全站儀免棱鏡測距技術在隧道施工測量中的應用分析

韋向高

（廣西城市職業大學，廣西 崇左 532100）

0 引言

隨著我國中高等級公路的不斷發展，交通量也在進一步增加，公路建設的整體質量以及精度也逐漸得到提升，在隧道的實際施工測量工作之中，一般的測量形式已經不能夠滿足現在的施工精度要求。而全站儀免棱鏡測距技術可以通過敷設測量極坐標的形式，十分準確以及快速地完成針對隧道的測量放樣以及斷面測量等實際的施工測量工作，所有測量的內業資料都能通過計算機展開自動化處理，為實際施工節省更多的時間和成本，可以說這是隧道整體施工測量技術的一次變革。基于此，本文主要針對全站儀免棱鏡測距技術在隧道施工測量中的應用展開以下有關分析和研究。

1 工程概況

某隧道工程，設計方案是4 車道雙洞單向行駛隧道，左邊隧洞長度大于5000m，與右洞長度大約相等，寬度和高度分別為10m 和6m。隧道所處地區地質條件十分復雜，圍巖占據全段施工的77%，是該隧道工程的主要施工難點。在隧道的施工過程中，進行掘進放樣、開挖后斷面測量及圍巖凈空位移測量等相應的測量任務比較繁重，如果測量數據不夠準確，導致超挖、欠挖將造成極大的經濟損失。針對此，工作人員運用徠卡TCRA1101 型免棱鏡測距全站儀展開掘進放樣及開挖后斷面測量等相應的測量工作。徠卡測距儀測量角的精度在1.5”，實際測量距離的精度在2+2ppm，免棱鏡測量標稱的實際距離則為250m。

2 全站儀免棱鏡測距技術在隧道施工測量之中運用的優點

2.1 測量的實際速度比較快

掘進放樣、開挖后斷面測量及圍巖凈空位移測量等相應的測量工作都能夠在短短的幾分鐘之內完成。

2.2 具有準確性

一是測量定點的精度十分準確。整體精度可以根據工程施工標準設定，能夠達到mm 級的精準度。二是具有固定性。在各個測量點進行開挖時，輪廓線之間的距離應保持一致，這可以為鉆眼爆破施工帶來更多便利。測量點也就是炮眼，其實際間距具有固定性。每一茬炮眼在實際施工斷面的同一個位置，可以為鉆眼的角度提供更好的施工方向，可以使隧道內部的炮眼變得更為順直，進而能夠有效減少超挖、欠挖，為實際施工安全帶來基本保證。另外，也能夠根據設計的炮眼具體位置進行準確放樣，比如掏槽眼等施工，可以為提升爆破的效果奠定技術方面的基礎。

2.3 設站十分靈活

儀器可以根據測量的距離設置站點，這為測量工作帶來比較大的靈活性，能夠在不同施工現場的基本條件之下，選擇出最為適宜的位置進行站點設置，減少其他施工對測量工作的干擾，同樣也會減少測量工作對其他施工的干擾。在人工測量難以滿足施工標準要求，或者是工作人員無法到達的比較危險的位置，只要滿足測量里程以及通視這兩個條件就能夠完成測量任務，進一步減少測量對其他機械設備（如腳手架、升降機等）的依賴程度。不過，因為全站儀是通過極坐標展開測量放樣，再加上儀器的自動化程度并不是很高，通常都需要兩位工作人員才能夠完成測量任務。

2.4 和其他施工程序進行平行作業

傳統的開挖整體輪廓線放樣工作都是在出渣施工完成以后才展開，通常都會耗費幾十分鐘的時間。而通過全站儀進行放樣，特別是在通風效果良好的時候，在裝渣施工完成、做好測量的基本準備工作后，可以在短短的幾分鐘之內完成測量工作。或者在裝渣施工將要完成的時候，可以邊進行裝渣施工邊展開測量，進而可以實現零分鐘的測量。

2.5 整體適應性比較強

因為全站儀是通過極坐標方式對坑道之上的點展開測量，且所有設置在坑道之上的點都具有可以解析的坐標，不必再擔心其中會出現曲線隧道、曲墻斷面放樣以及工作面不規則等情況，使得各種各樣的施工線路的基本走向以及斷面形狀等相關問題都可以統一轉化為極坐標的解析問題。測量人員關心的怎樣才可以準確地得到測量點的具體三維坐標、在程序之中怎樣才可以進行路線的描述以及斷面設計參數等，現在使用計算機就能夠真正計劃出具體的位置，解決曲線、直線以及直墻、曲墻等相關問題。

3 全站儀免棱鏡測距技術在隧道施工測量中的具體應用

3.1 掘進掌子面斷面放樣

在放樣測量之前，需要將隧道內部的實際設計參數、隧道洞門點坐標、高程以及縱坡的參數等，都利用相關程序輸入儀器內部進行存儲。放樣時可以根據參數來確定具體的測量站點，包含設置測量站點的三維坐標、測量儀器高度以及方位角等。為了使儀器和掌子面的實際距離不至于太遠，通常都不會直接將測量儀器安置在導線點上，而是利用后方的交會方式有效完善測量儀器的整體設站工作。并且臨時后視點能夠設置在隧道的邊墻上，但是一定要注意檢查其工作的穩定性。

在測量儀器建站之后，需要瞄準掌子面來進一步測量出掌子面到測量儀器之間的實際距離。儀器依照測得的實際距離和相關參數來定位掌子面開挖的斷面，然后就可以著手展開開挖輪廓線上點的實際測量和預設。隧道的測量放樣點根據實際設置的距離可以由左至右、由中間向兩側等不同的順序進行測量和預設。測量工作中，儀器發出的紅色激光在第一個設置的點位進行確認之后，在該點位點上紅油漆，才算完成一個點位的實際放樣工作。儀器在馬達的驅動之下可以自動轉向下一個施工放樣點，以此類推逐步完成全部放樣工作。

