全站仪免棱镜测距技术在隧道施工测量中的运用

　　摘要： 运用全站仪免棱镜测距技术在隧道施工测量中进行开挖放样、断面测量的测量方法。

　　关键词： 全站仪,免棱镜,隧道测量

　　1 前言

　　全站仪以其高度自动化和准确快捷的定位功能在目前工程测量工具上确立了其统治地位。许多新技术运用到全站仪的制造和使用当中，如无反射棱镜测距、目标自动识别与瞄准、动态目标自动跟踪、无线遥控、用户编程、联机控制等。在隧道控制测量中，全站仪业已普及，但以其作为隧道施工测量的测量工具并不多见。新建隧道施工中的最主要工序，如掘进掌子面开挖放样、断面测量等，与工程的经济效益、安全质量有着根本的联系。免棱镜测距技术的应用，通过辐射测量极坐标的方式，能够准确、快速地完成隧道掌子面开挖放样、断面测量等主要施工测量工作，全部测量内业利用计算机自动处理，为隧道施工测量带来技术革命，为整个工程节约时间、减少投资。本文以重庆虎头岩隧道施工为例，运用全站仪免棱镜测距这一新兴技术来进行隧道开挖放样、断面测量等隧道施工日常测量工作。

　　2 工程概况

　　重庆虎头岩隧道工程位于渝中区化龙桥段，属于高九路-嘉华大桥华村连接段工程。设计为4车道双洞单向行驶隧道，上行线隧道全长728米;下行线隧道全长795米，由于隧道大部分的围岩类别为IV类，岩层类别较差，成为该隧道施工的难点。隧道施工中掘进放样、开挖后断面超欠挖测量等测量任务重，尤其是超欠挖所带来的经济损失更是不容忽视。对此，选择徕卡TS02型免棱镜测距全站仪来进行开挖放样、断面测量等主要日常测量工作。

　　3 免棱镜测距技术的运用

　　3.1掌子面断面放样

　　放样前，先将隧道设计参数如洞门点坐标及高程、纵坡参数、开挖断面形状等通过有关程序输入仪器内存。放样时仪器可置于导线点或利用自由测站、后方交会程序完成设站工作，包括设置测站点三维坐标、仪器高、方位角。为使仪器与掌子面距离不至于太远，仪器一般不直接安置于导线点上，而通常采用后方交会方式来完成仪器的设站工作。临时后视点可埋设在边墙上，但须注意检查其稳定性。

　　仪器建站后，首先瞄准掌子面(仅用激光点对准—激光与望远镜同轴)测出掌子面至仪器站的距离，仪器计算出掌子面的里程，根据里程及有关输入的参数定位掌子面开挖断面，而后开始进行开挖轮廓线上点的测设。放样点可按设置间距从左到右、从中间向两侧等不同顺序测设。当红色激光指向第一个点位确定后，点上红油漆就完成一个点位的放样工作，按操作键仪器在马达的驱动下转向下一个点，依此类推放样完所有的点。

　　当掌子面不平时，应增加每个点位的测量次数，一般设为3至6次，并给出点的允许偏差，仪器每测一次得所测点位的三维坐标并计算出激光点离设计轮廓的偏移值，将修正偏移值后重测其坐标值，重算偏移值，若偏移值在允许偏差范围内，激光点处位置即可认为是开挖轮廓线上的点，否则重测。

　　利用此程序还可以放样出掌子面每一个炮孔的设计位置。

　　3.2开挖断面测量

　　徕卡TS02型全站仪机内配置有两个程序可以进行断面测量。一个是在所测断面内的任一位置安设仪器，可用后方交会、自由测站或已知站点设站，确定仪器的三维坐标及设置方位角，然后启动断面测量程序，设置好有关参数后，仪器在司服马达的驱动下照准布于隧道轴线法线的竖直平面旋转一周，同时按设置间隔距离测取仪器到各测点的距离及角度，并存储于仪器内存或PC卡上，即完成一个断面的外业测量工作;另一断面测量程序是仪器不一定安置在所测断面垂直面内，建站工作同前，可测取仪器免棱镜测程内的所有需测的断面。此方法优点在于不用频繁搬动仪器，可测取任一需测断面，但开挖后的断面表面凹凸不平，断面每个点位的测取需重复多次。对衬砌后轮廓规则的断面此法测量速度将大大快于前一种方法。

