隧道全断面综合测量方法研究

陈中华 郭敏帅 李华松

摘 要 在隧道工程建设中，全断面施工的质量控制必须依靠测量技术，通过精准的测量确定隧道周边稳定性和整体环境的安全系数，但是传统的隧道测量方法存在操作相对复杂，测量结果存在一定的片面性，测量的精准度不够等问题，由此对于高标准和高要求的现代工程略显不符。本文从成都市轨道交通6号线三期隧道工程的实际情况出发，列举了断面测量的基础方法，并对综合测量方法的基本原理进行了解析，强调了测量方法的实践要领。

关键词 隧道断面;断面测量;综合测量

1综合测量方法的基本原理解析

隧道全断面综合测量方法，是基于隧道全断面的实际测量难题而提出的，因为传统的测量方法或单一的新型测量方法，在内业和外业配合上存在一定的局限性，由此所获得的测量结果存在不足，或者是测量时间过长，导致测量工作不能取得预期效果。综合测量的实质，便是根据隧道工程的实际情况，在测量时考虑各种技术对测量结果的优化效果，从而适当地增加不同技术在测量时的运用概率，实现技术互补、提高工作效率。综合测量方法的基本原则是数据的精准性和搜集的效率性。为了减少测量时的工作量，必然需要对隧道内轮廓进行单次较大范围甚至一次性数据搜集，此时需要面对隧道表面粗糙或各种其他设备、材料的干扰问题，采集数据虽然在后期会进行修正处理，但一手数据必须要更加详尽，此时必然需要优化搜集形式，增加数据搜集量。为保证基本数据精准度和较少的搜集耗时和测量成本，则考虑以某种测量技术为主，选择辅助性的测量技术作为性能升级要件，对数据的搜集、整理、分析等环节进行优化，最大程度消除单一测量技术的弊端，本文所选择的方法主要是三维激光扫描技术与全站仪测量技术的综合运用[1]。

2综合测量的基础方法

2.1 全站仪测量

全站仪是传统测量技术中的重要内容之一，也是多项其他新型测量技术及综合测量技术的基础。使用具备高精度的全站仪对目标区域进行数据采集，或搭配专门的测量软件完成数据自动搜集，所获取的原始数据经处理系统进行适度修正后形成数据包，再由后续分析系统完成分析并形成测量报告。因此，全站仪可以仅作为一种数据采集手段而存在，所获取的数据即可以直接进行分析，也可以作为其他测量方法中数据的参考系。

2.2 三维激光扫描测量

三维激光扫描在测绘领域的使用较为广泛，相较于GPS等测量技术具有更高的精准度，不同于传统测量技术中的单点测量方法，通过对物体表面进行大幅度、高频次的扫描，读取隧道表面的三维点数据信息，由海量的点位数据直接获得面的数据，实现大面积精准测量。由于使用到了激光扫描技术，能够快速获取目标三维信息，因此降低了测量难度。因此三维激光扫描测量技术具有数据搜集快、精度高、远距离测量、数据可靠性高、信息内容多样化等特点。在实践中，首先采用三维激光扫描设备对隧道进行数据搜集，获取的三维点位回传后，经过去噪、修正获得初始数据组，并将预处理后的数据组进行逐步拼接，结合设计数据，对隧道的实挖轮廓进行建模，经专业软件的深度加工获得隧道效果图，最终输出测量结果报告。

2.3 断面仪测量

断面仪是专门用于断面测量的设备组件，其中包含了精密数字测角、激光测距、计算机、坐标测量等技术，利用光机电设备与外业设备共同完成测量，其中搭载了专业的控制和数据处理软件，能够快速地得出隧道断面的测量曲线图和预挖参数比对结果。基于断面仪的专业性，操作简便且准确率较高，具有较高的应用价值。在实施测量时，断面仪定点于隧道轴线核心点位，对仪器进行调试，要求测量点位于隧道轴线的垂直位置，并对隧道断面的起止角度、位置等进行预设，由内置系统按照水平方向，附加相应的角度或距离计算方式，逐步对区间内隧道轮廓、失径等进行定位，最后得出隧道内轮廓数据，经软件进行最终计算和修正后，获得最终图形[2]。

3全断面综合测量方法实践要领

3.1 方法的组成

根据目前的测量经验来看，三种基础方法中断面仪成本低、精度一般、自动化和信息量等程度较低，三维激光扫描综合性能和成本最高，全站仪居中。但由于三维激光扫描技术可靠性更高，受到普遍推广，考虑到全断面测量时情况相对复杂，因此以全站仪配合三维激光扫描技术进行测量，而断面仪则作为辅助性测量技术，对数据搜集困难或模糊的位置进行补充测量，或者用于获取初始数据概样。利用断面综合测量方法，在外业之前首先依照设计提供的相关线路设计图纸，可以将整条线路的平、竖曲线参数和断面信息输入到全站仪断面测量软件之中，由程序自动生成所需格式文件，将断面信息文件导入到全站仪机载程序里。外业时可通过坐标定向、后方交会等方法进行设站，输入里程等参数后，即可开始自动测量。外业工作全部结束后，可利用程序拟合得到所测断面中心点的准确坐标。利用轻松工程测量系统辅助软件可算出所测断面中心点处的里程、偏距以及设计轨面高等所需测量成果。

3.2 测量实践要点

测量实践中，隧道點云数据的处理是关键，主要构成是三维坐标、激光强度、色差信息，需要经过处理才能如实反映出隧道的具体情况。①数据配准。以三维激光扫描数据的基础，结合全站仪和断面仪对局部范围的二次采集数据，对坐标系进行转换、修正和拼接，主要是对平移向量、旋转矩阵和原始坐标为基础，综合计算和处理后得到新的坐标。②轴线拟合。在XOY和YOZ面中纳入点云数据，则中轴线最终获取表示为：，也可以结合施工的控制坐标系和设计数据获取断面再进行中心点拟合，并形成中轴线结果。③断面获取。依据断面的定义，选取中轴线某点D，则该点的切线与断面在向量上是一致的，设点D处坐标为（x0，y0，z0），向量G=（A，B，C），则获取断面为：

4结束语

隧道全断面测量工作的时间相对较短，且工作本身关系到整个地铁工程建设质量，对于后期设备安装等环节产生直接的质量与安全影响，而对全断面进行测量时，所涉及的细节较多，各种数据相对较大，由此难以对精度进行控制，因此需要采取合适的方法缩减测量耗时，并且提高测量的质量。

参考文献

[1] 匡志威，杨志敏.地铁隧道断面测量及质量检查方法[J].城市勘测，2019（6）：153-157.

[2] 杨志坚.隧道结构断面测量方法及对比分析[J].测绘通报，2019（11）：160-162.