全站儀自由設站非接觸量測技術在蘭新高鐵隧道監控量測中的應用

摘 要：為了滿足高鐵隧道監控量測工作的要求，進行非接觸測量技術體系的優化是必要的。在傳統工作體系應用中，接觸量測方法是常見的應用模式。這種模式具備較低的工作效率，在工作過程中，很容易導致施工過程中的問題，這種施工技術具備不穩定性，容易受到施工人員個人素質的干擾。為了滿足當下高鐵隧道工程體系的應用要求，必須要進行新型隧道監控量測模式的應用，從而克服傳統量測方法的缺點。

關鍵詞：隧道工程；自由設站；非接觸量測；全站儀；監控量測；非接觸量測

1 工程概述

在整個隧道施工體系應用中，監控量測扮演著重要的地位。通過對監控量測方案的優化，可以進行施工方法可行性及其有效的有效評價，可以進行參數信息的良好判定。可以針對圍巖支護結構的受力特征、變形特征進行工作方案的優化。監控量測工作與隧道二次襯砌工作的開展密切相關。在實踐過程中，監控量測工作主要是進行施工安全、施工質量、施工設計、資料健全等的確保。通過對工作設計參數的分析，可以進行有效性施工方法的提出，做好隧道工程的支護工作，保證隧道工程的信息化施工，保證隧道工程的良好施工質量及效率。

通過對隧道開挖工作的開展，可以進行地質狀況及實測信息變動狀況的分析，有利于進行隧道空間穩定性的分析。通過對所得的量測信息做好施工工程的反饋及其修改工作，有利于現場施工的良好開展。通過對其量測結果的分析，進一步判斷圍巖的穩定性及安全性，針對其所具備的信息，做好相關的安全施工工作，進行工程整體施工質量的控制，確保施工安全并保證工程施工效率。

新建蘭新鐵路第二雙線LXS-3標段，大陽山隧道長9405m，屬于特長隧道，隨著掌子面的不斷推進，現場監控量測工作的難度越來越大，需要的量測時間越來越長，對施工干擾也越來越大，特別是收斂量測，更是困難重重，為此，需要開發出一套快速量測系統。

2 監控量測方案的應用

隧道監控量測的方法主要包括接觸法量測和非接觸法量測。接觸法量測，量測內容，主要量測內容為拱頂下沉量測和凈空收斂量測。量測方法，拱頂下沉量測，采用鋼掛尺和水準儀進行。在量測斷面的拱頂埋設監控量測點，監控量測點的布置要牢固可靠，易于識別并妥善保護。拱頂下沉量測時，后視基準點必須埋設在穩定的基巖上，并和洞內水準點建立聯系。水準儀到后視水準點和前視觀測點的距離應小于50m，用水準儀進行外業觀測，如圖1。

凈空收斂量測，傳統的接觸量測方法具有成本低、操作簡便可靠等優點，但在現場進行測量時，容易干擾施工，在實際施工中，影響測量精度的因素是非常多的，比如測量人員自身素質因素、技術因素等。

常規的接觸法量測具備諸多的工程施工缺點。首先是監控量測工作具備較大的工作規模，這間接提升了其施工難度。在工程實踐中，隧道整體高度比較大、施工范圍廣泛，無法進行有效的拱腳、拱頂掛尺等工作的測量。由于較大的施工規模，隧道工程具備較長的量測時間，并且受到客觀施工環境的影響，其受到的施工干擾性比較大。在一些規模較大的隧道工程量測中，常規的接觸法量測很難縮短施工時間，也難以保證良好的量測精度。

隨著時代的不斷發展，非接觸量測技術不斷得到更新，在工程施工中，全站儀的應用不斷得到普及，這有利于隧道工程測量精度的提升，有利于進行隧道工程施工效率的提升。通過對全站儀設備的應用，能夠保證隧道測量工作時間、質量的控制，有利于實現圍巖凈空位移量測工作的要求，已經應用和正處于實驗室研發階段的非接觸量測方式。

