城市軌道交通工程隧道結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量技術(shù)方法的實(shí)踐與探索

牟新偉 朱德保 余佳興

(山東高速工程檢測(cè)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

城市軌道交通施工建設(shè)主要是通過安全有效的操作方式、低能耗的施工技術(shù)手段，所實(shí)現(xiàn)的一種地下軌道施工建設(shè)方式，這種方式可以有效地緩解城市地面的交通擁堵問題。隨著時(shí)代的發(fā)展，當(dāng)前我國(guó)的工程隧道施工建設(shè)管理操作技術(shù)已經(jīng)得到了優(yōu)化改善，而為了有效的提升施工質(zhì)量，減少施工問題，相關(guān)技術(shù)人員在實(shí)際施工的背景下，提出了結(jié)構(gòu)斷面的精細(xì)化測(cè)量實(shí)施方案。其目的就是為了分析斷面的實(shí)際尺寸大小、隧道的整體應(yīng)力能否適應(yīng)當(dāng)前的施工作業(yè)環(huán)境，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行斷面測(cè)量的過程中，技術(shù)人員主要的操作方式就是通過全站儀的分析，依托于掃描處理的技術(shù)手段，對(duì)整個(gè)環(huán)境進(jìn)行測(cè)量分析。常規(guī)性的測(cè)量方式對(duì)于測(cè)量環(huán)境的基礎(chǔ)要求相對(duì)較高，但是在具體操作中的精度偏低，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化的城市軌道施工管理基礎(chǔ)需求，為此就需要提出優(yōu)化的斷面測(cè)量方式，以保證施工建設(shè)的有效性。

1 城市軌道交通工程隧道斷面測(cè)量的主要特征分析

在當(dāng)前的施工建設(shè)管理工作優(yōu)化轉(zhuǎn)型的背景下，我國(guó)的城市軌道交通施工建設(shè)管理規(guī)范要求也在進(jìn)一步細(xì)化，為了保證城市軌道交通工程建設(shè)管理工作的有效落實(shí)，在現(xiàn)有的施工建設(shè)管理基礎(chǔ)條件下，相關(guān)的技術(shù)人員要做好隧道結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量任務(wù)的分析。通過技術(shù)人才觀察可知，當(dāng)前隧道結(jié)構(gòu)斷面的主要表現(xiàn)形態(tài)有馬蹄形、圓形以及矩形等多樣化的形態(tài)結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)當(dāng)前的多種隧道環(huán)境。而整個(gè)隧道線路主體也涵蓋了單洞雙線、單線以及針對(duì)不同隧道結(jié)構(gòu)主體的隧道斷面形狀結(jié)構(gòu)。尤其是隧道的頂部位置之中所存在的兩個(gè)拱腳，這兩個(gè)拱腳與軌道交通運(yùn)輸設(shè)備的正常運(yùn)行使用有著密切的聯(lián)系，因此需要高度關(guān)注，以保證運(yùn)輸操作的有效性。

