王曉輝

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 300350）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施得到了迅猛發(fā)展，長(zhǎng)大隧道修建的機(jī)會(huì)越來(lái)越多。在眾多長(zhǎng)度隧道施工建設(shè)中，洞內(nèi)平面控制測(cè)量工作的重要性日益突出[1～3]。平面測(cè)量工作的精度直接決定了長(zhǎng)大隧道能否正確貫通，測(cè)量效率對(duì)隧道修建工期的影響也舉足輕重[4]。隧道洞內(nèi)施工平面控制的主要方式為導(dǎo)線測(cè)量。隨著隧道的向前不斷推進(jìn)，按照一定間距在洞內(nèi)布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)，隨布隨測(cè)，導(dǎo)線測(cè)量的靈活度得到充分體現(xiàn)，能夠滿足隧道施工的要求[5]。然而，之前在進(jìn)行隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量時(shí)主要采用常規(guī)形式的全站儀進(jìn)行，需要測(cè)量人員進(jìn)行不同導(dǎo)線點(diǎn)位的照準(zhǔn)，同時(shí)配備一定輔助人員進(jìn)行記錄，最后進(jìn)行內(nèi)業(yè)的人工處理。由于隧道施工節(jié)奏較快，作業(yè)環(huán)境相對(duì)較差，對(duì)測(cè)量人員造成了嚴(yán)重的作業(yè)壓力，稍有不慎，就會(huì)出現(xiàn)照準(zhǔn)錯(cuò)誤，或者計(jì)算錯(cuò)誤等，效率總體來(lái)說(shuō)不高[6]。隨著高精度帶馬達(dá)全站儀和徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件的出現(xiàn)，這一現(xiàn)狀將得到有效緩解乃至徹底解決。本文基于新建杭州經(jīng)紹興至臺(tái)州鐵路（杭紹臺(tái)鐵路）東茗長(zhǎng)大隧道工程，擬將當(dāng)前最為先進(jìn)的高精度帶馬達(dá)全站儀、徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件相整合，引入到長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量之中，實(shí)現(xiàn)高新技術(shù)長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化作業(yè)，此技術(shù)可為類似工程提供有益借鑒。

1 全自動(dòng)全站儀及徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件介紹

高精度帶馬達(dá)全站儀結(jié)合徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件，是目前鐵路工程導(dǎo)線測(cè)量應(yīng)用較為廣泛的一種方法，也是一次技術(shù)上的進(jìn)步，具有操作簡(jiǎn)單、觀測(cè)過(guò)程規(guī)范、限差設(shè)置靈活、能自動(dòng)觀測(cè)、自動(dòng)記錄和后處理完善、規(guī)范等特點(diǎn)，內(nèi)業(yè)既可以自動(dòng)生成電子表格，也可以自動(dòng)生成支持科傻等多種軟件的平差格式文件，效率非常高，精度也能保證，而且還節(jié)省時(shí)間[7]。

進(jìn)入到高精度帶馬達(dá)全站儀自動(dòng)觀測(cè)界面后，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)初始學(xué)習(xí)的第一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，然后按F1“開(kāi)始”，儀器即開(kāi)始對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)的目標(biāo)點(diǎn)依次進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，如圖1所示。開(kāi)始自動(dòng)觀測(cè)之后，必須保證儀器和目標(biāo)棱鏡之間通視，若目標(biāo)被遮擋，儀器將按照設(shè)定次數(shù)重新測(cè)量，超過(guò)次數(shù)后儀器提示是否跳過(guò)該點(diǎn)。

圖1 高精度帶馬達(dá)全站儀全站儀作業(yè)界面

2 洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量平差計(jì)算原理

導(dǎo)線測(cè)量平差計(jì)算是根據(jù)全站儀所測(cè)導(dǎo)線中兩相鄰邊之間的水平角和相鄰兩導(dǎo)線點(diǎn)間的水平距離計(jì)算出起算點(diǎn)與待求點(diǎn)之間的坐標(biāo)增量，然后根據(jù)精度要求，分配角度和距離閉合差距或附合差，最后根據(jù)角度和距離的平差結(jié)果，計(jì)算待定點(diǎn)的坐標(biāo)[8～9]。

