城市軌道交通工程隧道結構斷面測量技術方法的實踐與探索

王思鍇

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101)

城市軌道交通工程隧道結構斷面測量技術方法的實踐與探索

王思鍇?

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101)

城市軌道交通工程隧道結構斷面測量，是驗證土建施工后結構斷面尺寸和有效凈空能否滿足設計要求所進行的測量工作。城市軌道交通工程隧道結構斷面形式多樣、測量點多，要求精度高，其施測方法多種多樣，但都有其自身的缺點和局限性。本文以我院在北京、西安、天津、杭州等城市軌道交通工程隧道斷面測量工作的實際測量作業為背景，介紹了一種利用全站儀結合VBA程序設計擬合斷面測量的方法。

城市軌道交通；斷面測量；VBA程序設計；擬合

1 引 言

城市軌道交通工程隧道結構斷面測量，是驗證土建施工后隧道結構斷面尺寸和有效凈空能否滿足設計要求所進行的測量工作。由于城市軌道交通工程量較大，為節省施工造價，設計預留的結構限界安全裕量比較小，加之軌道交通工程施工難度大，施工時采取了多種手段提高施工質量，保證結構限界滿足設計的要求，確保設備限界和運營行車限界的安全可靠。斷面測量是根據調整后的線路中線點，測量結構斷面的相關尺寸，確定結構施工是否滿足限界要求。

城市軌道交通工程斷面測量要求精度高、施測密度大，其施測方法多樣，但都有其自身的缺點和局限性，因此，尋求一種既能加快內、外業工作的作業進度，又能滿足現時測量工作條件的方法，具有很強的現實意義。本文以我院在北京、西安、天津、杭州等城市軌道交通工程隧道的斷面測量工作的實際測量作業為背景，介紹了一種利用全站儀結合VBA程序設計擬合斷面測量的方法。

2 城市軌道交通工程隧道斷面測量的特點

目前，我國城市軌道交通隧道結構斷面形式有圓形、馬蹄形、矩形等形式，線路有單洞單線、單洞雙線。隧道結構斷面的大小形狀，特別是隧道上部的兩個拱角與地鐵列車運行密切相關。地鐵隧道結構斷面測量具有以下特點:

(1)結構斷面較為規則但形式多樣，斷面空間大，測量難度大；

(2)對斷面待測點的位置有特殊要求，斷面測量點多；

(3)斷面待測點立尺(或立棱鏡)困難，有的點位甚至無法立尺或立棱鏡；

(4)洞內亮度不夠，測量環境惡劣，煙霧灰塵較大；

(5)斷面測量要求精度高、施測密度大。

3 全站儀結合VBA程序設計擬合斷面測量方法

3.1 外業數據采集

在進行外業數據采集之前，先根據設計資料確定需要采集的斷面里程，并計算出對應斷面中線點坐標及軌面高。

圖1 斷面測量示意圖

如圖1所示，架置儀器于隧道(或車站)線路中線上任意點M上，后視另一中線點N，然后測量隧道(或車站)斷面內輪廓線的特征點在法截面坐標系中的坐標，如E點的直角坐標(T，H)，轉動儀器依次測量A、B、C、D、E、F、G、N等斷面特征點，并將斷面測量點的信息(包括斷面里程或斷面號、斷面測量點的三維坐標)存入儀器存儲卡，完成一個橫斷面的測量。

3.2 斷面測量數據內業計算

外業完成后，將斷面測量數據導入Excel表格，并輸入相應的斷面里程、中線坐標及軌面高，利用Excel的計算功能計算出軌面中心與對應斷面采集點的平距差(△XY即法距)和高程(H)。

3.3 斷面CAD成圖

(1)成圖原則

由于設計只需要線路中心的頂點和底點高程，隧道側面要素點只需要偏距，以軌面中心為原點，橫坐標任意賦值，縱坐標以設計高賦值，將對應斷面采集點的平距差(△XY)和高程(H)作為對應點的坐標在CAD里將三維坐標轉換成二維坐標進行展點，然后擬合成閉合曲線，形成斷面圖，由于在外業數據采集時，我們使用棱鏡貼在結構壁上觀測，程序設計時，充分考慮棱鏡半徑，將斷面圖外擴棱鏡半徑的寬度(使用免棱鏡測距全站儀不需要考慮)，以使生成的斷面圖更加符合實際。在斷面圖上就可以采集設計要求的要素點量取偏距和高程。

(2)VBA程序設計

Visual Basic for Applications(簡稱VBA)是新一代標準宏語言，是基于Visual Basic for Windows發展而來的，它可以使常用的程序自動化，并可以創建自定義的解決方案。

