淺析全站儀在隧道拱頂沉降測(cè)量中的運(yùn)用

張藝

摘要：開展隧道施工時(shí)，選擇高性能全站儀，進(jìn)行拱頂沉降測(cè)量，極具精度優(yōu)勢(shì)。文章將傳統(tǒng)拱頂沉降測(cè)量方法與高性能全站儀測(cè)量方式進(jìn)行對(duì)比，并實(shí)施精度分析，從而對(duì)全站儀在隧道拱頂沉降測(cè)量中的可行性及有效性進(jìn)行論述，達(dá)到良好的隧道拱頂沉降測(cè)量效果。

關(guān)鍵詞：全站儀；隧道；拱頂沉降；測(cè)量

拱頂沉降測(cè)量是隧道施工和參數(shù)獲取的主要依據(jù)。其測(cè)量過(guò)程中涉及到的相關(guān)內(nèi)容比較多，需優(yōu)選測(cè)量設(shè)備。當(dāng)前，精密水準(zhǔn)儀懸掛銦鋼尺在隧道拱頂沉降測(cè)量中應(yīng)用比較普遍，但其很容易受光線及外部施工環(huán)境干擾，且人員消耗量大。將高性能全站儀應(yīng)用到隧道拱頂沉降測(cè)量中，通過(guò)非接觸測(cè)量方法，對(duì)橋梁橋面變形進(jìn)行精確測(cè)量，不僅能夠提高測(cè)量效率，而且應(yīng)用效果極佳。

1.全站儀概述

全站儀屬全站型電子測(cè)距儀，其能夠有效測(cè)量水平角、垂直角、高差、距離等。以光電掃描度盤為主，對(duì)讀數(shù)進(jìn)行自動(dòng)記錄和顯示，測(cè)角操作非常簡(jiǎn)單，也能夠避免不必要的讀數(shù)誤差。將儀器安置一次，就能夠順利完成該測(cè)站上的全部工作。其在地下隧道施工中應(yīng)用比較普遍，測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)便，而且測(cè)量結(jié)果極為精確。其水平度盤、豎直度盤和讀數(shù)裝置分別通過(guò)光柵度盤和讀數(shù)傳感器實(shí)現(xiàn)。依據(jù)角度測(cè)量精度，可將其劃分為0.5”、1”、2”、3”、5”7”等多個(gè)等級(jí)。該工程背景下，要結(jié)合隧道拱頂沉降測(cè)量要求，對(duì)全站儀進(jìn)行合理選擇和應(yīng)用，達(dá)到預(yù)期工程測(cè)量目標(biāo)。

2.拱頂沉降監(jiān)測(cè)方法

2.1傳統(tǒng)測(cè)量方法

以往隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)中，多用精密水準(zhǔn)儀懸掛銦鋼尺的方式。其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，精度高。但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍然存在諸多限制性因素。因每次測(cè)量都要在測(cè)試點(diǎn)處進(jìn)行倒鉤鋼尺設(shè)置，測(cè)量結(jié)果很容易受外部人為因素干擾。拱頂沉降測(cè)量點(diǎn)的位置在隧道中心線上，執(zhí)行測(cè)量工作時(shí)，隧道無(wú)法正常施工。倘若測(cè)點(diǎn)距離掌子面很近，又會(huì)因掌子面處于施工狀態(tài)，無(wú)法對(duì)倒鉤鋼尺進(jìn)行設(shè)置，使測(cè)量工作受到干擾，嚴(yán)重影響測(cè)量質(zhì)量及效率。

2.2新測(cè)量方法

應(yīng)用高性能全站儀三角高程法，借助反光貼，開展非接觸測(cè)量。在固定位置，對(duì)測(cè)站進(jìn)行設(shè)置，測(cè)站距后視點(diǎn)及測(cè)量點(diǎn)的距離應(yīng)相等。應(yīng)用棱鏡對(duì)后視點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，而且其應(yīng)為固定高度，將反光貼應(yīng)用到測(cè)量點(diǎn)中，將測(cè)量距離控制在30-50m之間。將后視點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)測(cè)量次數(shù)控制在三次，測(cè)量結(jié)果取平均值。該測(cè)量方法效率比較高，人為因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響相對(duì)較小，也不會(huì)干擾隧道正常施工。

3.全站儀精度分析

將全站儀三角法應(yīng)用到本次測(cè)量工作中，將測(cè)點(diǎn)裝置設(shè)置在隧道拱頂測(cè)點(diǎn)部位，該裝置中要包含固定反光貼。在隧道地面進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置，該過(guò)程中，選用全站儀棱鏡測(cè)量方式，并用無(wú)棱鏡模式，對(duì)拱頂測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。如圖1所示。

