韋向高

（廣西城市職業(yè)大學(xué)，廣西 崇左 532100）

0 引言

隨著我國中高等級公路的不斷發(fā)展，交通量也在進(jìn)一步增加，公路建設(shè)的整體質(zhì)量以及精度也逐漸得到提升，在隧道的實(shí)際施工測量工作之中，一般的測量形式已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)在的施工精度要求。而全站儀免棱鏡測距技術(shù)可以通過敷設(shè)測量極坐標(biāo)的形式，十分準(zhǔn)確以及快速地完成針對隧道的測量放樣以及斷面測量等實(shí)際的施工測量工作，所有測量的內(nèi)業(yè)資料都能通過計(jì)算機(jī)展開自動(dòng)化處理，為實(shí)際施工節(jié)省更多的時(shí)間和成本，可以說這是隧道整體施工測量技術(shù)的一次變革?；诖耍疚闹饕槍θ緝x免棱鏡測距技術(shù)在隧道施工測量中的應(yīng)用展開以下有關(guān)分析和研究。

1 工程概況

某隧道工程，設(shè)計(jì)方案是4 車道雙洞單向行駛隧道，左邊隧洞長度大于5000m，與右洞長度大約相等，寬度和高度分別為10m 和6m。隧道所處地區(qū)地質(zhì)條件十分復(fù)雜，圍巖占據(jù)全段施工的77%，是該隧道工程的主要施工難點(diǎn)。在隧道的施工過程中，進(jìn)行掘進(jìn)放樣、開挖后斷面測量及圍巖凈空位移測量等相應(yīng)的測量任務(wù)比較繁重，如果測量數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致超挖、欠挖將造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。針對此，工作人員運(yùn)用徠卡TCRA1101 型免棱鏡測距全站儀展開掘進(jìn)放樣及開挖后斷面測量等相應(yīng)的測量工作。徠卡測距儀測量角的精度在1.5”，實(shí)際測量距離的精度在2+2ppm，免棱鏡測量標(biāo)稱的實(shí)際距離則為250m。

2 全站儀免棱鏡測距技術(shù)在隧道施工測量之中運(yùn)用的優(yōu)點(diǎn)

2.1 測量的實(shí)際速度比較快

掘進(jìn)放樣、開挖后斷面測量及圍巖凈空位移測量等相應(yīng)的測量工作都能夠在短短的幾分鐘之內(nèi)完成。

2.2 具有準(zhǔn)確性

一是測量定點(diǎn)的精度十分準(zhǔn)確。整體精度可以根據(jù)工程施工標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，能夠達(dá)到mm 級的精準(zhǔn)度。二是具有固定性。在各個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行開挖時(shí)，輪廓線之間的距離應(yīng)保持一致，這可以為鉆眼爆破施工帶來更多便利。測量點(diǎn)也就是炮眼，其實(shí)際間距具有固定性。每一茬炮眼在實(shí)際施工斷面的同一個(gè)位置，可以為鉆眼的角度提供更好的施工方向，可以使隧道內(nèi)部的炮眼變得更為順直，進(jìn)而能夠有效減少超挖、欠挖，為實(shí)際施工安全帶來基本保證。另外，也能夠根據(jù)設(shè)計(jì)的炮眼具體位置進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，比如掏槽眼等施工，可以為提升爆破的效果奠定技術(shù)方面的基礎(chǔ)。

2.3 設(shè)站十分靈活

儀器可以根據(jù)測量的距離設(shè)置站點(diǎn)，這為測量工作帶來比較大的靈活性，能夠在不同施工現(xiàn)場的基本條件之下，選擇出最為適宜的位置進(jìn)行站點(diǎn)設(shè)置，減少其他施工對測量工作的干擾，同樣也會減少測量工作對其他施工的干擾。在人工測量難以滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求，或者是工作人員無法到達(dá)的比較危險(xiǎn)的位置，只要滿足測量里程以及通視這兩個(gè)條件就能夠完成測量任務(wù)，進(jìn)一步減少測量對其他機(jī)械設(shè)備（如腳手架、升降機(jī)等）的依賴程度。不過，因?yàn)槿緝x是通過極坐標(biāo)展開測量放樣，再加上儀器的自動(dòng)化程度并不是很高，通常都需要兩位工作人員才能夠完成測量任務(wù)。