圖2 VBA斷面擬合程序流程圖

VBA被集成到AutoCAD中，VBA和AutoCAD中強大的ActiveX自動化對象模型的結合，代表了一種新型的定制AutoCAD的模式構架。通過VBA，可以操作utoCAD 2004，控制ActivcX和其他一些應用程序，使之相互之間發生互易活動。利用AutoCAD集成的VBA進行程序設計，程序流程圖如圖2所示。

(3)AutoCAD生成斷面圖

打開AutoCAD后加載VBA斷面程序和在Excel里編輯好的斷面數據，就能自動生成斷面圖，斷面圖標注了斷面里程號及軌面中心，軌面中心的高程為實際高程，我們可以根據設計提供的高度圖解測量側面點的法距和線路中心的頂點和底點高。

4 工程實例

在北京地鐵5號線的隧道凈空斷面測量中，采用全站儀結合VBA程序設計擬合斷面測量的方法進行了凈空斷面測量，矩形和圓形斷面的特征點采集比較簡單，下面以馬蹄形斷面為例進行說明:

首先根據馬蹄形隧道的結構特點，確定如圖3所示斷面特征采集點，將全站儀里采集后的數據導入計算機的Excel表格進行計算里程和法距，如表1所示。

然后手工編輯生成如表2所示的格式文件。

斷面數據計算表 表1

斷面數據格式表 表2

圖3 馬蹄形隧道測量特征點

圖4 擬合成的斷面圖

打開AutoCAD，加載成圖程序，導入CAD數據文件，生成相應斷面圖，如圖4所示。

圖4中標注的十字中心為設計軌面與線路中心的交點(即軌面中心)，斷面繪制中，以實際高程為縱坐標，因此延長軌面中心豎線與斷面交點的縱坐標即為頂點和底點的高，在CAD中可根據設計要求測量對應設計高度的法距。依圖5的設計要求得出此斷面的實際斷面與設計較差如表3所示。

圖5 設計要求的斷面測量圖

實際測量與設計差值表 表3

從表3中可以看出，在擬合的斷面圖中量取的實測值與設計值符合性較好，斷面凈空滿足設計線路的要求。

在上述方法中，由于不同設計單位在斷面數據要求上各有不同，利用VBA設計時只考慮到通用的斷面圖階段，后續工作是根據設計的不同要求在斷面圖上采集相應的數據。在生成斷面圖時，可以根據設計標示相應的線劃，同時在VBA程序中，利用Excel提取AutoCAD斷面圖中設計要求的要素點屬性信息。程序設計中還考慮了斷面的循環生成，只需要在數據文件中按照指定格式編輯多個斷面數據，就可以批量生成斷面圖，實現凈空斷面測量成果的全自動化處理，提高工作效率。

5 結 語

隧道斷面的測量方法很多，相對于其他的測量方法，全站儀結合VBA程序設計擬合斷面測量方法具有如下優點:

(1)外業數據采集較快，常規逐點測量費時費力，斷面儀測量需要先放樣所有斷面中心，而激光掃描較快，但是成本較高。

(2)內業數據處理可以利用比較大眾化的軟件批量生成，方便快捷。

(3)全站儀以及以上所用軟件是測量單位的常規配備，操作的普遍性比較強，易于實現。

上述全站儀結合VBA程序設計擬合斷面測量的方法，我單位在北京、西安、天津、杭州等地鐵隧道的斷面測量中已得到了廣泛應用。

[1] 馬全明.伊朗德黑蘭地鐵一、二號線工程斷面測量的技術方法.中國測繪學會工程測量分會《現代工程測量技術發展與應用研討交流會論文集》，2005

[2] 張亮，魏蘋，馬海志.Excel提取AutoCAD圖形屬性信息的實現[J].北京測繪，2008增刊

[3] 秦長利.城市軌道交通工程測量[M].北京:中國建筑工業出版社，2008

[4] GB50308－2008.城市軌道交通工程測量規范[S].

Practical Exploration of Tunnel Structure Cross Section Measurement for Urban Rail Transit Engineering

Wang SiKai
(Beijing Urban Construction Exploration＆Surveying Design Research Institute Co.，Ltd.Beijing 100101，China)

The structure cross section measurement of Urban transit engieering is necessary work to verify that if the structure section size and the effective clearance after the civil construction can meet design requirements.Tunnel structure is various informative，which requires high precision and lots of measuring points.But all survey methods have their own shortcomings and limitations.With Xi'an，Tianjin，Hangzhou and other urban rail transit tunnel cross－section measurements as the background，the paper introuduces a method of using total station measurement combined with VBA programming fitting.

urban rail transit；cross section measurement；VBA programming；fitting

1672－8262(2011)01－130－03

P258

B

2010—08—03

王思鍇(1978—)，男，工程師，主要從事城市軌道交通工程測量工作。