全站仪免棱镜测距技术在隧道施工测量中的应用分析

韦向高

（广西城市职业大学，广西 崇左 532100）

0 引言

随着我国中高等级公路的不断发展，交通量也在进一步增加，公路建设的整体质量以及精度也逐渐得到提升，在隧道的实际施工测量工作之中，一般的测量形式已经不能够满足现在的施工精度要求。而全站仪免棱镜测距技术可以通过敷设测量极坐标的形式，十分准确以及快速地完成针对隧道的测量放样以及断面测量等实际的施工测量工作，所有测量的内业资料都能通过计算机展开自动化处理，为实际施工节省更多的时间和成本，可以说这是隧道整体施工测量技术的一次变革。基于此，本文主要针对全站仪免棱镜测距技术在隧道施工测量中的应用展开以下有关分析和研究。

1 工程概况

某隧道工程，设计方案是4 车道双洞单向行驶隧道，左边隧洞长度大于5000m，与右洞长度大约相等，宽度和高度分别为10m 和6m。隧道所处地区地质条件十分复杂，围岩占据全段施工的77%，是该隧道工程的主要施工难点。在隧道的施工过程中，进行掘进放样、开挖后断面测量及围岩净空位移测量等相应的测量任务比较繁重，如果测量数据不够准确，导致超挖、欠挖将造成极大的经济损失。针对此，工作人员运用徕卡TCRA1101 型免棱镜测距全站仪展开掘进放样及开挖后断面测量等相应的测量工作。徕卡测距仪测量角的精度在1.5”，实际测量距离的精度在2+2ppm，免棱镜测量标称的实际距离则为250m。

2 全站仪免棱镜测距技术在隧道施工测量之中运用的优点

2.1 测量的实际速度比较快

掘进放样、开挖后断面测量及围岩净空位移测量等相应的测量工作都能够在短短的几分钟之内完成。

2.2 具有准确性

一是测量定点的精度十分准确。整体精度可以根据工程施工标准设定，能够达到mm 级的精准度。二是具有固定性。在各个测量点进行开挖时，轮廓线之间的距离应保持一致，这可以为钻眼爆破施工带来更多便利。测量点也就是炮眼，其实际间距具有固定性。每一茬炮眼在实际施工断面的同一个位置，可以为钻眼的角度提供更好的施工方向，可以使隧道内部的炮眼变得更为顺直，进而能够有效减少超挖、欠挖，为实际施工安全带来基本保证。另外，也能够根据设计的炮眼具体位置进行准确放样，比如掏槽眼等施工，可以为提升爆破的效果奠定技术方面的基础。

2.3 设站十分灵活

仪器可以根据测量的距离设置站点，这为测量工作带来比较大的灵活性，能够在不同施工现场的基本条件之下，选择出最为适宜的位置进行站点设置，减少其他施工对测量工作的干扰，同样也会减少测量工作对其他施工的干扰。在人工测量难以满足施工标准要求，或者是工作人员无法到达的比较危险的位置，只要满足测量里程以及通视这两个条件就能够完成测量任务，进一步减少测量对其他机械设备（如脚手架、升降机等）的依赖程度。不过，因为全站仪是通过极坐标展开测量放样，再加上仪器的自动化程度并不是很高，通常都需要两位工作人员才能够完成测量任务。

2.4 和其他施工程序进行平行作业

传统的开挖整体轮廓线放样工作都是在出渣施工完成以后才展开，通常都会耗费几十分钟的时间。而通过全站仪进行放样，特别是在通风效果良好的时候，在装渣施工完成、做好测量的基本准备工作后，可以在短短的几分钟之内完成测量工作。或者在装渣施工将要完成的时候，可以边进行装渣施工边展开测量，进而可以实现零分钟的测量。

2.5 整体适应性比较强

因为全站仪是通过极坐标方式对坑道之上的点展开测量，且所有设置在坑道之上的点都具有可以解析的坐标，不必再担心其中会出现曲线隧道、曲墙断面放样以及工作面不规则等情况，使得各种各样的施工线路的基本走向以及断面形状等相关问题都可以统一转化为极坐标的解析问题。测量人员关心的怎样才可以准确地得到测量点的具体三维坐标、在程序之中怎样才可以进行路线的描述以及断面设计参数等，现在使用计算机就能够真正计划出具体的位置，解决曲线、直线以及直墙、曲墙等相关问题。

3 全站仪免棱镜测距技术在隧道施工测量中的具体应用

3.1 掘进掌子面断面放样

在放样测量之前，需要将隧道内部的实际设计参数、隧道洞门点坐标、高程以及纵坡的参数等，都利用相关程序输入仪器内部进行存储。放样时可以根据参数来确定具体的测量站点，包含设置测量站点的三维坐标、测量仪器高度以及方位角等。为了使仪器和掌子面的实际距离不至于太远，通常都不会直接将测量仪器安置在导线点上，而是利用后方的交会方式有效完善测量仪器的整体设站工作。并且临时后视点能够设置在隧道的边墙上，但是一定要注意检查其工作的稳定性。