隧道工程的施工斷面比較大，它具備較高的拱頂高度，如果利用水準儀進行測量，很難確保良好的施工效果。另由于在現場對隧道周邊收斂點進行測量時，如果使用收斂儀進行測量，當隧道中導坑和下導坑開挖后，為使量測的數據保持連續性，應對上導坑埋設的收斂點進行觀測，但由于上導坑的收斂點埋設較高，在現場觀測過程中，也非常不方便，所以為有效地提高監控量測觀測的效率，在現場實際操作中，需要進行非接觸法測量模式的應用，保證監控量測點的良好布設，在觀測過程中，需要進行相關觀測站的建立，具體方法如圖3、圖4所示。

近年來，隨著電子技術的迅速發展，全站儀在測量領域內得到了廣泛的應用，全站儀的型號、精度、廠家不一，但它們的測量原理是一致的，同時影響測量誤差和精度的因素是相似的。觀測量的觀測誤差的大小對測點坐標的精確程度有很大的影響，對全站儀來說水平方向角H，豎直角V，斜距S為三個觀察量，提高它們的精度，減少各自的觀察中誤差是必要的，所以在量測時應選擇質量好、精度高的全站儀，以便提高測量結果的精度。如表1所示，幾種不同型號的全站儀。

采用Leica TCRP 1201+ 全站儀，測角精度1秒，測距精度1mm+1.5ppm。進行非接觸測量，完全可以滿足隧道變形監測精度要求。隧道位移監測時，聘用高素質和技能的測量人員是非常必要的。測量人員責任心強、技術嫻熟、細心，能夠大大提高測量結果的準確度和工作效率。

為了滿足隧道工程量測的應用要求，進行水平凈空量測實測體系的健全是必要的。這需要針對巖石的變化情況進行分析，做好及時的跟蹤量測工作。在測點安裝過程中，需要進行開挖面的靠近，避免量測點的被破壞。要保證在開挖后的一天內做好測點的埋設工作。在斷面水平的監測過程中，需要進行測點與斷面水平的對應，積極做好相關量測數據信息的記錄，需要進行全站儀鏡面量測工作的開展，控制好不同量測的結果誤差。

在洞內拱頂沉降監測工程應用中，需要在隧道內部進行水準點的埋設，按照我國的相關隧道工程測量規范，進行水準點絕對高程的量測。在拱頂監控點的布設過程中，要保證監測點位置及埋設時間的控制。做好徠卡儀器的架設工作，要采取有效方法進行量測誤差的降低。通過對全站儀設備的應用，可以做好反光片與水準點的高差測量，需要做好正、倒鏡的三次測回測量工作，實現對其高差值的分析。具體操作示意圖如圖5所示。

非接觸量測的特點，全站儀自由設站非接觸量測方法有以下適應性強的特點，具體如下：斷面大小的適應性：適合于任何形狀和大小的斷面，具有廣泛的適用性，特別是對于大斷面隧道的位移監控量測，更能體現其測量方便性和準確性的優點。施工方法的適應性：適合于臺階法、CD法、CRD法和雙側壁導坑法等大斷面隧道開挖的施工方法，通過自由設站對施工干擾小，能夠及時、快速、準確的進行位移量測。

環境適應性：對隧道內的工作環境適應能力強，對隧道內的測量環境質量要求不高，特別是對于隧道內有大量灰塵的情況，通過自由設站，照準反射模片即可讀取數據，采用建立絕對坐標即可實現隧道內三維位移監測。傳統的接觸式量測操作過程復雜、測量速度慢、施工干擾大，且應用于特長、大跨度隧道中更加困難。

3 結束語

實踐證明，用全站儀進行隧道施工階段圍巖變形監測在技術上是可行的，由于為自由設站，所以進行隧道三維位移量測時，實用條件廣泛，特別是對于大跨度隧道量測中具有明顯優勢。

參考文獻

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