全站儀隧道測量模塊在施工中的應(yīng)用

曾輝

（中鐵十八局集團第三有限公司）

全站儀隧道測量模塊在施工中的應(yīng)用

曾輝

（中鐵十八局集團第三有限公司）

隨著時代的發(fā)展，我國的公路和鐵路工程如雨后春筍迅猛發(fā)展，工程建設(shè)的效率也在飛速提高，各種先進的機械設(shè)備、工程管理理念、先進的功法都在現(xiàn)代建筑工程中逐漸暫露頭腳?，F(xiàn)在的工程都是高效率的工程，形成了遇水架橋，遇山開隧的高效率工程理念。本文對隧道工程的測量工作進行了部分總結(jié)。對比了現(xiàn)代化隧道工程測量和以前的隧道工程測量的優(yōu)劣。重點的分析了現(xiàn)代化隧道測量的優(yōu)勢和效率。

全站儀；測量模塊；免棱鏡；圍巖監(jiān)控量測

1 全站儀的簡介及測量原理

全站儀全稱為“全站型電子速測儀”通常又稱為“電子經(jīng)緯儀”或者“電子速測儀”。這種測量儀器是將測角度、測距離和微處理機結(jié)合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)對測角、測距進行自動控制，對水平距離、坐標增量、高差等進行自動計算，還可以自動記錄、計算、顯示在儀器的視窗中，并且可以進行測量數(shù)據(jù)存儲和輸出，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的全站儀也不光停留在簡單的測量放樣的水平上了，現(xiàn)在的全站儀可以和GPS組合使用（超站儀）。并且世界各國測量機構(gòu)都為全站儀開發(fā)出了各種方便測量工作的與全站儀匹配的測量模塊及軟件。使現(xiàn)在的全站儀逐步向精準化、智能化的方面發(fā)展。

2 全站儀的使用

本文著重說的是全站儀隧道測量模塊在現(xiàn)代鐵路隧道的使用，在隧道中全站儀的使用頻率很高，主要分為控制測量、施工放樣測量、成品檢測測量、圍巖監(jiān)控量測等。

（1）控制測量：在隧道中控制測量是隧道工程的命脈和靈魂，沒有走好這一步，隧道就是一個無靈魂的作品，控制測量沒有做好，隧道施工就是一個無頭蒼蠅，處處碰壁。必然導(dǎo)致隧道平面位置與設(shè)計線路偏移，使隧道工程無法貫通，對國家、對單位造成無法挽回、不可估量的損失。

（2）施工放樣：“金隧銀橋”，四個字就可以看出隧道的投資和利潤都是巨大的，投資是固定的，要想利潤最大化測量也是功不可沒的，測量放樣工作看是平凡無奇，但是使用好了也會帶來巨大的經(jīng)濟效益。

（3）成品檢測：隧道的外觀質(zhì)量同樣可以用全站儀來檢測，在開挖斷面檢測、初期支護斷面、二襯斷面檢測等方面全站儀式無可替代的。

（4）圍巖監(jiān)控量測：隧道的安全，特別是長大隧道的安全是不可忽視的，在這里全站儀也可以為隧道的安全施工保駕護航。

3 全站儀隧道測量系統(tǒng)控制測量操作

3.1 控制測量準備工作

控制測量需要高精度的測量儀器，控制測量需使用全自動帶馬達驅(qū)動且有自動尋找棱鏡，自動對焦，對中功能的全站儀。實木儀器支架3套（減少氣溫對儀器的整平的干擾）；反射棱鏡（含砧板）及棱鏡精平支座3套；全站儀內(nèi)置注冊導(dǎo)線測量模塊。人員四名，反光背心及對講機等。

3.2 控制測量的操作

長大隧道的導(dǎo)線控制測量要求精度高，一條附和導(dǎo)線無法滿足施工需要，需要兩條或者多條導(dǎo)線或者導(dǎo)線網(wǎng)、導(dǎo)線索來控制隧道的平面導(dǎo)向精度。