當掌子面不平整的時候，需要增加點位及測量次數，通常可以設置3～6 個點位，并且給出允許的偏差范圍。在儀器每一次測量的時候，其所得到的測量點位的三維坐標為其計算出的激光點和實際輪廓之間出現的偏移值，修正偏移值之后，假如偏移值在允許的偏差范圍之內，才可以確認激光點即是要開挖的施工輪廓之上的點，不然則需要重新測量。

3.2 斷面測量

斷面測量過程中，要求所需要測量的斷面之內任何一處位置都可以安裝測量儀器，可以在后方進行交匯，對自由測量站點及已知站點進行預設，進而確認儀器的具體三維坐標及其設置的具體方位角，并且在啟動斷面的整體測量程序、設置相應參數之后，儀器在馬達的驅動之下自動旋轉一周，可以將隧道內部的構造（隧道的軸線、法線及豎直平面）進行照準，同時還需要通過設置的參數，測量獲得各個測量點之間的實際距離以及角度，而且存儲在測量儀器的內存及PC 卡內部，如此才算完成一整個斷面外業的實際測量工作。這種方式的優勢主要就在于不需要頻繁地搬運測量儀器，可以測量任何需要測量的斷面。但是在實施開挖施工之后，斷面的表面變得凹凸不平，那么斷面的每一個點位的實際測量都需要實施多次方可。針對襯砌之后的、輪廓基本規則的斷面，使用這種方式進行測量，其實際速度會較其他測量方式更快。將相關斷面外業測量數據輸入計算機，可以獲得實際測量結果、斷面對比圖形及斷面面積等相應參數。

3.3 圍巖凈空位移的測量

隧道通常采用鉆爆法進行施工，依照實際施工原理，需要通過圍巖監控進行測量，掌握施工之中圍巖變形和支護的基本狀況，及時獲得監控的有關信息數據，以此指導施工，達到更為安全和經濟的施工目的。為了可以快速和高效地完成圍巖凈空位移的測量任務，可以運用三維動態非接觸測量技術展開測量工作。其主要測量原理是將全站儀的實際測量點位和不同時間段之內的三維坐標等測量數據整體輸入計算機，展開施工后處理，最終將監測結果輸出。在全站儀的內部設置有關圍巖收斂的檢測模塊，計算機內部設置圍巖收斂的最終核驗監測模塊，通過計算機進行核驗分析。自由設站的三維動態非接觸測量系統主要由全站儀、反射靶標、后視基準點和計算機構成。后視基準點需要穩固，實際坐標可以依照現場的施工情況進行設置。反射靶標都是采用3mm 厚度的薄鋁板制作成的70mm×80mm 的方板，表面貼上60mm×60mm 的反射膜片，在中間鉆出直徑為3mm 的孔洞，使用膨脹螺栓錨固，在初期進行支護表面以及點焊的時候，需要支護在鋼筋上，根據相關要求在施工隧道內展開點位的布置；在展開測量的時候，其中心小孔作為照準點，觀察的時候其反射膜片以及儀器光軸實際傾斜的角度不能夠超過30，進而可以有效減少照準對測量距離的影響。

在觀測之前，對全站儀展開調整，使儀器處于最佳測量狀態。在觀測的時候，需要修正儀器的測量角度，并且檢查氣壓、溫度等氣象條件，全部觀測的信息數據都需要做好記錄并存儲在模塊之內。

全站儀可以自由設置站點，但是為了消除膜片傾斜對測量距離的影響，要求每一次測量的位置做到一般無二。在設置站點的時候，需要結合雙盤測量反復照準調試3 次，以獲得的平均值當作站點設置的最終結果。通過測量基本頻率、位移速度及測點距離設定開挖的基本距離。通常在測量點所設的初期測試頻率需要設置1～3 次，隨著圍巖逐漸穩定之后，實際測量的次數也會變少，假如出現不穩定的現象，則需要增加測量的實際次數。當圍巖達到要求之后，將以3 次/天的頻率展開測量，測量時間需要延長至2 周，假如沒有出現明顯變化，則可以結束測量。每一次測量的數據記錄都要求輸入計算機，計算機可以自動分析并處理測量的基本數據，將測量結果做成表格后打印輸出。將免棱鏡測距技術運用在隧道的實際測量工作之中，不但可以使每一個斷面的測量工作都能夠在幾分鐘之內完成，還可以保證整體測量的精度。

4 結語

綜上所述，免棱鏡測距技術的問世，使得傳統隧道工程的測量工作量大幅降低，還將施工問題予以及時解決。該技術可以代替傳統隧道的斷面放樣、斷面測量和圍巖凈空位移測量等相應測量工作，尤其是里程長、工程量大的隧道施工更加需要將其當作主要的測量方式。利用該技術準確快速地展開測量，可以創建出隧道表面數字模型，能夠十分精準地繪制出斷面圖，可以為最終的施工決策奠定相應數據基礎，避免出現浪費現象，還可以減少返工，可以為工程質量提供一定的保證。隨著長測量里程五棱鏡測距儀硬件的逐漸完善，硬件價格也出現了一定幅度的下降。計算機技術人員也十分積極地參與測量工作，最終開發出功能更加完備的軟件系統，使這項技術能夠進一步推廣應用，進而可以為整體工程奠定堅實的質量基礎。