待定點(diǎn)的坐標(biāo)由下列公式計(jì)算：

式中：XA、AY——導(dǎo)線點(diǎn)A的坐標(biāo)；

XB、YB——導(dǎo)線點(diǎn)B的坐標(biāo)；

ΔXAB、ΔYAB——相鄰兩導(dǎo)線點(diǎn)A、B的坐標(biāo)增量，按下式計(jì)算：

式中：DAB——相鄰兩導(dǎo)線點(diǎn)的平距，m；

αAB——根據(jù)相鄰兩導(dǎo)線之間的水平角和已知起算點(diǎn)的起始方位角算得待定點(diǎn)的方位角。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

新建杭州經(jīng)紹興至臺(tái)州鐵路（簡(jiǎn)稱：“杭紹臺(tái)鐵路”）位于浙江省中東部，其中東茗隧道全長(zhǎng)18226.15 m，為全線控制性工程。隧道進(jìn)口至DK98+363.0972段落位于R=8500 m右偏曲線上，其余段落位于直線上。隧道進(jìn)口至DK100+800段落縱坡為3‰上坡，DK100+800至DK111+450段落縱坡為10‰上坡，DK111+450至出口縱坡為6.5‰下坡。本隧道設(shè)置3座施工斜井，1號(hào)斜井與正洞交匯里程為DK100+400，斜井長(zhǎng)度315 m，2號(hào)斜井與正洞交匯里程為DK105+920，斜井長(zhǎng)度555 m，3號(hào)斜井與正洞交匯里程為DK109+308，斜井長(zhǎng)度1010 m，2#斜井與1#斜井之間正洞長(zhǎng)5500 m，線路設(shè)計(jì)雙線，線間距5.0 m，行車速度350 km/h。

3.2 洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量規(guī)劃

由于本隧道占本標(biāo)段線路全長(zhǎng)的96%，隧道內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量任務(wù)重，洞內(nèi)交叉作業(yè)工序多，專門(mén)留給導(dǎo)線測(cè)量的時(shí)間有限，洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量只能在掌子面鉆孔或安裝拱架時(shí)洞內(nèi)通視條件較好的情況下進(jìn)行觀測(cè)，采用傳統(tǒng)的手動(dòng)觀測(cè)，效率低下。而采用徠卡TS16帶馬達(dá)的全站儀自動(dòng)觀測(cè)，可以在提高效率的同時(shí)，還可以避免人工照準(zhǔn)誤差的發(fā)生。以東茗隧道3#斜井為例，根據(jù)《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》以及洞內(nèi)的實(shí)際通視情況，在洞外布設(shè)兩個(gè)GPS點(diǎn)（CPII320B、CPII320-3）作為設(shè)站及后視點(diǎn)，然后用多測(cè)角測(cè)回軟件將洞內(nèi)布設(shè)的雙導(dǎo)線依次進(jìn)行觀測(cè)，洞內(nèi)雙導(dǎo)線按200 m左右間距進(jìn)行布設(shè)。東茗隧道3#斜井與正洞導(dǎo)線聯(lián)測(cè)網(wǎng)形布置如圖2所示。

圖2 斜井與正洞導(dǎo)線聯(lián)測(cè)網(wǎng)形平面布置圖

3.3 測(cè)量?jī)x器及軟件配備

測(cè)量采用的儀器是帶馬達(dá)的徠卡TS16，測(cè)角精度1″，測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)精度1mm+1ppm，它具有自動(dòng)搜索、識(shí)別、觀測(cè)、記錄和計(jì)算等功能。儀器加裝徠卡多測(cè)回測(cè)角機(jī)載軟件，具有自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)記錄，節(jié)省時(shí)間、減少現(xiàn)場(chǎng)記錄人員，自動(dòng)生成電子手簿及平差格式文件，效率高[10]，傳統(tǒng)全站儀測(cè)量與全自動(dòng)帶馬達(dá)全站儀測(cè)量作業(yè)時(shí)間對(duì)比情況如表1所示。

表1 不同類型全站儀測(cè)量時(shí)間對(duì)比

由表1可以看出：全自動(dòng)帶馬達(dá)全站儀自動(dòng)觀測(cè)、自動(dòng)記錄，需要的測(cè)量人員少，節(jié)省時(shí)間。如果方向數(shù)和測(cè)回?cái)?shù)增加，則更有優(yōu)勢(shì)。