隧道施工由于不受氣候、天氣的影響，是全天候不間斷的循環(huán)工序法施工，不會因為導(dǎo)線控制測量而停止施工，所以需要以中央水溝（雙線隧道中央水溝）為分界線封閉一半隧道，在封閉的一半隧道進行導(dǎo)線控制測量。由于隧道的施工隧道內(nèi)的空氣和能見度都沒有洞外的好，導(dǎo)致人眼無法看清前后視的棱鏡，更無法對中棱鏡中心。在測量前我們需要首先在全站儀中錄入現(xiàn)場測出的溫度、大氣壓值，儀器會進行氣壓值和溫度值的修正。進入控制測量界面后我們就可以對后視和前視了，與老式全站儀尋找前后視需要技術(shù)員的輔助不同，全自動全站儀只需要用儀器的紅外線尋找到前后視棱鏡的大概位置就可以了，儀器的智能對中系統(tǒng)會進行精確對中，并對所測量的角度進行多測回法測量，自動記錄在儀器中。消除了人工對中棱鏡的誤差，并且提高了效率。因為人工需要不停的通過燈光照射棱鏡來尋找棱鏡和對中棱鏡，然后反復(fù)測量多次以此來減少測角誤差，由于各測量員的水平和視差等方面不同，測量過程中就會產(chǎn)生很多的測角誤差，有時角度2C差還會超限，導(dǎo)致所測導(dǎo)線報廢。全站儀的控制測量模塊省去了人工的很多煩惱，同時減少了人工干預(yù)測量記錄。是人工測量效率的10倍以上。測回數(shù)越多效率越高，使現(xiàn)場的控制測量高效高質(zhì)的完成。

同時全站儀的控制測量模塊還有與之匹配的電腦數(shù)據(jù)處理軟件，現(xiàn)場控制測量的數(shù)據(jù)可以直接輸入電腦，在電腦軟件的處理分析下很快就可以把數(shù)以萬計的測量數(shù)據(jù)進行計算平差。這是人工無法完成的。

4 全站儀隧道測量放樣模塊的操作

（1）老式的全站儀開挖測量放樣工作需要的準備工作有很多，在進隧道前測量員需要把所需要的數(shù)據(jù)全部計算出來，然后到隧道內(nèi)還需要進行分部的細化計算。需要至少5個人來完成測量工作，包括開挖面的跑桿員和拉尺員，放樣數(shù)據(jù)計算和測量儀器操作員，后視還需要一個技術(shù)員，所以以前的測量隊伍都是一個龐大的辛苦的組織。

（2）現(xiàn)在全站儀都是免棱鏡的，免棱鏡測距500～1000m。全站儀內(nèi)有隧道測量模塊，在隧道工程開始前就可以把隧道的平曲線要素，豎曲線要素，隧道各類型施工斷面全部通過電腦導(dǎo)入到全站儀內(nèi)。現(xiàn)場不再需要計算器計算和紙筆的記錄，在隧道內(nèi)測量只需要兩個人就可以了，儀器操作員一名，前面打點的一名，測量員把全站儀置好站就可以直接開始測量放樣了。由于儀器是免棱鏡帶紅外線導(dǎo)向的，所以測量員只需要根據(jù)儀器內(nèi)的斷面數(shù)據(jù)就能完成隧道的各類測量工作。打點員通過紅外線的導(dǎo)向也可以快速找到放樣點的正確位置。實線了無紙化高效率的放樣工作。

（3）老式全站儀和新式全站儀測量系統(tǒng)的比較

老式全站儀由于精度低，沒有免棱鏡測量系統(tǒng)，需要更多的跑桿員及測量計算員；測量過程中也需要計算，打點員需要不停的拉尺和打點。所測量的開挖斷面只能畫出大概斷面。新的全站儀隧道測量系統(tǒng)可以均勻的畫出設(shè)計斷面，并且從后面畫出隧道走向，便于后續(xù)的施工，也節(jié)約了大量的時間。更重要的是測量系統(tǒng)可以很好的控制隧道的超欠挖和光面爆破的效果?？刂坪昧诉@兩項就為隧道節(jié)約了很多的材料，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。

5 全站儀隧道測量模塊在隧道斷面掃描中的應(yīng)用

老式全站儀沒有隧道測量系統(tǒng)，需要現(xiàn)場測量三維坐標，通過坐標算出隧道斷面上的點位，測量數(shù)據(jù)和計算的工作量是巨大的。

全站儀隧道測量模塊內(nèi)置隧道斷面，所以在隧道初期支護斷面檢測、二襯臺車模板定位、二襯斷面檢測這些工作中無需擔憂巨大的工作量。對于他來說只有很少的工作量。只需要設(shè)置好測站進入斷面掃描系統(tǒng)就可以了，全站儀通過自帶的水平和豎直驅(qū)動馬達、高效的免棱鏡和快速的測量計算系統(tǒng)。它可以很快的精準的測量掃描出隧道的斷面。電腦導(dǎo)出全站儀內(nèi)的測量數(shù)據(jù)。通過斷面軟件的處理分析，超欠挖數(shù)據(jù)也一目了然。并可以馬上出具科學的超欠挖報告。省時、省心、省力。

