韋向高

（廣西城市職業(yè)大學(xué)，廣西 崇左 532100）

0 引言

隨著我國(guó)中高等級(jí)公路的不斷發(fā)展，交通量也在進(jìn)一步增加，公路建設(shè)的整體質(zhì)量以及精度也逐漸得到提升，在隧道的實(shí)際施工測(cè)量工作之中，一般的測(cè)量形式已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足現(xiàn)在的施工精度要求。而全站儀免棱鏡測(cè)距技術(shù)可以通過(guò)敷設(shè)測(cè)量極坐標(biāo)的形式，十分準(zhǔn)確以及快速地完成針對(duì)隧道的測(cè)量放樣以及斷面測(cè)量等實(shí)際的施工測(cè)量工作，所有測(cè)量的內(nèi)業(yè)資料都能通過(guò)計(jì)算機(jī)展開(kāi)自動(dòng)化處理，為實(shí)際施工節(jié)省更多的時(shí)間和成本，可以說(shuō)這是隧道整體施工測(cè)量技術(shù)的一次變革?；诖?，本文主要針對(duì)全站儀免棱鏡測(cè)距技術(shù)在隧道施工測(cè)量中的應(yīng)用展開(kāi)以下有關(guān)分析和研究。

1 工程概況

某隧道工程，設(shè)計(jì)方案是4 車(chē)道雙洞單向行駛隧道，左邊隧洞長(zhǎng)度大于5000m，與右洞長(zhǎng)度大約相等，寬度和高度分別為10m 和6m。隧道所處地區(qū)地質(zhì)條件十分復(fù)雜，圍巖占據(jù)全段施工的77%，是該隧道工程的主要施工難點(diǎn)。在隧道的施工過(guò)程中，進(jìn)行掘進(jìn)放樣、開(kāi)挖后斷面測(cè)量及圍巖凈空位移測(cè)量等相應(yīng)的測(cè)量任務(wù)比較繁重，如果測(cè)量數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致超挖、欠挖將造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)此，工作人員運(yùn)用徠卡TCRA1101 型免棱鏡測(cè)距全站儀展開(kāi)掘進(jìn)放樣及開(kāi)挖后斷面測(cè)量等相應(yīng)的測(cè)量工作。徠卡測(cè)距儀測(cè)量角的精度在1.5”，實(shí)際測(cè)量距離的精度在2+2ppm，免棱鏡測(cè)量標(biāo)稱(chēng)的實(shí)際距離則為250m。

2 全站儀免棱鏡測(cè)距技術(shù)在隧道施工測(cè)量之中運(yùn)用的優(yōu)點(diǎn)

2.1 測(cè)量的實(shí)際速度比較快

掘進(jìn)放樣、開(kāi)挖后斷面測(cè)量及圍巖凈空位移測(cè)量等相應(yīng)的測(cè)量工作都能夠在短短的幾分鐘之內(nèi)完成。

2.2 具有準(zhǔn)確性

一是測(cè)量定點(diǎn)的精度十分準(zhǔn)確。整體精度可以根據(jù)工程施工標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，能夠達(dá)到mm 級(jí)的精準(zhǔn)度。二是具有固定性。在各個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，輪廓線(xiàn)之間的距離應(yīng)保持一致，這可以為鉆眼爆破施工帶來(lái)更多便利。測(cè)量點(diǎn)也就是炮眼，其實(shí)際間距具有固定性。每一茬炮眼在實(shí)際施工斷面的同一個(gè)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(nèi)部的炮眼變得更為順直，進(jìn)而能夠有效減少超挖、欠挖，為實(shí)際施工安全帶來(lái)基本保證。另外，也能夠根據(jù)設(shè)計(jì)的炮眼具體位置進(jìn)行準(zhǔn)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(shù)方面的基礎(chǔ)。

