全站仪隧道测量模块在施工中的应用

曾辉

（中铁十八局集团第三有限公司）

全站仪隧道测量模块在施工中的应用

曾辉

（中铁十八局集团第三有限公司）

随着时代的发展，我国的公路和铁路工程如雨后春笋迅猛发展，工程建设的效率也在飞速提高，各种先进的机械设备、工程管理理念、先进的功法都在现代建筑工程中逐渐暂露头脚。现在的工程都是高效率的工程，形成了遇水架桥，遇山开隧的高效率工程理念。本文对隧道工程的测量工作进行了部分总结。对比了现代化隧道工程测量和以前的隧道工程测量的优劣。重点的分析了现代化隧道测量的优势和效率。

全站仪；测量模块；免棱镜；围岩监控量测

1 全站仪的简介及测量原理

全站仪全称为“全站型电子速测仪”通常又称为“电子经纬仪”或者“电子速测仪”。这种测量仪器是将测角度、测距离和微处理机结合起来，能够实现对测角、测距进行自动控制，对水平距离、坐标增量、高差等进行自动计算，还可以自动记录、计算、显示在仪器的视窗中，并且可以进行测量数据存储和输出，随着科技的发展，现在的全站仪也不光停留在简单的测量放样的水平上了，现在的全站仪可以和GPS组合使用（超站仪）。并且世界各国测量机构都为全站仪开发出了各种方便测量工作的与全站仪匹配的测量模块及软件。使现在的全站仪逐步向精准化、智能化的方面发展。

2 全站仪的使用

本文着重说的是全站仪隧道测量模块在现代铁路隧道的使用，在隧道中全站仪的使用频率很高，主要分为控制测量、施工放样测量、成品检测测量、围岩监控量测等。

（1）控制测量：在隧道中控制测量是隧道工程的命脉和灵魂，没有走好这一步，隧道就是一个无灵魂的作品，控制测量没有做好，隧道施工就是一个无头苍蝇，处处碰壁。必然导致隧道平面位置与设计线路偏移，使隧道工程无法贯通，对国家、对单位造成无法挽回、不可估量的损失。

（2）施工放样：“金隧银桥”，四个字就可以看出隧道的投资和利润都是巨大的，投资是固定的，要想利润最大化测量也是功不可没的，测量放样工作看是平凡无奇，但是使用好了也会带来巨大的经济效益。

（3）成品检测：隧道的外观质量同样可以用全站仪来检测，在开挖断面检测、初期支护断面、二衬断面检测等方面全站仪式无可替代的。

（4）围岩监控量测：隧道的安全，特别是长大隧道的安全是不可忽视的，在这里全站仪也可以为隧道的安全施工保驾护航。

3 全站仪隧道测量系统控制测量操作

3.1 控制测量准备工作

控制测量需要高精度的测量仪器，控制测量需使用全自动带马达驱动且有自动寻找棱镜，自动对焦，对中功能的全站仪。实木仪器支架3套（减少气温对仪器的整平的干扰）；反射棱镜（含砧板）及棱镜精平支座3套；全站仪内置注册导线测量模块。人员四名，反光背心及对讲机等。

3.2 控制测量的操作

长大隧道的导线控制测量要求精度高，一条附和导线无法满足施工需要，需要两条或者多条导线或者导线网、导线索来控制隧道的平面导向精度。

隧道施工由于不受气候、天气的影响，是全天候不间断的循环工序法施工，不会因为导线控制测量而停止施工，所以需要以中央水沟（双线隧道中央水沟）为分界线封闭一半隧道，在封闭的一半隧道进行导线控制测量。由于隧道的施工隧道内的空气和能见度都没有洞外的好，导致人眼无法看清前后视的棱镜，更无法对中棱镜中心。在测量前我们需要首先在全站仪中录入现场测出的温度、大气压值，仪器会进行气压值和温度值的修正。进入控制测量界面后我们就可以对后视和前视了，与老式全站仪寻找前后视需要技术员的辅助不同，全自动全站仪只需要用仪器的红外线寻找到前后视棱镜的大概位置就可以了，仪器的智能对中系统会进行精确对中，并对所测量的角度进行多测回法测量，自动记录在仪器中。消除了人工对中棱镜的误差，并且提高了效率。因为人工需要不停的通过灯光照射棱镜来寻找棱镜和对中棱镜，然后反复测量多次以此来减少测角误差，由于各测量员的水平和视差等方面不同，测量过程中就会产生很多的测角误差，有时角度2C差还会超限，导致所测导线报废。全站仪的控制测量模块省去了人工的很多烦恼，同时减少了人工干预测量记录。是人工测量效率的10倍以上。测回数越多效率越高，使现场的控制测量高效高质的完成。

同时全站仪的控制测量模块还有与之匹配的电脑数据处理软件，现场控制测量的数据可以直接输入电脑，在电脑软件的处理分析下很快就可以把数以万计的测量数据进行计算平差。这是人工无法完成的。

4 全站仪隧道测量放样模块的操作

（1）老式的全站仪开挖测量放样工作需要的准备工作有很多，在进隧道前测量员需要把所需要的数据全部计算出来，然后到隧道内还需要进行分部的细化计算。需要至少5个人来完成测量工作，包括开挖面的跑杆员和拉尺员，放样数据计算和测量仪器操作员，后视还需要一个技术员，所以以前的测量队伍都是一个庞大的辛苦的组织。