2.4 和其他施工程序進(jìn)行平行作業(yè)

傳統(tǒng)的開挖整體輪廓線放樣工作都是在出渣施工完成以后才展開，通常都會耗費(fèi)幾十分鐘的時(shí)間。而通過全站儀進(jìn)行放樣，特別是在通風(fēng)效果良好的時(shí)候，在裝渣施工完成、做好測量的基本準(zhǔn)備工作后，可以在短短的幾分鐘之內(nèi)完成測量工作?；蛘咴谘b渣施工將要完成的時(shí)候，可以邊進(jìn)行裝渣施工邊展開測量，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)零分鐘的測量。

2.5 整體適應(yīng)性比較強(qiáng)

因?yàn)槿緝x是通過極坐標(biāo)方式對坑道之上的點(diǎn)展開測量，且所有設(shè)置在坑道之上的點(diǎn)都具有可以解析的坐標(biāo)，不必再擔(dān)心其中會出現(xiàn)曲線隧道、曲墻斷面放樣以及工作面不規(guī)則等情況，使得各種各樣的施工線路的基本走向以及斷面形狀等相關(guān)問題都可以統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)的解析問題。測量人員關(guān)心的怎樣才可以準(zhǔn)確地得到測量點(diǎn)的具體三維坐標(biāo)、在程序之中怎樣才可以進(jìn)行路線的描述以及斷面設(shè)計(jì)參數(shù)等，現(xiàn)在使用計(jì)算機(jī)就能夠真正計(jì)劃出具體的位置，解決曲線、直線以及直墻、曲墻等相關(guān)問題。

3 全站儀免棱鏡測距技術(shù)在隧道施工測量中的具體應(yīng)用

3.1 掘進(jìn)掌子面斷面放樣

在放樣測量之前，需要將隧道內(nèi)部的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)、隧道洞門點(diǎn)坐標(biāo)、高程以及縱坡的參數(shù)等，都利用相關(guān)程序輸入儀器內(nèi)部進(jìn)行存儲。放樣時(shí)可以根據(jù)參數(shù)來確定具體的測量站點(diǎn)，包含設(shè)置測量站點(diǎn)的三維坐標(biāo)、測量儀器高度以及方位角等。為了使儀器和掌子面的實(shí)際距離不至于太遠(yuǎn)，通常都不會直接將測量儀器安置在導(dǎo)線點(diǎn)上，而是利用后方的交會方式有效完善測量儀器的整體設(shè)站工作。并且臨時(shí)后視點(diǎn)能夠設(shè)置在隧道的邊墻上，但是一定要注意檢查其工作的穩(wěn)定性。

在測量儀器建站之后，需要瞄準(zhǔn)掌子面來進(jìn)一步測量出掌子面到測量儀器之間的實(shí)際距離。儀器依照測得的實(shí)際距離和相關(guān)參數(shù)來定位掌子面開挖的斷面，然后就可以著手展開開挖輪廓線上點(diǎn)的實(shí)際測量和預(yù)設(shè)。隧道的測量放樣點(diǎn)根據(jù)實(shí)際設(shè)置的距離可以由左至右、由中間向兩側(cè)等不同的順序進(jìn)行測量和預(yù)設(shè)。測量工作中，儀器發(fā)出的紅色激光在第一個(gè)設(shè)置的點(diǎn)位進(jìn)行確認(rèn)之后，在該點(diǎn)位點(diǎn)上紅油漆，才算完成一個(gè)點(diǎn)位的實(shí)際放樣工作。儀器在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)之下可以自動(dòng)轉(zhuǎn)向下一個(gè)施工放樣點(diǎn)，以此類推逐步完成全部放樣工作。