2.3 設(shè)站十分靈活

儀器可以根據(jù)測(cè)量的距離設(shè)置站點(diǎn)，這為測(cè)量工作帶來(lái)比較大的靈活性，能夠在不同施工現(xiàn)場(chǎng)的基本條件之下，選擇出最為適宜的位置進(jìn)行站點(diǎn)設(shè)置，減少其他施工對(duì)測(cè)量工作的干擾，同樣也會(huì)減少測(cè)量工作對(duì)其他施工的干擾。在人工測(cè)量難以滿(mǎn)足施工標(biāo)準(zhǔn)要求，或者是工作人員無(wú)法到達(dá)的比較危險(xiǎn)的位置，只要滿(mǎn)足測(cè)量里程以及通視這兩個(gè)條件就能夠完成測(cè)量任務(wù)，進(jìn)一步減少測(cè)量對(duì)其他機(jī)械設(shè)備（如腳手架、升降機(jī)等）的依賴(lài)程度。不過(guò)，因?yàn)槿緝x是通過(guò)極坐標(biāo)展開(kāi)測(cè)量放樣，再加上儀器的自動(dòng)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(cè)量任務(wù)。

2.4 和其他施工程序進(jìn)行平行作業(yè)

傳統(tǒng)的開(kāi)挖整體輪廓線(xiàn)放樣工作都是在出渣施工完成以后才展開(kāi)，通常都會(huì)耗費(fèi)幾十分鐘的時(shí)間。而通過(guò)全站儀進(jìn)行放樣，特別是在通風(fēng)效果良好的時(shí)候，在裝渣施工完成、做好測(cè)量的基本準(zhǔn)備工作后，可以在短短的幾分鐘之內(nèi)完成測(cè)量工作?；蛘咴谘b渣施工將要完成的時(shí)候，可以邊進(jìn)行裝渣施工邊展開(kāi)測(cè)量，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)零分鐘的測(cè)量。

2.5 整體適應(yīng)性比較強(qiáng)

因?yàn)槿緝x是通過(guò)極坐標(biāo)方式對(duì)坑道之上的點(diǎn)展開(kāi)測(cè)量，且所有設(shè)置在坑道之上的點(diǎn)都具有可以解析的坐標(biāo)，不必再擔(dān)心其中會(huì)出現(xiàn)曲線(xiàn)隧道、曲墻斷面放樣以及工作面不規(guī)則等情況，使得各種各樣的施工線(xiàn)路的基本走向以及斷面形狀等相關(guān)問(wèn)題都可以統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)的解析問(wèn)題。測(cè)量人員關(guān)心的怎樣才可以準(zhǔn)確地得到測(cè)量點(diǎn)的具體三維坐標(biāo)、在程序之中怎樣才可以進(jìn)行路線(xiàn)的描述以及斷面設(shè)計(jì)參數(shù)等，現(xiàn)在使用計(jì)算機(jī)就能夠真正計(jì)劃出具體的位置，解決曲線(xiàn)、直線(xiàn)以及直墻、曲墻等相關(guān)問(wèn)題。

3 全站儀免棱鏡測(cè)距技術(shù)在隧道施工測(cè)量中的具體應(yīng)用

3.1 掘進(jìn)掌子面斷面放樣

在放樣測(cè)量之前，需要將隧道內(nèi)部的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)、隧道洞門(mén)點(diǎn)坐標(biāo)、高程以及縱坡的參數(shù)等，都利用相關(guān)程序輸入儀器內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)。放樣時(shí)可以根據(jù)參數(shù)來(lái)確定具體的測(cè)量站點(diǎn)，包含設(shè)置測(cè)量站點(diǎn)的三維坐標(biāo)、測(cè)量?jī)x器高度以及方位角等。為了使儀器和掌子面的實(shí)際距離不至于太遠(yuǎn)，通常都不會(huì)直接將測(cè)量?jī)x器安置在導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)上，而是利用后方的交會(huì)方式有效完善測(cè)量?jī)x器的整體設(shè)站工作。并且臨時(shí)后視點(diǎn)能夠設(shè)置在隧道的邊墻上，但是一定要注意檢查其工作的穩(wěn)定性。

在測(cè)量?jī)x器建站之后，需要瞄準(zhǔn)掌子面來(lái)進(jìn)一步測(cè)量出掌子面到測(cè)量?jī)x器之間的實(shí)際距離。儀器依照測(cè)得的實(shí)際距離和相關(guān)參數(shù)來(lái)定位掌子面開(kāi)挖的斷面，然后就可以著手展開(kāi)開(kāi)挖輪廓線(xiàn)上點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量和預(yù)設(shè)。隧道的測(cè)量放樣點(diǎn)根據(jù)實(shí)際設(shè)置的距離可以由左至右、由中間向兩側(cè)等不同的順序進(jìn)行測(cè)量和預(yù)設(shè)。測(cè)量工作中，儀器發(fā)出的紅色激光在第一個(gè)設(shè)置的點(diǎn)位進(jìn)行確認(rèn)之后，在該點(diǎn)位點(diǎn)上紅油漆，才算完成一個(gè)點(diǎn)位的實(shí)際放樣工作。儀器在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)之下可以自動(dòng)轉(zhuǎn)向下一個(gè)施工放樣點(diǎn)，以此類(lèi)推逐步完成全部放樣工作。

