激光隧道斷面測距儀在北方輸水隧洞中的應用

唐樹新

(遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003)

激光隧道斷面測距儀可以廣泛應用于各種工程檢測，尤其是測量隧洞超欠挖施工過程中，設備重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確，可以更好的控制工程施工。

1 工作原理

激光隧道斷面測距儀，是利用激光對目標的距離進行準確測定的儀器[1]。測距儀在工作時向目標射出一束激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。

該儀器是建立在無合作目標激光測距技術和精密數字測角技術之上。極坐標測量法與計算機技術緊密相結合，加專門設計的圖像處理軟件，能迅速得到隧道斷面圖并與設計圖進行對比，可以快速給出檢測報告等文件[2- 3]。由于采用大容量的內存，儀器在現場無須使用計算機，即可檢測記錄約一百多組斷面數據。

2 用途及優勢

激光隧道斷面測距儀用于隧道施工過程開挖斷面檢測、工程限界驗收檢測以及隧道形變檢測等。如正在開發的公路、鐵路路基土石方快速測算，橋梁靜載測試，護坡擋土墻的驗收檢測等工作。

儀器重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確，測量一個斷面的時間約兩三分鐘；檢測工作半徑在0.2～60m；其誤差僅為其它光學測距儀的五分之一到數百分之一，測距的精度在±1mm；測角的精度在6′；在測量斷面時最多可以測量采集150個點。

3 對現場及設備要求

激光隧道斷面測距儀可在基本清潔條件下使用，也可在粉塵煙霧條件下使用，但要盡量保證現場無其他機型設備作業引起震動對設備檢測的影響；工作溫度范圍在-10～+45℃間，濕度條件≤85%。

在實際檢測過程中，儀器要保證自檢功能正常，顯示屏出現自檢信息，保證激光器的光點不畫圈，保證儀器在自動及手動狀態下可以正常工作。

4 斷面測量的檢測方法

首先，選擇所測隧洞斷面，找到地面標志點，盡量使得三腳架的中心對準正下方地面標志點，在測量斷面前，隧道已用經緯儀或全站儀放了點，將儀器放在三腳架的頂上，旋緊固定螺釘，儀器安裝完畢。

隨后，打儀器開關，儀器開始自檢，自動進入主菜單，進入“脫機模式”后，激光器點亮，且儀器自動轉動到激光指向垂直于地面方向停住不動。仔細移動儀器在三腳架上面的位置，同時觀察圓水準的位置，必要時隨時調整三角架的位置，使激光照在地面上位置正好與中心標志點相重合，此時可以對所選斷面進行檢測。

表1 各樁號斷面激光隧道斷面檢測儀法檢測結果

注：偏差為正時，表示檢測值大于設計值；偏差為負時，表示檢測值小于設計值。

表2 各樁號斷面激光隧道斷面檢測儀法檢測結果

注：1.斷面尺寸L1和L2所代表的意義見圖3；2.偏差為正時，表示檢測值大于設計值；偏差為負時，表示檢測值小于設計值。

5 斷面現場驗證測試

根據現行規范[4- 5]要求，通過對遼寧某工程隧洞噴射混凝土及模筑混凝土現場的對比，采用BJSD- 2F型激光隧道斷面測距儀對其中的四個斷面進行現場數據采集驗證工作。

將采集到的四組數據進行電腦程序解析，得到結果如圖1～5所示。然后將四個斷面的設計與實際現場測量斷面進行對比，并進行誤差分析，驗證噴射混凝土斷面2個，斷面樁號分別為0+481和0+181，檢測結果見表1。

圖1 樁號0+481噴射混凝土斷面激光掃描圖

圖2 樁號0+181噴射混凝土斷面激光掃描圖

由表1和圖1、2可知，所測2個噴射混凝土斷面中，超欠挖面積分別為1.233m2、1.527m2和0.681m2、0.525m2，斷面面積的偏差為0.553m2、1.002m2。

驗證模筑混凝土襯砌斷面2個，斷面樁號分別為0+0540+154。所測2個斷面中，L1檢測值均小于設計值，L2檢測值均大于設計值，2個斷面面積檢測值小于設計值。檢測結果見表2。

圖3 模筑混凝土襯砌斷面示意圖

圖4 樁號0+054模筑混凝土襯砌斷面激光掃描圖

圖5 樁號0+154模筑混凝土襯砌斷面激光掃描圖

由表2和圖4、5可知，所測2個模筑混凝土襯砌斷面中，尺寸L1和L2的偏差分別為-0.128m、-0.137m和0.021m、0.032m，斷面面積的偏差為-0.025m2、0.003m2。

6 結語

通過使用BJSD- 2F型激光隧道斷面測距儀對現場斷面進行數據驗證測試，精度和適用范圍可以達到工程要求，測試結果可靠。

在實際操作過程中，由于儀器在測量過程中需要架設在腳架上，設備測量方位角范圍有限，為30°～330°這是此次的存在不足。

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