文獻(xiàn)研究可知，該觀測(cè)中，選用1.0”全站儀三角高度單向測(cè)量方式，并對(duì)地球曲率和大氣折光等指標(biāo)進(jìn)行考量。倘若豎直角不超過(guò)20°，前后視距離在100m之內(nèi)，它的撓度中誤差在1.06mm以內(nèi)；如果豎直角不超過(guò)40°，前后視距離在100m之內(nèi)，它的撓度中誤差在2.00mm以內(nèi)。該觀測(cè)中，選用0.5”全站儀三角高度單向測(cè)量方式，考量地球曲率和大氣折光的相關(guān)指標(biāo)。倘若豎直角不超過(guò)20°，前后視距離在100m之內(nèi)，它的撓度中誤差在0.53mm以內(nèi)；倘若豎直角不超過(guò)40°，前后視距離在100m之內(nèi)，它的撓度中誤差在1.00mm以內(nèi)。

4.工程實(shí)例

以某隧道為例，該隧道左、右洞設(shè)計(jì)指標(biāo)分別為：左洞起止樁號(hào)K152+628-K153+426，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度798m；右洞起止樁號(hào)K152+520-K153+290，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度770m。

隧道區(qū)域地貌特征是巖溶峰叢谷地，海拔140-400m。該隧道進(jìn)洞口段和出洞口段山體斜坡自然坡角分別在10°～18°，上部坡度陡峭，下部坡度很緩，隧道進(jìn)口、出口部位均有很穩(wěn)定的自然斜坡。該隧道不會(huì)受地表水影響，該范圍內(nèi)的地下水特征是第四系覆蓋層中的孔隙水、巖溶水和基巖裂隙水等，無(wú)明顯富水性特征。

該工程背景下，分別用到兩部精密水準(zhǔn)儀和全站儀，觀測(cè)內(nèi)容是該工程右洞K302+560處的拱頂沉降測(cè)點(diǎn)。精密水準(zhǔn)儀拱頂測(cè)點(diǎn)和全站儀拱頂測(cè)點(diǎn)的布置位置相同。測(cè)量人員要依據(jù)具體工程情況，對(duì)測(cè)量點(diǎn)位置進(jìn)行嚴(yán)格考量和選擇。

測(cè)量結(jié)果表明，0.5”全站儀和精密水準(zhǔn)儀、1.0”全站儀和精密水準(zhǔn)儀、0.5”全站儀和1.0”全站儀均存在測(cè)量偏差。采用全站儀測(cè)量方式和精密水準(zhǔn)儀測(cè)量得出的數(shù)據(jù)基本相同。表明，在隧道拱頂沉降測(cè)量中，應(yīng)用0.5”全站儀極為有效，且具備可行性。相較于傳統(tǒng)測(cè)量方法，全站儀的測(cè)量精度和測(cè)量效率都比較高，不會(huì)對(duì)隧道施工產(chǎn)生太大影響或干擾，在隧道工程應(yīng)用中極具適用性，且效果極佳。

5.全站儀測(cè)量隧道拱頂沉降措施

在基準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)中間，對(duì)觀測(cè)站進(jìn)行設(shè)置，該過(guò)程中，要對(duì)觀測(cè)站進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)。每一次將監(jiān)測(cè)站設(shè)置在同一位置，對(duì)其進(jìn)行固定測(cè)量。采用該種設(shè)置方式，能夠?qū)y(cè)距和豎直角誤差進(jìn)行有效規(guī)避。分別將設(shè)站與測(cè)點(diǎn)、設(shè)站與基準(zhǔn)點(diǎn)的距離控制在30m-50m左右。假使距離過(guò)小，很容易使豎直角角度增加；而且，如果距離過(guò)大，也會(huì)增加測(cè)量誤差。

6.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將高性能全站儀應(yīng)用到隧道拱頂沉降測(cè)量中，測(cè)量過(guò)程極為簡(jiǎn)便，既能夠縮短測(cè)量時(shí)間，又能夠提高測(cè)量效率，不會(huì)對(duì)施工過(guò)程產(chǎn)生影響，有助于降低工程實(shí)踐中的各類誤差問(wèn)題，使隧道拱頂沉降測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，以達(dá)到良好的沉降監(jiān)測(cè)效果，提高工程建設(shè)質(zhì)量。