當(dāng)掌子面不平整的時(shí)候，需要增加點(diǎn)位及測(cè)量次數(shù)，通常可以設(shè)置3～6 個(gè)點(diǎn)位，并且給出允許的偏差范圍。在儀器每一次測(cè)量的時(shí)候，其所得到的測(cè)量點(diǎn)位的三維坐標(biāo)為其計(jì)算出的激光點(diǎn)和實(shí)際輪廓之間出現(xiàn)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(nèi)，才可以確認(rèn)激光點(diǎn)即是要開(kāi)挖的施工輪廓之上的點(diǎn)，不然則需要重新測(cè)量。

3.2 斷面測(cè)量

斷面測(cè)量過(guò)程中，要求所需要測(cè)量的斷面之內(nèi)任何一處位置都可以安裝測(cè)量?jī)x器，可以在后方進(jìn)行交匯，對(duì)自由測(cè)量站點(diǎn)及已知站點(diǎn)進(jìn)行預(yù)設(shè)，進(jìn)而確認(rèn)儀器的具體三維坐標(biāo)及其設(shè)置的具體方位角，并且在啟動(dòng)斷面的整體測(cè)量程序、設(shè)置相應(yīng)參數(shù)之后，儀器在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)之下自動(dòng)旋轉(zhuǎn)一周，可以將隧道內(nèi)部的構(gòu)造（隧道的軸線(xiàn)、法線(xiàn)及豎直平面）進(jìn)行照準(zhǔn)，同時(shí)還需要通過(guò)設(shè)置的參數(shù)，測(cè)量獲得各個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的實(shí)際距離以及角度，而且存儲(chǔ)在測(cè)量?jī)x器的內(nèi)存及PC 卡內(nèi)部，如此才算完成一整個(gè)斷面外業(yè)的實(shí)際測(cè)量工作。這種方式的優(yōu)勢(shì)主要就在于不需要頻繁地搬運(yùn)測(cè)量?jī)x器，可以測(cè)量任何需要測(cè)量的斷面。但是在實(shí)施開(kāi)挖施工之后，斷面的表面變得凹凸不平，那么斷面的每一個(gè)點(diǎn)位的實(shí)際測(cè)量都需要實(shí)施多次方可。針對(duì)襯砌之后的、輪廓基本規(guī)則的斷面，使用這種方式進(jìn)行測(cè)量，其實(shí)際速度會(huì)較其他測(cè)量方式更快。將相關(guān)斷面外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，可以獲得實(shí)際測(cè)量結(jié)果、斷面對(duì)比圖形及斷面面積等相應(yīng)參數(shù)。

3.3 圍巖凈空位移的測(cè)量

隧道通常采用鉆爆法進(jìn)行施工，依照實(shí)際施工原理，需要通過(guò)圍巖監(jiān)控進(jìn)行測(cè)量，掌握施工之中圍巖變形和支護(hù)的基本狀況，及時(shí)獲得監(jiān)控的有關(guān)信息數(shù)據(jù)，以此指導(dǎo)施工，達(dá)到更為安全和經(jīng)濟(jì)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(cè)量任務(wù)，可以運(yùn)用三維動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量技術(shù)展開(kāi)測(cè)量工作。其主要測(cè)量原理是將全站儀的實(shí)際測(cè)量點(diǎn)位和不同時(shí)間段之內(nèi)的三維坐標(biāo)等測(cè)量數(shù)據(jù)整體輸入計(jì)算機(jī)，展開(kāi)施工后處理，最終將監(jiān)測(cè)結(jié)果輸出。在全站儀的內(nèi)部設(shè)置有關(guān)圍巖收斂的檢測(cè)模塊，計(jì)算機(jī)內(nèi)部設(shè)置圍巖收斂的最終核驗(yàn)監(jiān)測(cè)模塊，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行核驗(yàn)分析。自由設(shè)站的三維動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量系統(tǒng)主要由全站儀、反射靶標(biāo)、后視基準(zhǔn)點(diǎn)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成。后視基準(zhǔn)點(diǎn)需要穩(wěn)固，實(shí)際坐標(biāo)可以依照現(xiàn)場(chǎng)的施工情況進(jìn)行設(shè)置。反射靶標(biāo)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(jìn)行支護(hù)表面以及點(diǎn)焊的時(shí)候，需要支護(hù)在鋼筋上，根據(jù)相關(guān)要求在施工隧道內(nèi)展開(kāi)點(diǎn)位的布置；在展開(kāi)測(cè)量的時(shí)候，其中心小孔作為照準(zhǔn)點(diǎn)，觀察的時(shí)候其反射膜片以及儀器光軸實(shí)際傾斜的角度不能夠超過(guò)30，進(jìn)而可以有效減少照準(zhǔn)對(duì)測(cè)量距離的影響。