當(dāng)掌子面不平整的時(shí)候，需要增加點(diǎn)位及測量次數(shù)，通常可以設(shè)置3～6 個(gè)點(diǎn)位，并且給出允許的偏差范圍。在儀器每一次測量的時(shí)候，其所得到的測量點(diǎn)位的三維坐標(biāo)為其計(jì)算出的激光點(diǎn)和實(shí)際輪廓之間出現(xiàn)的偏移值，修正偏移值之后，假如偏移值在允許的偏差范圍之內(nèi)，才可以確認(rèn)激光點(diǎn)即是要開挖的施工輪廓之上的點(diǎn)，不然則需要重新測量。

3.2 斷面測量

斷面測量過程中，要求所需要測量的斷面之內(nèi)任何一處位置都可以安裝測量儀器，可以在后方進(jìn)行交匯，對自由測量站點(diǎn)及已知站點(diǎn)進(jìn)行預(yù)設(shè)，進(jìn)而確認(rèn)儀器的具體三維坐標(biāo)及其設(shè)置的具體方位角，并且在啟動(dòng)斷面的整體測量程序、設(shè)置相應(yīng)參數(shù)之后，儀器在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)之下自動(dòng)旋轉(zhuǎn)一周，可以將隧道內(nèi)部的構(gòu)造（隧道的軸線、法線及豎直平面）進(jìn)行照準(zhǔn)，同時(shí)還需要通過設(shè)置的參數(shù)，測量獲得各個(gè)測量點(diǎn)之間的實(shí)際距離以及角度，而且存儲在測量儀器的內(nèi)存及PC 卡內(nèi)部，如此才算完成一整個(gè)斷面外業(yè)的實(shí)際測量工作。這種方式的優(yōu)勢主要就在于不需要頻繁地搬運(yùn)測量儀器，可以測量任何需要測量的斷面。但是在實(shí)施開挖施工之后，斷面的表面變得凹凸不平，那么斷面的每一個(gè)點(diǎn)位的實(shí)際測量都需要實(shí)施多次方可。針對襯砌之后的、輪廓基本規(guī)則的斷面，使用這種方式進(jìn)行測量，其實(shí)際速度會較其他測量方式更快。將相關(guān)斷面外業(yè)測量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，可以獲得實(shí)際測量結(jié)果、斷面對比圖形及斷面面積等相應(yīng)參數(shù)。

3.3 圍巖凈空位移的測量

隧道通常采用鉆爆法進(jìn)行施工，依照實(shí)際施工原理，需要通過圍巖監(jiān)控進(jìn)行測量，掌握施工之中圍巖變形和支護(hù)的基本狀況，及時(shí)獲得監(jiān)控的有關(guān)信息數(shù)據(jù)，以此指導(dǎo)施工，達(dá)到更為安全和經(jīng)濟(jì)的施工目的。為了可以快速和高效地完成圍巖凈空位移的測量任務(wù)，可以運(yùn)用三維動(dòng)態(tài)非接觸測量技術(shù)展開測量工作。其主要測量原理是將全站儀的實(shí)際測量點(diǎn)位和不同時(shí)間段之內(nèi)的三維坐標(biāo)等測量數(shù)據(jù)整體輸入計(jì)算機(jī)，展開施工后處理，最終將監(jiān)測結(jié)果輸出。在全站儀的內(nèi)部設(shè)置有關(guān)圍巖收斂的檢測模塊，計(jì)算機(jī)內(nèi)部設(shè)置圍巖收斂的最終核驗(yàn)監(jiān)測模塊，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行核驗(yàn)分析。自由設(shè)站的三維動(dòng)態(tài)非接觸測量系統(tǒng)主要由全站儀、反射靶標(biāo)、后視基準(zhǔn)點(diǎn)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成。后視基準(zhǔn)點(diǎn)需要穩(wěn)固，實(shí)際坐標(biāo)可以依照現(xiàn)場的施工情況進(jìn)行設(shè)置。反射靶標(biāo)都是采用3mm 厚度的薄鋁板制作成的70mm×80mm 的方板，表面貼上60mm×60mm 的反射膜片，在中間鉆出直徑為3mm 的孔洞，使用膨脹螺栓錨固，在初期進(jìn)行支護(hù)表面以及點(diǎn)焊的時(shí)候，需要支護(hù)在鋼筋上，根據(jù)相關(guān)要求在施工隧道內(nèi)展開點(diǎn)位的布置；在展開測量的時(shí)候，其中心小孔作為照準(zhǔn)點(diǎn)，觀察的時(shí)候其反射膜片以及儀器光軸實(shí)際傾斜的角度不能夠超過30，進(jìn)而可以有效減少照準(zhǔn)對測量距離的影響。