3.4 測(cè)量數(shù)據(jù)及成果

3#斜井及正洞均采用雙導(dǎo)線，導(dǎo)線間距200 m左右，儀器首先在洞口GPS投點(diǎn)CPII320B設(shè)站，后視CPII320-3，前視斜井內(nèi)第一對(duì)雙導(dǎo)線點(diǎn)3XJ003、3XJ004，手動(dòng)順序照準(zhǔn)棱鏡基座后，啟動(dòng)自動(dòng)測(cè)量程序，儀器開(kāi)始自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，一個(gè)測(cè)站完成，然后將儀器遷至下一站，用同樣的方法將洞內(nèi)要測(cè)的導(dǎo)線點(diǎn)全部測(cè)完。第一設(shè)站多測(cè)回觀測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)平均值如表2所示。

東茗隧道3#斜井洞內(nèi)按雙導(dǎo)線布置，斜井長(zhǎng)度1000 m，小里程側(cè)正洞長(zhǎng)1708 m，大里程側(cè)正洞長(zhǎng)1657 m，導(dǎo)線測(cè)量等級(jí)為二等，測(cè)回?cái)?shù)6個(gè)測(cè)回，角度閉合差限差8.5sec、測(cè)距相對(duì)中誤差為1/250000、導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差1/100000，部分內(nèi)業(yè)平面閉合差計(jì)算結(jié)果如表3所示。由平差結(jié)果可知，東茗隧道3#斜井洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)成果可靠。

表2 第一設(shè)站多測(cè)回觀測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表3 平面閉合差計(jì)算結(jié)果

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)

（1）徠卡TS16帶馬達(dá)全站儀購(gòu)買價(jià)為22萬(wàn)元，加裝機(jī)載中國(guó)版多測(cè)角測(cè)回軟件和計(jì)算機(jī)后處理軟件為3萬(wàn)元，總價(jià)為25萬(wàn)元，比普通全站儀價(jià)格高10多萬(wàn)元，比精度更高的TS60帶馬達(dá)的全站儀價(jià)格少10萬(wàn)元左右。

（2）用帶馬達(dá)的全站儀進(jìn)行導(dǎo)線觀測(cè)，每個(gè)測(cè)站觀測(cè)時(shí)間5 min左右，手動(dòng)觀測(cè)每個(gè)測(cè)站測(cè)量時(shí)間為20 min左右，每個(gè)測(cè)站自動(dòng)觀測(cè)比手動(dòng)觀測(cè)少用約15 min，還可減少一名記錄人員。

（3）高精度帶馬達(dá)的全站儀進(jìn)行隧道內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量，不受測(cè)量人員人為因素的影響，且對(duì)和施工形成的干擾相對(duì)較少，能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作業(yè)速度，具有較強(qiáng)的靈活性與實(shí)用性，尤其是在大長(zhǎng)隧道輔助坑道的測(cè)量中有較大的優(yōu)越性。

（4）高精度帶馬達(dá)的全站儀結(jié)合徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件在東茗隧道測(cè)量的應(yīng)用，測(cè)量速度快、效率高、精度高，為隧道項(xiàng)目間接創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，該技術(shù)可以在其他隧道施工中進(jìn)行推廣。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)將高精度帶馬達(dá)全站儀結(jié)合徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件應(yīng)用于杭紹臺(tái)鐵路東茗隧道導(dǎo)線測(cè)量中應(yīng)用，總結(jié)幾點(diǎn)體會(huì)：

（1）高精度帶馬達(dá)全站儀與徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件配套使用，可以很好的適用于長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量工作，效率高，出錯(cuò)率低。

（2）在長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量前期，通過(guò)合理規(guī)劃主洞和輔助坑道導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)，可以為高精度帶馬達(dá)全站儀與徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件整合應(yīng)用創(chuàng)造有利的作業(yè)條件，進(jìn)而提高測(cè)量精度。

（3）下一步將深入挖掘高精度帶馬達(dá)全站儀與徠卡多測(cè)回測(cè)角軟件整合技術(shù)在長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)更為復(fù)雜的平面控制測(cè)量網(wǎng)形中的使用，以擴(kuò)大其適用范圍。