在觀測(cè)之前，對(duì)全站儀展開(kāi)調(diào)整，使儀器處于最佳測(cè)量狀態(tài)。在觀測(cè)的時(shí)候，需要修正儀器的測(cè)量角度，并且檢查氣壓、溫度等氣象條件，全部觀測(cè)的信息數(shù)據(jù)都需要做好記錄并存儲(chǔ)在模塊之內(nèi)。

全站儀可以自由設(shè)置站點(diǎn)，但是為了消除膜片傾斜對(duì)測(cè)量距離的影響，要求每一次測(cè)量的位置做到一般無(wú)二。在設(shè)置站點(diǎn)的時(shí)候，需要結(jié)合雙盤(pán)測(cè)量反復(fù)照準(zhǔn)調(diào)試3 次，以獲得的平均值當(dāng)作站點(diǎn)設(shè)置的最終結(jié)果。通過(guò)測(cè)量基本頻率、位移速度及測(cè)點(diǎn)距離設(shè)定開(kāi)挖的基本距離。通常在測(cè)量點(diǎn)所設(shè)的初期測(cè)試頻率需要設(shè)置1～3 次，隨著圍巖逐漸穩(wěn)定之后，實(shí)際測(cè)量的次數(shù)也會(huì)變少，假如出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，則需要增加測(cè)量的實(shí)際次數(shù)。當(dāng)圍巖達(dá)到要求之后，將以3 次/天的頻率展開(kāi)測(cè)量，測(cè)量時(shí)間需要延長(zhǎng)至2 周，假如沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化，則可以結(jié)束測(cè)量。每一次測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄都要求輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)分析并處理測(cè)量的基本數(shù)據(jù)，將測(cè)量結(jié)果做成表格后打印輸出。將免棱鏡測(cè)距技術(shù)運(yùn)用在隧道的實(shí)際測(cè)量工作之中，不但可以使每一個(gè)斷面的測(cè)量工作都能夠在幾分鐘之內(nèi)完成，還可以保證整體測(cè)量的精度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，免棱鏡測(cè)距技術(shù)的問(wèn)世，使得傳統(tǒng)隧道工程的測(cè)量工作量大幅降低，還將施工問(wèn)題予以及時(shí)解決。該技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)隧道的斷面放樣、斷面測(cè)量和圍巖凈空位移測(cè)量等相應(yīng)測(cè)量工作，尤其是里程長(zhǎng)、工程量大的隧道施工更加需要將其當(dāng)作主要的測(cè)量方式。利用該技術(shù)準(zhǔn)確快速地展開(kāi)測(cè)量，可以創(chuàng)建出隧道表面數(shù)字模型，能夠十分精準(zhǔn)地繪制出斷面圖，可以為最終的施工決策奠定相應(yīng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，避免出現(xiàn)浪費(fèi)現(xiàn)象，還可以減少返工，可以為工程質(zhì)量提供一定的保證。隨著長(zhǎng)測(cè)量里程五棱鏡測(cè)距儀硬件的逐漸完善，硬件價(jià)格也出現(xiàn)了一定幅度的下降。計(jì)算機(jī)技術(shù)人員也十分積極地參與測(cè)量工作，最終開(kāi)發(fā)出功能更加完備的軟件系統(tǒng)，使這項(xiàng)技術(shù)能夠進(jìn)一步推廣應(yīng)用，進(jìn)而可以為整體工程奠定堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量基礎(chǔ)。