通過技術(shù)分析和綜合判斷觀察可知，現(xiàn)階段的地鐵隧道的斷面測(cè)量工作的開展落實(shí)，可以針對(duì)當(dāng)前的施工作業(yè)操作現(xiàn)狀，針對(duì)隧道斷面的實(shí)際情況進(jìn)行觀察，以此滿足施工建設(shè)的要求。城市軌道交通工程的隧道斷面測(cè)量，有著明顯的特征。1)隧道的結(jié)構(gòu)斷面雖然相對(duì)較為規(guī)則，但是其本身主體結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式也呈現(xiàn)出多樣化的特征，斷面的實(shí)際范圍相對(duì)較大，在具體實(shí)施的過程中，若是想直接進(jìn)行測(cè)量分析其實(shí)際的難度也會(huì)相對(duì)較大，因此就需要相關(guān)的技術(shù)人員針對(duì)實(shí)際的情況進(jìn)行分析，做好斷面環(huán)境的觀察判斷，以此確保最終測(cè)量的精準(zhǔn)性；2)對(duì)于測(cè)量斷面的位置要有著明確的規(guī)范要求，要在實(shí)際的施工作業(yè)工作要求中對(duì)于測(cè)量斷面進(jìn)行系統(tǒng)的分析觀察，要保證斷面測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際位置，這樣才能保證最佳的測(cè)量效果；3)斷面本身在實(shí)際測(cè)量的過程中，確定測(cè)量點(diǎn)的難度就相對(duì)較大，若是測(cè)量點(diǎn)位的規(guī)劃不符合要求，最終測(cè)量的結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)較為明顯的偏差。更有甚者會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)位測(cè)量失效的情況；4)以為內(nèi)隧道施工環(huán)境惡劣，光照力度不足，測(cè)量方式受到環(huán)境影響相對(duì)較大。同時(shí)因?yàn)闇y(cè)量環(huán)境之中的煙塵含量相對(duì)較高，在實(shí)際的測(cè)量分析工作中精準(zhǔn)性也會(huì)失衡；5)在進(jìn)行斷面測(cè)量的過程中，要保證測(cè)量?jī)x器的精準(zhǔn)性，所有的測(cè)量結(jié)果要在既定的范圍內(nèi)，測(cè)量的密度要始終保持較大的狀態(tài)，這樣才能確保后期施工過程中，各項(xiàng)施工參數(shù)符合施工建設(shè)管理工作要求，不會(huì)出現(xiàn)偏差問題。

2 全站儀、VBA施工程序下構(gòu)建的斷面測(cè)量方式分析

2.1 實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的收集處理

為了保證施工作業(yè)效果在現(xiàn)有施工作業(yè)基礎(chǔ)要求下，需要結(jié)合相關(guān)的儀器設(shè)備做好外業(yè)數(shù)據(jù)的收集處理分析。而在收集外業(yè)數(shù)據(jù)之前，作為施工人員首先需要結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和數(shù)據(jù)參數(shù)信息，確定采集的斷面數(shù)據(jù)信息資料，同時(shí)也要結(jié)合不同的儀器設(shè)備對(duì)于斷面中線點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息，明確整個(gè)軌道作業(yè)面的實(shí)際高度[1]。

2.2 計(jì)算斷面測(cè)量數(shù)據(jù)信息下的內(nèi)業(yè)資料

要想得到最為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息參數(shù)，就需要在收集完外業(yè)數(shù)據(jù)信息資料之后，分析斷面測(cè)量的數(shù)據(jù)資料，通過計(jì)算機(jī)軟件的操作，將所有的信息數(shù)據(jù)參數(shù)填入到電子表格之中，同時(shí)也需要在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息資料下輸入適當(dāng)?shù)臄嗝胬锍虜?shù)，對(duì)于軌道交通的斷面高度、中線的數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息等內(nèi)容，通過電子計(jì)算分析的方式進(jìn)行處理，同時(shí)也需要在現(xiàn)有的操作環(huán)境下，精準(zhǔn)的計(jì)算出軌道斷面核心數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的斷面信息資料。

