岳榮花，葛建鈺，段 偉

(1.南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210012;2.南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇 南京 210019)

1 引言

盾構(gòu)法是建造地鐵隧道的先進(jìn)技術(shù)，預(yù)制管片安裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是判斷建成隧道質(zhì)量和安全的重要指標(biāo)。而在運(yùn)營過程中，地鐵隧道由于受到地面、周邊建筑物負(fù)載或周邊施工、列車運(yùn)行振動等綜合影響，容易造成隧道變形。對隧道管片徑向變化或者說直徑變化的收斂測量，能充分反映盾構(gòu)管片變形狀態(tài)的最有效信息。目前，隧道收斂主要有收斂計測量和全站儀測量2 種方法。結(jié)合實例，通過與收斂計、全站儀無定向自由設(shè)站收斂測量方法對比，對激光測距進(jìn)行隧道收斂的測量方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，研究了隧道收斂測量新方法。

2 收斂計測量

收斂計主要由鋼卷尺、電子測微傳感器、顯示屏、伸張拉力指示器、尺架等組成，收斂計測量就是用鋼尺直接量取隧道直徑。鋼卷尺的插孔、拉力、掛鉤等均會對測量結(jié)果造成直接影響，因此，這種方法雖然操作簡單，但是具有明顯的局限性:作業(yè)效率低，測量結(jié)果容易受到人為誤差的影響［1］。為了不對管片造成損壞，該方法測量時通常利用已有的螺栓帽壓入掛鉤，如圖1 所示。目前，該方法較多應(yīng)用在地鐵建設(shè)管片拼裝的竣工驗收，應(yīng)用在運(yùn)營期地鐵隧道長期收斂方面則較少。

2 全站儀無定向自由設(shè)站收斂測量

圖2 全站儀無定向自由設(shè)站收斂測量示意圖

在目標(biāo)光滑、穩(wěn)定和顏色較淺的條件下，無棱鏡測距觀測值非常接近用前方交會計算的理論距離，且對角度測量的精度影響小［2］，故全站儀無定向自由設(shè)站測量已廣泛應(yīng)用于隧道收斂測量中。如圖2 所示，在所監(jiān)測隧道斷面的水平直徑上布置兩個測點A 和B，采用高精度全站儀無定向自由設(shè)站測量法將全站儀架設(shè)在隧道道床中部，分別測量出兩測點的水平方向角α、K，豎直角V、D=3.49216*，斜距S1、S2，利用計算公式(1)分別算出A、B 兩點的三維坐標(biāo)。

由上式可得A、B 兩點的三維坐標(biāo)A(x1、y1、z1)和B(x2、y2、z2)，則兩點間的距離S 即為該管片水平直徑。

3 激光測距收斂測量

圖3 中，激光測距儀主要由激光測距儀、測距儀底座組成。用激光測距儀直接量取隧道直徑就是要在隧道管片一側(cè)的腰線點設(shè)置對中點后安置帶有特制底座的激光測距儀，另一側(cè)腰線點設(shè)置瞄準(zhǔn)點。采用激光測距儀測量隧道兩側(cè)腰線點間的距離。如采用帶有藍(lán)牙功能的測距儀和移動設(shè)備(如手機(jī)、筆記本、ipad 等)還可以通過藍(lán)牙功能實時導(dǎo)入移動設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和分析?，F(xiàn)場實作可知該方法具有操作簡單、作業(yè)效率較高、儀器投入成本降低等優(yōu)點。

圖3 激光測距收斂測量示意圖

4 實測數(shù)據(jù)精度分析

針對運(yùn)營期地鐵隧道長期收斂測量工作，本文主要對全站儀無定向自由設(shè)站測量和激光測距測量兩種方法進(jìn)行了實驗和對比分析。同精度觀測中誤差計算公式為:

4.1 激光測距法

本次激光測距測量采用Leica D510 測距儀，實驗共測量6 組，每組測量5 次，每組由不同人員觀測。每組可認(rèn)為是同精度觀測，由表1 可以看出，每組測量中誤差均優(yōu)于±0.5 mm，滿足精度要求。

表1 激光測距法實驗測試成果表

4.2 全站儀測量法

本次全站儀無定向自由設(shè)站測量采用Leica TS30 全站儀，實驗共測量3 組，每組測量5 次，每組由不同人員設(shè)站對激光測距同一斷面進(jìn)行測量。每組可認(rèn)為是同精度觀測，由表2 可以看出，每組測量中誤差均優(yōu)于±0.5 mm，滿足精度要求。

表2 全站儀測量法實驗測試成果表

4.2 精度對比與分析

對激光測距儀測量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行底座長度和測釘厚度共計18.39 mm 的常數(shù)改正(采用游標(biāo)卡尺多次測量得出)，可得出6 組測出的隧道直徑均值為5.5762 m;全站儀3 組對同一斷面測出的隧道直徑均值為5.5759 mm;兩者所得隧道直徑均值較差0.3 mm，數(shù)據(jù)基本一致。根據(jù)表1 和表2 對2 種不同測量方法的精度對比分析，表明測距儀與全站儀測量精度基本一致，均優(yōu)于±0.5 mm，能滿足南京地鐵運(yùn)營期隧道長期收斂測量精度要求。

5 結(jié)語

通過與全站儀無定向自由設(shè)站收斂測量方法對比，研究激光測距收斂測量新方法。實驗通過對同一盾構(gòu)斷面進(jìn)行測量的數(shù)據(jù)表明，2 種方法測量數(shù)據(jù)基本一致，且精度均優(yōu)于±0.5 mm，滿足地鐵隧道收斂測量精度要求。根據(jù)南京地鐵二號線2014年11月份河西段沉降整治設(shè)計與監(jiān)測項目監(jiān)測成果報告(采用全站儀測量)與二號線結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測維保項目(采用激光測距測量)對比實例，2 種方法所得數(shù)據(jù)基本一致，且激光測距與全站儀測量對比，具有操作簡單、作業(yè)效率較高、儀器投入成本降低等優(yōu)點，進(jìn)一步驗證了激光測距在收斂測量的可行性。

［1］曹相，張杰，吳鳳祥，等.全功能電子測站儀自動無線控制檢測系統(tǒng)的研究［J］.現(xiàn)代測繪，2015，38(1):36－37.

［2］馬蘊(yùn)明，馬全明，李丞鵬，等.三維激光掃描技術(shù)在地鐵隧道收斂監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.測繪通報，2012，24(5):22－25.

［3］范百興，夏治國.全站儀無棱鏡測距及精度分析［J］.北京測繪，2004，21(8):23－24.

［4］謝世德，孟憲忠，杜玉先，等.短程光電測距儀測距精度的分析［J］.鐵道工程學(xué)報，2011，14(3):28－30.

［5］李勇，付和，李連海，等.全站儀無定向自由設(shè)站隧道收斂測量方法與精度分析［J］.北京測繪2012，24(5):26－27.