斷面測量系統(tǒng)在地鐵隧道測量中的應(yīng)用

楊林浩

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 430000）

最近幾年時間里，伴隨我國地下工程越來越多，隧道工程建設(shè)的速度也不斷增長。傳統(tǒng)隧道斷面測量方法有著較差的精確度、較低效率以及較大勞動強度等問題，其對施工進度產(chǎn)生嚴重影響[1]。近年來，伴隨數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、智能化技術(shù)廣泛使用到工程測量當中，把PDA或全站儀的斷面測量系統(tǒng)軟件結(jié)合起來，可以更好地對這些問題進行解決。當前國內(nèi)的隧道斷面測量系統(tǒng)主要是進口的全站儀，伴隨國產(chǎn)儀器性能方面越來越高，進而開發(fā)國產(chǎn)全站儀基礎(chǔ)上的斷面測量系統(tǒng)尤為重要。

1 隧道斷面測量系統(tǒng)相關(guān)概述

1.1 隧道斷面測量系統(tǒng)的簡介

隧道斷面測量系統(tǒng)是通過BTS型號的全站儀、PDA以及系統(tǒng)軟件所組合而成。系統(tǒng)按照我國隧道設(shè)計的基本規(guī)范、隧道的施工規(guī)范和有關(guān)測量規(guī)范來開發(fā)，其能夠給隧道測量帶來健全的解決方案。隧道斷面測量系統(tǒng)有著非常好的用戶界面、操作簡便、數(shù)據(jù)處理精度高以及可視化強等特征。它廣泛使用到了各種隧道斷面精確地測量和拱橋形狀測量方面，另外還可以應(yīng)用在大跨度建筑結(jié)構(gòu)方面。它適合應(yīng)用到鐵路隧道和水利工程涵洞限界的測量[2]。

1.2 隧道斷面測量系統(tǒng)主要的功能

系統(tǒng)能夠現(xiàn)場對數(shù)據(jù)進行采集，并且對其進行處理分析，有效地指導施工。這個系統(tǒng)主要存在下面幾個方面的功能，分別為：

第一，繪制設(shè)計和實測隧道的斷面圖。按照斷面設(shè)計的參數(shù)來對隧道的設(shè)計斷面圖進行自動繪制，對實測斷面圖進行自動繪制，顯示這個斷面的各個測點在斷面當中位置，并且給這個點超欠挖值。第二，對路線高程進行設(shè)計，自動換算里程坐標。對里程進行輸入，偏離路線中心距離能夠得出相應(yīng)點的坐標。輸入對應(yīng)點大地坐標能夠得出里程、偏離路線的中心距離。如果在豎曲線計算過程中，對里程進行輸入，能夠得出對應(yīng)里程線路內(nèi)線上高程值。第三，超欠挖隨機的檢測。在已經(jīng)了解設(shè)計斷面數(shù)據(jù)狀況當中，隨機對斷面當中一些點位進行測量，實時得到這個點的里程、坐標以及距離隧道中線距離、這個點的超欠挖值，并且給了目標點相對設(shè)計斷面位置的聯(lián)系。第四，自動對開挖面積進行計算，并且計算斷面當中各測點的超欠挖值、各點連接之后超欠挖的面積。第五，對放樣進行測量。

2 斷面測量系統(tǒng)在地鐵隧道測量中的應(yīng)用

2.1 測量前的準備

把PDA和全站儀利用通訊電纜連接起來，設(shè)置通訊基本參數(shù)，也就能夠進行有關(guān)設(shè)置：

第一，構(gòu)建工程項目。在系統(tǒng)的主界面當中，對一個工程項目進行打開或者新建，設(shè)置工程的屬性，其含有測量人員、施工單位、支護類型、備注信息和觀測時間等。第二，輸入隧道設(shè)計斷面的數(shù)據(jù)。對直線而言，需要輸入直線起始點在斷面坐標系當中的X，Y坐標。對圓弧來說，要輸入圓弧起終點在斷面的坐標系X，Y坐標和圓弧半徑。當圓弧是優(yōu)弧的時候，就要在優(yōu)弧復選框當中進行打勾，反之將會默認是劣弧。對于圓而言，需要輸入圓心的橫縱坐標以及圓半徑。如果輸入為圓，那么斷面就是封閉的圖形，不應(yīng)該再次對其他元素進行輸入。第三，輸入平豎曲線要素數(shù)據(jù)。構(gòu)建平曲線設(shè)計文件過程中，首先需要輸入起始里程和線路名稱，對直線點，要輸入支線點X，Y坐標。對交點來說，要輸入交點X，Y坐標，駛?cè)刖徍颓€長度，駛出緩和曲線長度，圓曲線長度、圓曲線的半徑、曲中點位置實際的線路和設(shè)計線路存在的偏距。當圓曲線相對線路前進的方向往左進行偏的時候，半徑輸入為負值，反之半徑輸入是正值。實際的線路和設(shè)計線路存在的偏距需要始終是正值。在實際狀況當中，為實際線路在曲線段向著圓弧內(nèi)向進行偏移。當無駛?cè)牒婉偝鼍徍汀A曲線時，那么將對應(yīng)文本框設(shè)置成0。在構(gòu)建豎曲線設(shè)計文件過程中，首先需要輸入線路名稱、起始、終止里程。接著對各個變坡點信息進行輸入，其含有前段坡度、后段坡度，變坡點里程和高程。我們需要注意的是：對同一個坡度的設(shè)置需要將前后段的坡度設(shè)置成一樣，半徑是0，不設(shè)置豎曲線變坡點也需要把半徑設(shè)置成0。第四，測站的設(shè)置。對測站名、測站的三維坐標和儀器高進行輸入。系統(tǒng)存在方位角定向以及坐標定向兩類定向的方式。選取坐標定向的時候要輸入后視點的X，Y坐標。在對方位角定向進行選擇的時候，要輸入后視方位角，在測站設(shè)置的時候，也需要調(diào)用存儲的控制點信息。