6 全站儀圍巖量測系統(tǒng)的操作

（1）隧道的施工是個高危行業(yè)，運用圍巖監(jiān)控量測來掌握施工過程中圍巖變形及支護狀況，及時準確獲取監(jiān)測信息，并指導(dǎo)施工，以達到安全、可靠、經(jīng)濟的目的。為快速、高效、準確完成圍巖凈空位移量測任務(wù)。以前的圍巖量測都是都是用圍巖收斂尺進行測量，由于洞內(nèi)條件的限制，工作量很大，洞內(nèi)拉尺也影響了隧道各工序的施工，嚴重的耽誤了工期。遇到軟弱巖層，對在洞內(nèi)的圍巖量測人員也帶來了巨大的安全隱患。

（2）現(xiàn)在我們使用全站儀的圍巖測量模塊可以很好的完成這項危險的工作。采用三維非接觸量測新技術(shù)。其基本原理是利用全站儀自由設(shè)站遠距離測定圍巖監(jiān)控兩側(cè)點，通過點位不同時段的三維坐標，將測量數(shù)據(jù)輸入計算機中的圍巖監(jiān)控軟件進行后處理，最后輸出科學的圍巖監(jiān)測成果（全站儀內(nèi)相應(yīng)配圍巖收斂檢測模塊，計算機內(nèi)配圍巖收斂分析處理輸出模塊）。自由設(shè)站三維非接觸觀測系統(tǒng)由觀測主機全站儀、反光薄膜、后視基準點及計算機組成。后視測量基準點要求穩(wěn)固，其坐標可根據(jù)現(xiàn)場情況自行設(shè)置或利用隧道內(nèi)控制測量的導(dǎo)線點；反射靶標采用5mm厚的三角形鋼板（80mm×80mm×80mm），表面貼上60mm×60mm的強力反膜片，中間鉆直徑為3mm的小孔，用膨脹螺栓錨固在初期支護的表面或點焊在初期支護的鋼筋上，按有關(guān)規(guī)范要求在隧道內(nèi)進行點位布置。測量時中心小孔為照準點，觀測時反射膜片與儀器光軸的傾斜角度應(yīng)不大于30°，以減少照準對測距的影響。觀測前，對全站儀進行調(diào)校，使儀器處于最佳狀態(tài)。觀測時，打開儀器的角度改正及補償器功能，并對儀器進行氣壓和溫度的氣象改正。觀測采用記錄測量模式，所有觀測數(shù)據(jù)均存儲在模塊內(nèi)。全站儀采用自由設(shè)站，但為了消除膜片傾斜對測距的影響，每次量測時測站位置應(yīng)大致相同。觀測時采用三次重復(fù)設(shè)站，每次設(shè)站采用雙盤測回結(jié)合三次重復(fù)照準的冗余觀測方法，即每一測站上分別用兩個盤位連續(xù)、重復(fù)照準三次目標點，然后取平均值作為一次設(shè)站觀測的結(jié)果。量測頻率主要根據(jù)位移速度和測點距開挖面的距離而定。一般在測點埋設(shè)初期測試頻率每天1～3次，隨著圍巖漸趨穩(wěn)定，量測次數(shù)減少，當出現(xiàn)不穩(wěn)定征兆時，增加量測次數(shù)。當圍巖達到基本穩(wěn)定后，以1次/3日的頻率量測2周，若無明顯變形，則可結(jié)束量測。進行下一步工序的施工。更好的引導(dǎo)隧道的科學安全快速的施工。

7 結(jié)語

工程測量是一個永無止境的學習過程，以后的測量還會有飛速的發(fā)展，測量工作的模塊化知識測量工作的一個里程碑，相信在以后的測量中，測量技術(shù)將會向著更高效的方向發(fā)展。

U452.1

A

1673-0038（2015）48-0244-02

收稿日期：2015-11-13