2.3 斷面計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)規(guī)劃分析

2.3.1 規(guī)劃分析的基礎(chǔ)原則

在現(xiàn)有的軌道施工建設(shè)管理操作的過程中，要想達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)規(guī)劃效果，發(fā)揮施工建設(shè)管理作用，就需要在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)線路核心的高程頂點(diǎn)以及低點(diǎn)環(huán)境，依托于工程隧道的側(cè)面的要點(diǎn)進(jìn)行距離的分析和判斷，在施工作業(yè)環(huán)境下將軌道面的中心主體作為原點(diǎn)進(jìn)行判斷，而橫向坐標(biāo)可以任意的進(jìn)行數(shù)值的添加。在整個(gè)環(huán)境中的縱向坐標(biāo)，也可以通過設(shè)計(jì)規(guī)劃賦予較高的數(shù)值，將相對(duì)應(yīng)的斷面數(shù)據(jù)信息水平差異與高程數(shù)據(jù)作為參數(shù)，明確點(diǎn)位信息，將點(diǎn)位坐標(biāo)放置在計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)之中，通過三維坐標(biāo)的標(biāo)識(shí)進(jìn)行分析，再通過三維空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化。將其放置在二維坐標(biāo)之中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將所有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為閉合的曲線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息，生成斷面的結(jié)構(gòu)圖，因?yàn)樵谑占酵鈽I(yè)數(shù)據(jù)信息資料的過程之中，相關(guān)的技術(shù)人員可以通過棱鏡的使用，將棱鏡放置在結(jié)構(gòu)壁之中進(jìn)行反復(fù)的觀測(cè)分析和測(cè)算，得到參數(shù)信息。在實(shí)施程序設(shè)計(jì)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，需要判斷棱鏡使用的半徑數(shù)據(jù)信息，將斷面圖延展到棱鏡的半徑之中進(jìn)行觀察，以形成更加精準(zhǔn)的斷面圖信息資料。在斷面圖的生成和優(yōu)化的過程中，結(jié)合設(shè)計(jì)管理的相關(guān)要求收集棱鏡的數(shù)據(jù)信息，可以得到關(guān)鍵點(diǎn)的資料，同時(shí)對(duì)于各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的高程和偏距有一定的認(rèn)識(shí)和了解。

2.3.2 VBA程序設(shè)定分析

V isual Basic for Applications 簡(jiǎn)稱為VBA。我們根據(jù)現(xiàn)行的操作管理使用規(guī)范，構(gòu)建出一種新的設(shè)計(jì)程序，而VBA就是基于全新操作標(biāo)準(zhǔn)下的宏語(yǔ)言環(huán)境，通過此技術(shù)的使用或是實(shí)現(xiàn)程序化的調(diào)節(jié)，就可以將其轉(zhuǎn)化成自動(dòng)化的操作模式，在此基礎(chǔ)上也可以創(chuàng)建出一種自定義的新的操作機(jī)制和操作形式，幫助技術(shù)人員清晰地劃分當(dāng)前的測(cè)量位置和測(cè)量參數(shù)。

VBA的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的集約化管理，將所有的數(shù)據(jù)信息通過全站儀的收集處理轉(zhuǎn)化成為一種動(dòng)態(tài)的模型結(jié)構(gòu)，而通過數(shù)據(jù)融合分析判斷，可以有效地轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的操作機(jī)制，形成一種針對(duì)此項(xiàng)目所構(gòu)建的基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)主體。通過VBA系統(tǒng)程序的應(yīng)用操作，所有的數(shù)據(jù)信息和設(shè)備資料都可以通過聯(lián)動(dòng)操作的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)使用，加快了測(cè)量分析和測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果判斷之間的聯(lián)動(dòng)活動(dòng)，也為后期的各項(xiàng)操作命令的執(zhí)行奠定了基礎(chǔ)[2]。

2.3.3 全站儀與VBA程序執(zhí)行完成斷面測(cè)量的優(yōu)勢(shì)分析

在城市軌道交通工程測(cè)量分析管理的過程中，為了達(dá)到高效的測(cè)量分析結(jié)果，往往技術(shù)人員要結(jié)合相關(guān)的測(cè)量管理操作模式制定出多樣化的技術(shù)手段，以保證最終測(cè)量結(jié)果的有效性，但是由于受到不同設(shè)備以及技術(shù)使用操作聯(lián)動(dòng)性不足的影響，各項(xiàng)技術(shù)設(shè)備在工作之中都會(huì)存在多種問題，為此就需要相關(guān)的技術(shù)人員綜合當(dāng)前的操作管理特征進(jìn)行技術(shù)排查和技術(shù)分析。但是與其他的測(cè)量方式進(jìn)行比較觀察可知，以全站儀和VBA程序相結(jié)合的測(cè)量分析方式，可以提升斷面測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度。另外通過該技術(shù)手段的操作使用，在實(shí)現(xiàn)外業(yè)數(shù)據(jù)的收集處理過程中，工作的實(shí)際速度相對(duì)加快，尤其是在常規(guī)的逐點(diǎn)測(cè)量工作落實(shí)的過程中，若是使用傳統(tǒng)測(cè)量方式，必然需要一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量，而通過這種技術(shù)手段的操作，只需要通過放樣處理，明確斷面核心位置，通過激光掃描的方式對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行判斷觀察，這樣所形成的數(shù)據(jù)參數(shù)不僅精準(zhǔn)而且較為便捷。在處理業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)的過程中，這種技術(shù)手段也可以通過軟件的實(shí)際操作，批量的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析操作，操作模式便捷簡(jiǎn)單也更為的高效。不僅如此全站儀與該軟件的使用，操作的便捷性相對(duì)較高，可以滿足多種條件下的測(cè)量分析，因此可以在多場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)操作[3]。