（2）现在全站仪都是免棱镜的，免棱镜测距500～1000m。全站仪内有隧道测量模块，在隧道工程开始前就可以把隧道的平曲线要素，竖曲线要素，隧道各类型施工断面全部通过电脑导入到全站仪内。现场不再需要计算器计算和纸笔的记录，在隧道内测量只需要两个人就可以了，仪器操作员一名，前面打点的一名，测量员把全站仪置好站就可以直接开始测量放样了。由于仪器是免棱镜带红外线导向的，所以测量员只需要根据仪器内的断面数据就能完成隧道的各类测量工作。打点员通过红外线的导向也可以快速找到放样点的正确位置。实线了无纸化高效率的放样工作。

（3）老式全站仪和新式全站仪测量系统的比较

老式全站仪由于精度低，没有免棱镜测量系统，需要更多的跑杆员及测量计算员；测量过程中也需要计算，打点员需要不停的拉尺和打点。所测量的开挖断面只能画出大概断面。新的全站仪隧道测量系统可以均匀的画出设计断面，并且从后面画出隧道走向，便于后续的施工，也节约了大量的时间。更重要的是测量系统可以很好的控制隧道的超欠挖和光面爆破的效果。控制好了这两项就为隧道节约了很多的材料，创造巨大的经济效益。

5 全站仪隧道测量模块在隧道断面扫描中的应用

老式全站仪没有隧道测量系统，需要现场测量三维坐标，通过坐标算出隧道断面上的点位，测量数据和计算的工作量是巨大的。

全站仪隧道测量模块内置隧道断面，所以在隧道初期支护断面检测、二衬台车模板定位、二衬断面检测这些工作中无需担忧巨大的工作量。对于他来说只有很少的工作量。只需要设置好测站进入断面扫描系统就可以了，全站仪通过自带的水平和竖直驱动马达、高效的免棱镜和快速的测量计算系统。它可以很快的精准的测量扫描出隧道的断面。电脑导出全站仪内的测量数据。通过断面软件的处理分析，超欠挖数据也一目了然。并可以马上出具科学的超欠挖报告。省时、省心、省力。

6 全站仪围岩量测系统的操作

（1）隧道的施工是个高危行业，运用围岩监控量测来掌握施工过程中围岩变形及支护状况，及时准确获取监测信息，并指导施工，以达到安全、可靠、经济的目的。为快速、高效、准确完成围岩净空位移量测任务。以前的围岩量测都是都是用围岩收敛尺进行测量，由于洞内条件的限制，工作量很大，洞内拉尺也影响了隧道各工序的施工，严重的耽误了工期。遇到软弱岩层，对在洞内的围岩量测人员也带来了巨大的安全隐患。

（2）现在我们使用全站仪的围岩测量模块可以很好的完成这项危险的工作。采用三维非接触量测新技术。其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测定围岩监控两侧点，通过点位不同时段的三维坐标，将测量数据输入计算机中的围岩监控软件进行后处理，最后输出科学的围岩监测成果（全站仪内相应配围岩收敛检测模块，计算机内配围岩收敛分析处理输出模块）。自由设站三维非接触观测系统由观测主机全站仪、反光薄膜、后视基准点及计算机组成。后视测量基准点要求稳固，其坐标可根据现场情况自行设置或利用隧道内控制测量的导线点；反射靶标采用5mm厚的三角形钢板（80mm×80mm×80mm），表面贴上60mm×60mm的强力反膜片，中间钻直径为3mm的小孔，用膨胀螺栓锚固在初期支护的表面或点焊在初期支护的钢筋上，按有关规范要求在隧道内进行点位布置。测量时中心小孔为照准点，观测时反射膜片与仪器光轴的倾斜角度应不大于30°，以减少照准对测距的影响。观测前，对全站仪进行调校，使仪器处于最佳状态。观测时，打开仪器的角度改正及补偿器功能，并对仪器进行气压和温度的气象改正。观测采用记录测量模式，所有观测数据均存储在模块内。全站仪采用自由设站，但为了消除膜片倾斜对测距的影响，每次量测时测站位置应大致相同。观测时采用三次重复设站，每次设站采用双盘测回结合三次重复照准的冗余观测方法，即每一测站上分别用两个盘位连续、重复照准三次目标点，然后取平均值作为一次设站观测的结果。量测频率主要根据位移速度和测点距开挖面的距离而定。一般在测点埋设初期测试频率每天1～3次，随着围岩渐趋稳定，量测次数减少，当出现不稳定征兆时，增加量测次数。当围岩达到基本稳定后，以1次/3日的频率量测2周，若无明显变形，则可结束量测。进行下一步工序的施工。更好的引导隧道的科学安全快速的施工。

7 结语

工程测量是一个永无止境的学习过程，以后的测量还会有飞速的发展，测量工作的模块化知识测量工作的一个里程碑，相信在以后的测量中，测量技术将会向着更高效的方向发展。

U452.1

A

1673-0038（2015）48-0244-02

收稿日期：2015-11-13