進行放置,(如圖 4.6 所示),在隧道斷面收方過程中,由收方所獲得原始資料計可藉 由介面進行匯入後,經視窗程式運算儲存收方之成果資料。

4.4 隧道斷面收方處理程序與視窗程式設計

4.4.1 主要繪圖之視窗介面設計

在此部份中,主要針對使用者輸入介面進行分析與設計,以及 如何提供使用者簡易且快速的資料輸入環境。簡單地說,此部份即是 由繪圖視窗表單連結其他表單的方式進行撰寫,在隧道設計斷面形 式包含有隧道斷面的混凝土面、完成面、避車(左)完成面、避車(右)

完成面、避車(左)噴凝土面、避車(右)噴凝土面,使用者可選擇 1 至 6 種的隧道斷面形式與所獲得之收方資料進行繪圖比對,(如圖 4.7 所示),詳細程式編輯方法附於文後之程式碼附錄中,附錄中程 式碼部分亦加註處理動作之標示,提供後續研究學習及便於除錯與 新增動作。

(46)

4.4.2 工程資訊系統之視窗設計

在輸入區中,將隧道工程相關之資訊資料鍵入輸入區中,包含 工程名稱、監造單位、施工單位、施工日期、隧道斷面設計高等資料,

(如圖4.8 所示)。

4.4.3 資料處理系統之視窗設計

在隧道原始收方資料處理區中,為方便使用者輸入資料,資料 處理部份採匯入檔案方式,經匯入Excel 程式之.crv 檔後進行資料處 理,或可由視窗程式內之手動輸入區中自行鍵入數值。

匯入隧道斷面收方資料後,程式內部即進行下列運算,例如角 度、勁度轉換,再以後方交會法等測量原理進行座標轉換等動作,各 運算動作的撰寫及設計,(如圖4.9 所示)。

4.4.4 成果顯示系統之視窗設計

軟體研發之目標為提供使用者快速取得所需之分析參數與分 析結果,因此在內部程式建立過程中,需具備程式最佳化、簡單化等 要素。其目的除使程式的快速無誤執行外,也方便日後程式的修改與 功能添增。

當使用者匯入隧道斷面收方資料時,經相對計算後顯示在成果 顯示區域,此區乃顯示相關計算數據,此部分可以視為一般軟體運 算之中間運算部分,(如圖4.10 所示)。經由運算後,資料確定無 誤後,斷面收方結果即傳至主要的繪圖區域,完成斷面收方的程序。

4.4.5 技術支援系統之視窗設計

此部份乃是針對本研究相關視窗程式的操作內容進行教學,在 本視窗程式中(如圖4.11 所示),點擊視窗系統名稱後,表單上列 的顯示區即以圖片播放方式進行視窗程式使用教學。

(47)

圖 4.1 專案建立選擇圖示

(48)

圖 4.2 Visual Basic 視窗設計介面

圖 4.3 視窗程式設計

(49)

圖4.4 Excel 之 csv 檔案形式

圖4.5 Asscess 2000 資料庫介面

(50)

圖4.6 隧道斷面收方資料匯入 Asscess 2000 資料庫

(51)

圖 4.7 主要繪圖視窗介面設計

(52)

圖 4.8 工程資訊系統視窗設計

(53)

圖 4.9 資料處理系統之視窗設計

(54)

圖 4.10 成果顯示系統之視窗設計

(55)

圖4.11 技術支援系統之視窗設計

(56)

第五章 隧道斷面收方視窗程式實測

5.1 前言

在此章節中以南港專案汐止山岳隧道及玉長公路工程之案例,

代入本研究的隧道收方視窗程式進行實際地測試。

5.2 玉長公路隧道

5.2.1 工程概述

玉長公路西起台九線玉里鎮安通橋附近,東迄台東縣長濱鄉白 桑安,全長約十六公里,總經費計新台幣二十七億七千餘萬元,開 工的新建隧道工程,全長2660 公尺,設計為單孔雙車道,淨寬 10 公尺、高4.6 公尺,隧道內左右兩側各設置二處避車道(如圖 5.1 所 示)。

  玉長公路角色功能有如台灣西部的東西向快速道路,完工通車 後將只有目前繞道距離的四分之一,可大幅縮短花東縱谷與東海岸 之間往返距離。

5.2.2 隧道斷面收方基本資料

隧道斷面收方圖的建立,首先需包含:測量的控制樁、隧道的中 線資料及隧道設計時的標準設計斷面,接著將測量後所獲得的數據 資料,匯入本研究的視窗化隧道斷面程式以進行比對,隧道斷面收 方所需之資料如下:

(57)

(1)建立工區已知控制點座標及高程資料(如表 5.1 所示)。

(2)中線資料(如表 5.2 所示)。

(3)支撐型式分類建立標準斷面(如表 5.3 所示)。

5.2.3 收方步驟

本研究乃以玉長公路隧道工程,使用綜合式後方交會法,係綜 合量測方法之儀器架設在已知點及後方交會法,克服狹窄空間之限 制、提高收方量測之精度,以下分別敘述工地作業過程之步驟:

(1)在收方里程附近之已知點架設儀器及稜鏡,計算收方斷面中線 里程之夾角與距離,放樣定出現場之點位並求出高程,作為斷面 收方架設儀器之位置。

(2)儀器架設於事先已定點之收方斷面位置,量測儀器高度單位至 公釐,儀器內部儀器高及稜鏡高皆設定為零,後視稜鏡為圓形稜 鏡。

(3)架設稜鏡在已知點,量稜鏡高度單位至公釐。

(4)儀器基本設定完成後,後視稜鏡並紀錄,儀器旋轉 90 度將視 準軸對準法線方向,手簿記錄儀器高及稜鏡高、測站及稜鏡站編 號、斷面起訖點流水編號、日期、支保編號、完成階段(例如單層網、

雙層網噴漿面、防水膜或開挖面等),作為後置之資料處理,逐

一測量斷面點位,每一斷面點位設定 50 點以內(視現場需要調

整程式之限定點數)。

(5)若設站量測多斷面時,儀器視準軸則必須照準收方斷面,沿著 法線方向量測。

(58)

5.2.4 隧道斷面收方視窗程式之應用與成果顯示

應用隧道斷面收方程式進行後置收方繪圖後置程序,以下分別 敘述隧道斷面收方程式使用過程之步驟:

(1) 視窗程式執行後,出現執行後之主畫面,(如圖5.2 所示)。

其中主畫面中包含,在畫面上方的檔案選項、隧道斷面收方資料 處理選項、說明選項、右上方的工程資訊資料部分及右下方的繪圖 區。另外主程式畫面亦是收方繪圖的主畫面,首先可選擇上方目錄中 的檔案,以新建檔案方式開啟新檔,或點選隧道收方資料處理選項 直接進行後置收方作業處理。以玉長公路隧道為例,選擇上方目錄中 的檔案開啟新檔,(如圖5.3 所示)。輸入完基本資料後按下一步繼 續。

(2) 工程基本資料輸入完成後,下一步動作即是處理現場收方之 測量數據,將現場測量儀器所測量之數據資料,連接至個人電腦匯 出,經整理後製成Excel 檔案(如圖 5.4 所示),於工程資訊系統鍵 入資料後,下ㄧ步的動作則為資料處理視窗操作(如圖5.5 所示) 。 資料處理視窗係進行隧道斷面收方的原始資料匯入,資料匯入 鈕位畫面右下方處,亦可在此視窗的下方部份手動ㄧ筆ㄧ筆鍵入資 料。另外依測量的後方交會法理論,需兩個已知的控制樁點資料,在 此視窗輸入兩個已知的控制樁點資料,確定輸入資料無誤後則按下 一步進行內部計算,經上述動作以後,匯入完成及運算完畢後之畫 面(如圖5.6 所示)。

(3) 接著可看到經視窗程式運算後之成果(如圖 5.7 所示),在圖 中的正中央為已知的中線資料,圖右側為運算後之成果資料,如確 認無誤後可按確定鈕進行收方繪圖。

(59)

(4)資料傳回主畫面後,即可進行隧道斷面收方繪圖動作,(如圖 5.8 所示),畫面中的設計斷面形式可鍵入斷面形式的編號,或按上 下鈕擇想要進行比對的隧道斷面設計形式。

最後以圖示方式與許榮達(2004)所提出之收方方式(如圖 5.9 所示),並進行收方數值及收方圖對照,經對照後接近實際用於現 地收方情形。

5.3 汐止山岳鐵路隧道

5.3.1 工程概述

汐止段山岳鐵路隧道及引道工程為台北市區鐵路地下化東延南 港工程簡稱「南港專案」中之工程分標,本工程係為配合南港車站地 下化,路線需穿越大坑溪后爬昇至地面,由於路線行經山區,故以 山岳隧道方式施工。

工程範圍東起自台北縣汐止市新台五線處(里程

UK16+160),西至台北市大坑溪東側(工程里程 UK17 +800),全 長1.64 公里(如圖 5.10 所示),主隧道係採新奧工法施工,鑽掘隧 道:UK16+350 起至 UK17+776,約 1426 公尺。

5.3.2 隧道收方基本資料

隧道斷面收方所需之資料如下:

(1)建立工區已知控制點座標及高程資料如(如表 5.4 所示)。

(2)中線資料(如表 5.5 所示)。

(3)支撐型式分門別類建立標準斷面(如表 5.6 所示)。

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5.3.3 應用隧道斷面收方程式之結果

應用隧道斷面收方程式進行後置收方繪圖後置動作,以下分別 敘述隧道斷面收方程式使用過程之步驟:

(1) 視窗程式執行後,出現執行後之主畫面,(如圖5.11 所示),

主畫面中包含,在畫面上方的檔案選項選擇上方目錄中的檔案,以 新建檔案方式開啟新檔,或點選隧道收方資料處理選項直接進行後 置收方作業處理,輸入完基本資料後按下一步繼續。

(2) 工程基本資料輸入完成後,下一步動作即是處理現場收方之 測量數據,將現場測量儀器所測量之數據資料,連接至個人電腦匯 出後將原始收方的資料匯入,確定兩個已知的控制樁點資料,確定 輸入資料無誤後則按下一步進行內部計算,經上述動作以後,資料 匯入完成及運算完畢後之畫面(如圖5.12 所示)。

(3)資料傳回主畫面後,即可進行隧道斷面收方繪圖動作,(如圖 5.13 所示),畫面中的設計斷面形式可鍵入斷面形式的編號,或按 上下鈕選擇想要進行比對的隧道斷面設計形式。

最後與許榮達(2004)所提出之收方方式(如圖 5.14 所示),

進行收方數值比對,經比對後接近實際用於現地收方情形,證明視 窗程式可用於實際隧道收方上。

參考文獻

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