3 隧道斷面測(cè)量實(shí)踐操作原理與方式分析

3.1 做好隧道測(cè)量精密度控制

隧道測(cè)量工作落實(shí)推進(jìn)的過程中，因?yàn)槭艿郊夹g(shù)規(guī)范和相關(guān)要求的限制，測(cè)量工作任務(wù)主要涵蓋了控制測(cè)量地面、豎井聯(lián)系分析、洞內(nèi)控制測(cè)量判斷等方面。在不同的操作環(huán)境下，實(shí)際的操作方式方法也會(huì)有一定的差異性。但是在現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)的控制隧道測(cè)量的精密度管控方式主要有以下幾種方式。1)可以通過GPS技術(shù)的使用，對(duì)洞外的平面控制數(shù)量進(jìn)行分析觀察。結(jié)合當(dāng)前我國(guó)所實(shí)行的GPS測(cè)量管理實(shí)施辦法所實(shí)現(xiàn)的實(shí)地測(cè)量和點(diǎn)位布控操作機(jī)制，控制的點(diǎn)位多數(shù)都是在洞口位置進(jìn)行設(shè)定，這樣可以保證斷面數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性；2)結(jié)合我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的二等水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)測(cè)管理基礎(chǔ)要求，需要在距離洞口300m左右的位置，在穩(wěn)固的墻面位置進(jìn)行點(diǎn)位的布設(shè)，以保證測(cè)量的位置符合要求；3)豎井聯(lián)系的測(cè)量分析所使用的都是一種較高精度的全站儀，而此全站儀的分層處理下需要不同的轉(zhuǎn)折方式進(jìn)行操作處理，以保證測(cè)量的精準(zhǔn)性。諸如使用鉛垂儀或是陀螺儀進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的復(fù)核分析，最終確定方位距離，而對(duì)于高程測(cè)量分析應(yīng)當(dāng)在等三角測(cè)量的基礎(chǔ)上，通過分層傳遞的方式確定高程結(jié)構(gòu)，判斷整個(gè)垂吊位置下的鋼絲位置的精準(zhǔn)度；4)在洞內(nèi)的位置中所測(cè)量的結(jié)果，要適應(yīng)當(dāng)前的導(dǎo)向數(shù)據(jù)要求，距離相近的點(diǎn)位中，兩個(gè)結(jié)構(gòu)主體需要在平面控制位置設(shè)定明確的導(dǎo)線，而在此背景下所使用的水準(zhǔn)儀更是應(yīng)當(dāng)結(jié)合二等水準(zhǔn)的測(cè)量管理需求，對(duì)于導(dǎo)線點(diǎn)的高程進(jìn)行明確，以保證隧道內(nèi)部形成三維的控制點(diǎn)，符合現(xiàn)有的操作管理工作要求。

3.2 自由設(shè)置盾構(gòu)區(qū)間的掃描處理

為了更好地發(fā)揮盾構(gòu)區(qū)間的掃描處理作用，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息資料收集，在使用地面激光掃描儀的過程中，相關(guān)的技術(shù)人員要結(jié)合當(dāng)前的施工管理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，按照現(xiàn)有的測(cè)量距離以及操作管理的基礎(chǔ)原理，將現(xiàn)有的操作規(guī)范管理標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行統(tǒng)籌分析，形成相位式或是脈沖式的操作流程。地面激光掃描儀的相位式掃描處理工作規(guī)范，自身的界限為75m左右，地面激光掃描儀結(jié)合實(shí)際的操作管理技術(shù)手段，可以將這個(gè)距離不斷地延長(zhǎng)，達(dá)到1000m的長(zhǎng)度，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間受到地下施工區(qū)域盾構(gòu)環(huán)境的直接影響，掃描區(qū)本身會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)狀態(tài)或是各種噪聲的限制而出現(xiàn)掃描質(zhì)量不佳的情況，而要想高效的獲得隧道區(qū)間的云數(shù)據(jù)信息就需要結(jié)合當(dāng)前的掃描處理工作特點(diǎn)方式，以分段式掃描機(jī)制進(jìn)行環(huán)境的掃描分解[4]。