　　将不同断面的外业测量记录输入装有相应断面测量后处理软件的计算机，计算机经过分析、计算与理论断面比较等处理过程，最后输出实测及理论断面比较图形、断面面积、超、欠挖面积等有关参数。

　　4 结论

　　免棱镜测距技术应用于隧道测量有如下优点:

　　(1)测量速度快

　　掘进放样、断面超欠挖测量等每一断面均可在几分钟内完成。

　　(2)准确

　　一是测设定点精度准确。其精度可依工程所需而定，可达几毫米的精度。二是固定性。程序编制时要求仪器自动寻找断面上相同的点(即虽掌子面里程不同，但所放样各点在隧道纵向上相对于隧道中线、轨面的位置固定)，且各点在开挖轮廓线上间距一致，这为钻眼爆破带来极大便利——测点即是炮眼，炮眼间距固定。每茬炮钻眼在断面同一位置，为钻眼角度提供很好的参考方向，使整个隧道炮眼顺直，进一步减少超欠挖，减少安全质量隐患。同理，如有必要，也可将需要的爆破设计炮眼位置准确放样出来，如掏槽眼等，为提高爆破效果提供技术援助。

　　(3)设站灵活

　　因为仪器可用距离后方交会设站，这就给测量带来很大灵活性，可以在不同的现场条件下选择最佳位置设站，减少其它工序对测量的干扰，反之也减少了测量对其它工序的干扰。在某些人力设备不能到达的或危险的地方，只要满足测程与通视两个条件就可完成测量任务，减少测量对其它机械设备(如脚手架，升降机等)的依赖。因全站仪采用极坐标的方式进行放样，加上其自动化程度较高，一般即需二人即可完成作业任务。

　　(4)与其它工序平行作业

　　传统开挖轮廓线放样一般在出碴完后进行，往往占用数十分钟的时间，而采用全站仪放样，尤其是通风效果好时，可将仪器安置在边墙附近，装碴的同时便可完成碴堆以上开挖轮廓线放样与坑道断面扫描，装碴完成后抢用其它工序准备工作的几分钟完成剩余测量工作。或装碴快完成时，边装碴边测量，实现零分钟测量。

　　(5)适应性强

　　因全站仪是以极坐标方式来测量坑道上的点的坐标，而设计坑道上任何点都有自身的解析坐标，从测量的观点与隧道解析观点来看，也就不再存在曲线隧道、曲墙断面放样、工作面不规则等种种不便，使各式各样的线路走向、断面形状问题统一化为极坐标与隧道解析的问题。我们关心的是如何去准确测量点的三维坐标，在程序中如何描述线路、断面设计参数，让计算机去关心具体一个点位于曲线与直线、直墙与曲墙的问题。

　　总之，免棱镜测距的出现，使传统隧道工程测量不易、不能解决的问题得到很好的解决。准确、快速、灵活的测量，有望建立隧道表面数字模型，准确快速绘制任意里程断面图，为施工决策提供数据基础，减少浪费，减少返工，为整个工程提供基础保证。虽然目前此类功能齐全(无棱镜测距，司服马达等)的全站仪价格一般偏高，但综合整个工程来考虑，还是减少了工程造价。随着长测程无棱镜测距硬件的进一步完善，入世后硬件价格的下降，计算机技术人员的积极参与其中，开发出完备的软件系统，这一技术将在隧道施工放样中得到普及，取代传统的断面放样、断面测量等，特别是长大隧道更应将其作为首选测量工具

　　5 参考文献

　　公路隧道施工技术规范(JTGF60—2009)

　　公路隧道设计规范(JTG D70-2004)

　　高九路虎头岩隧道施工图

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文章名称： 全站仪免棱镜测距技术在隧道施工测量中的运用

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