在觀測之前，對全站儀展開調(diào)整，使儀器處于最佳測量狀態(tài)。在觀測的時(shí)候，需要修正儀器的測量角度，并且檢查氣壓、溫度等氣象條件，全部觀測的信息數(shù)據(jù)都需要做好記錄并存儲在模塊之內(nèi)。

全站儀可以自由設(shè)置站點(diǎn)，但是為了消除膜片傾斜對測量距離的影響，要求每一次測量的位置做到一般無二。在設(shè)置站點(diǎn)的時(shí)候，需要結(jié)合雙盤測量反復(fù)照準(zhǔn)調(diào)試3 次，以獲得的平均值當(dāng)作站點(diǎn)設(shè)置的最終結(jié)果。通過測量基本頻率、位移速度及測點(diǎn)距離設(shè)定開挖的基本距離。通常在測量點(diǎn)所設(shè)的初期測試頻率需要設(shè)置1～3 次，隨著圍巖逐漸穩(wěn)定之后，實(shí)際測量的次數(shù)也會變少，假如出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，則需要增加測量的實(shí)際次數(shù)。當(dāng)圍巖達(dá)到要求之后，將以3 次/天的頻率展開測量，測量時(shí)間需要延長至2 周，假如沒有出現(xiàn)明顯變化，則可以結(jié)束測量。每一次測量的數(shù)據(jù)記錄都要求輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)分析并處理測量的基本數(shù)據(jù)，將測量結(jié)果做成表格后打印輸出。將免棱鏡測距技術(shù)運(yùn)用在隧道的實(shí)際測量工作之中，不但可以使每一個(gè)斷面的測量工作都能夠在幾分鐘之內(nèi)完成，還可以保證整體測量的精度。

4 結(jié)語

綜上所述，免棱鏡測距技術(shù)的問世，使得傳統(tǒng)隧道工程的測量工作量大幅降低，還將施工問題予以及時(shí)解決。該技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)隧道的斷面放樣、斷面測量和圍巖凈空位移測量等相應(yīng)測量工作，尤其是里程長、工程量大的隧道施工更加需要將其當(dāng)作主要的測量方式。利用該技術(shù)準(zhǔn)確快速地展開測量，可以創(chuàng)建出隧道表面數(shù)字模型，能夠十分精準(zhǔn)地繪制出斷面圖，可以為最終的施工決策奠定相應(yīng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，避免出現(xiàn)浪費(fèi)現(xiàn)象，還可以減少返工，可以為工程質(zhì)量提供一定的保證。隨著長測量里程五棱鏡測距儀硬件的逐漸完善，硬件價(jià)格也出現(xiàn)了一定幅度的下降。計(jì)算機(jī)技術(shù)人員也十分積極地參與測量工作，最終開發(fā)出功能更加完備的軟件系統(tǒng)，使這項(xiàng)技術(shù)能夠進(jìn)一步推廣應(yīng)用，進(jìn)而可以為整體工程奠定堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量基礎(chǔ)。