3.3 三維重建操作

在現(xiàn)有的施工操作管理基礎(chǔ)上，為了保證測(cè)量位置的精準(zhǔn)性，我們以分段式的三維重建模式，為盾構(gòu)區(qū)間的斷面環(huán)境進(jìn)行反復(fù)的測(cè)量分析，以保證最終數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性[5]。因?yàn)檎麄€(gè)區(qū)間都是以直線和曲線相互交錯(cuò)的方式構(gòu)建成為一個(gè)圓柱形主體，以此更好地發(fā)揮操作管控基礎(chǔ)要求。預(yù)先制造的管片長(zhǎng)度多數(shù)都需要結(jié)合實(shí)際達(dá)到既定的標(biāo)準(zhǔn)范圍，設(shè)計(jì)的圓柱的直徑保證在5.5m左右。結(jié)構(gòu)的斷面點(diǎn)必須要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的測(cè)量分析，并且將其融合到相對(duì)應(yīng)的路程環(huán)境下，才能完成施工建設(shè)管理基礎(chǔ)需求。重建盾構(gòu)模型的實(shí)際寬度應(yīng)當(dāng)保證在2m左右，才能確保數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)性。而對(duì)于城市軌道交通工程隧道施工中的盾構(gòu)機(jī)設(shè)備直接完成盾構(gòu)操作，每一個(gè)階段環(huán)境下的管片都需要構(gòu)建成為較為完整的圓柱形結(jié)果主體，為此就需要利用圓柱形模式構(gòu)建出相關(guān)的隧道模型。斷面結(jié)構(gòu)的盾構(gòu)外表面環(huán)境施工，都需要按照中心線的施工操作基礎(chǔ)要求設(shè)定里程位置數(shù)據(jù)，同時(shí)也要在垂直的位置設(shè)定臨時(shí)的參考點(diǎn)。而此參考點(diǎn)的構(gòu)建以及管片交錯(cuò)應(yīng)當(dāng)形成一種系統(tǒng)的閉合曲線，這種曲線就是結(jié)構(gòu)斷面所需要呈現(xiàn)出來的表層線結(jié)構(gòu)。在工作實(shí)施的過程中：1)要結(jié)合當(dāng)前的施工管理流程對(duì)于監(jiān)控區(qū)域環(huán)境下的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)籌；2)要在隧道洞口內(nèi)部實(shí)施精準(zhǔn)的掃描分析；3)要重新構(gòu)建出三維的隧道模型結(jié)構(gòu)。最后在完成斷面結(jié)構(gòu)主體的檢測(cè)分析，獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)有的施工建設(shè)管理規(guī)范，當(dāng)前我國(guó)的城市化發(fā)展進(jìn)程不斷的加快，城市軌道交通中的軌道建設(shè)質(zhì)量要求逐漸提升，在施工建設(shè)的過程中不僅要做好施工質(zhì)量控制，也要對(duì)施工結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行精細(xì)化的測(cè)量分析。實(shí)現(xiàn)斷面測(cè)量分析主要是為了判斷在現(xiàn)有施工建設(shè)管理基礎(chǔ)上，土建施工的整體結(jié)構(gòu)環(huán)境尺寸是否可以滿足設(shè)計(jì)所提出的標(biāo)準(zhǔn)。而通過地面激光掃描儀的使用，我們實(shí)現(xiàn)了三維立體測(cè)量分析工作的落實(shí)，在此技術(shù)手段下所實(shí)施的結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量分析的精準(zhǔn)度相對(duì)較高，更能滿足現(xiàn)代化的施工建設(shè)工作要求。