2.2 斷面測量和放樣測量

第一，斷面的測量是通過測站作為單位，對單點按鈕進行點擊，那么可能從全站儀內(nèi)得到目標點的三維坐標信息，對添加按鈕進行點擊，把這個點的坐標增加到列表內(nèi)，對打開按鈕進行單擊，能夠顯示目前測站已經(jīng)測過的斷面，對數(shù)據(jù)進行刪除、補測等操作。棱鏡改正方向默認是這個點超欠挖方向。當在測量過程當中應(yīng)用棱鏡的時候，需要把棱鏡外緣貼近隧道壁。第二，校驗里程。在對平曲線設(shè)計文件進行加載后，測量能夠檢驗菜單里程。當目標點的里程和輸入里程差值超過輸入允許限差的時候，就會提出超限，并且給出了超限值。第三，在對炮孔進行放樣的過程中，要對斷面參數(shù)進行加載設(shè)置。在選擇設(shè)計斷面之后，選取周邊眼或者特征點，也就能夠生成待放樣點在斷面坐標系當中的二維坐標。根據(jù)設(shè)計的基本線路信息得到待放樣點三維坐標。系統(tǒng)按照測點的理論值和測量差值來指導放樣。第四，隨機檢測為已知設(shè)計的斷面數(shù)據(jù)，隨機測量斷面當中的點位，能夠得出目標點坐標、里程、隧中偏距、隧中高差和這個點的超欠挖值，并且自行繪制目標點相對于設(shè)計斷面位置圖。

2.3 斷面數(shù)據(jù)處理和超欠挖的分析

選取某個斷面觀測文件能夠計算斷面的里程，自動檢測各個測點里程是不是超過限制，按照需要來排序測點，進而更加便于對圖形進行查看。在數(shù)據(jù)分析模塊內(nèi)，能夠?qū)崪y斷面的圖象和設(shè)計斷面進行分析和對比，自動計算各個測點超欠挖值，斷面實測的面積、超欠挖面積以及設(shè)計面積，并且生成斷面分析圖形和報表文件。我們需要格外注意的是：斷面點需要根據(jù)一定順序來排序，進而便于顯示和超欠挖分析。

除此之外，系統(tǒng)還有著調(diào)整實測斷面圖形的功能。輸入水平調(diào)整量以及豎直調(diào)整量，那么會移動實測的斷面圖形，并且對超欠挖值進行重新的計算。

3 結(jié)論

隧道斷面測量系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)能夠在施工現(xiàn)場及時進行處理，進而更好地指導施工放樣或斷面的檢測。在斷面測量和數(shù)據(jù)處理之前能夠在辦公室預先錄入平豎曲線設(shè)計以及斷面的設(shè)計等文件。它的不足之處為要應(yīng)用計算機來輸入CAD圖形和成果報表。這個系統(tǒng)軟件和BOIF免棱鏡全站儀結(jié)合起來進行使用能夠大大提升隧道斷面測量自動化水平以及作業(yè)效率，其非常值得大力的推廣和應(yīng)用。

經(jīng)過實踐證明，斷面測量系統(tǒng)是隧道檢測，變更隧道設(shè)計的數(shù)據(jù)依據(jù)。它更好的確保了設(shè)計參數(shù)精確性和施工質(zhì)量。利用數(shù)據(jù)預處理功能，通過實測三維坐標及時進行計算，生成斷面三維的坐標文件，進而降低了傳統(tǒng)計算花費時間長，加速了測量的進度。隧道斷面測量系統(tǒng)能夠廣泛使用在其他地下開挖、支護和襯砌等工程當中。它在檢驗隧道施工效果和動態(tài)管理能力上存在比較高的發(fā)展前景。