在测量仪器建站之后，需要瞄准掌子面来进一步测量出掌子面到测量仪器之间的实际距离。仪器依照测得的实际距离和相关参数来定位掌子面开挖的断面，然后就可以着手展开开挖轮廓线上点的实际测量和预设。隧道的测量放样点根据实际设置的距离可以由左至右、由中间向两侧等不同的顺序进行测量和预设。测量工作中，仪器发出的红色激光在第一个设置的点位进行确认之后，在该点位点上红油漆，才算完成一个点位的实际放样工作。仪器在马达的驱动之下可以自动转向下一个施工放样点，以此类推逐步完成全部放样工作。

当掌子面不平整的时候，需要增加点位及测量次数，通常可以设置3～6 个点位，并且给出允许的偏差范围。在仪器每一次测量的时候，其所得到的测量点位的三维坐标为其计算出的激光点和实际轮廓之间出现的偏移值，修正偏移值之后，假如偏移值在允许的偏差范围之内，才可以确认激光点即是要开挖的施工轮廓之上的点，不然则需要重新测量。

3.2 断面测量

断面测量过程中，要求所需要测量的断面之内任何一处位置都可以安装测量仪器，可以在后方进行交汇，对自由测量站点及已知站点进行预设，进而确认仪器的具体三维坐标及其设置的具体方位角，并且在启动断面的整体测量程序、设置相应参数之后，仪器在马达的驱动之下自动旋转一周，可以将隧道内部的构造（隧道的轴线、法线及竖直平面）进行照准，同时还需要通过设置的参数，测量获得各个测量点之间的实际距离以及角度，而且存储在测量仪器的内存及PC 卡内部，如此才算完成一整个断面外业的实际测量工作。这种方式的优势主要就在于不需要频繁地搬运测量仪器，可以测量任何需要测量的断面。但是在实施开挖施工之后，断面的表面变得凹凸不平，那么断面的每一个点位的实际测量都需要实施多次方可。针对衬砌之后的、轮廓基本规则的断面，使用这种方式进行测量，其实际速度会较其他测量方式更快。将相关断面外业测量数据输入计算机，可以获得实际测量结果、断面对比图形及断面面积等相应参数。

3.3 围岩净空位移的测量

隧道通常采用钻爆法进行施工，依照实际施工原理，需要通过围岩监控进行测量，掌握施工之中围岩变形和支护的基本状况，及时获得监控的有关信息数据，以此指导施工，达到更为安全和经济的施工目的。为了可以快速和高效地完成围岩净空位移的测量任务，可以运用三维动态非接触测量技术展开测量工作。其主要测量原理是将全站仪的实际测量点位和不同时间段之内的三维坐标等测量数据整体输入计算机，展开施工后处理，最终将监测结果输出。在全站仪的内部设置有关围岩收敛的检测模块，计算机内部设置围岩收敛的最终核验监测模块，通过计算机进行核验分析。自由设站的三维动态非接触测量系统主要由全站仪、反射靶标、后视基准点和计算机构成。后视基准点需要稳固，实际坐标可以依照现场的施工情况进行设置。反射靶标都是采用3mm 厚度的薄铝板制作成的70mm×80mm 的方板，表面贴上60mm×60mm 的反射膜片，在中间钻出直径为3mm 的孔洞，使用膨胀螺栓锚固，在初期进行支护表面以及点焊的时候，需要支护在钢筋上，根据相关要求在施工隧道内展开点位的布置；在展开测量的时候，其中心小孔作为照准点，观察的时候其反射膜片以及仪器光轴实际倾斜的角度不能够超过30，进而可以有效减少照准对测量距离的影响。

在观测之前，对全站仪展开调整，使仪器处于最佳测量状态。在观测的时候，需要修正仪器的测量角度，并且检查气压、温度等气象条件，全部观测的信息数据都需要做好记录并存储在模块之内。

全站仪可以自由设置站点，但是为了消除膜片倾斜对测量距离的影响，要求每一次测量的位置做到一般无二。在设置站点的时候，需要结合双盘测量反复照准调试3 次，以获得的平均值当作站点设置的最终结果。通过测量基本频率、位移速度及测点距离设定开挖的基本距离。通常在测量点所设的初期测试频率需要设置1～3 次，随着围岩逐渐稳定之后，实际测量的次数也会变少，假如出现不稳定的现象，则需要增加测量的实际次数。当围岩达到要求之后，将以3 次/天的频率展开测量，测量时间需要延长至2 周，假如没有出现明显变化，则可以结束测量。每一次测量的数据记录都要求输入计算机，计算机可以自动分析并处理测量的基本数据，将测量结果做成表格后打印输出。将免棱镜测距技术运用在隧道的实际测量工作之中，不但可以使每一个断面的测量工作都能够在几分钟之内完成，还可以保证整体测量的精度。

4 结语

综上所述，免棱镜测距技术的问世，使得传统隧道工程的测量工作量大幅降低，还将施工问题予以及时解决。该技术可以代替传统隧道的断面放样、断面测量和围岩净空位移测量等相应测量工作，尤其是里程长、工程量大的隧道施工更加需要将其当作主要的测量方式。利用该技术准确快速地展开测量，可以创建出隧道表面数字模型，能够十分精准地绘制出断面图，可以为最终的施工决策奠定相应数据基础，避免出现浪费现象，还可以减少返工，可以为工程质量提供一定的保证。随着长测量里程五棱镜测距仪硬件的逐渐完善，硬件价格也出现了一定幅度的下降。计算机技术人员也十分积极地参与测量工作，最终开发出功能更加完备的软件系统，使这项技术能够进一步推广应用，进而可以为整体工程奠定坚实的质量基础。