浅议隧道开挖测量技术的应用研究

摘要：隧道开挖以及测量施工是一个非常复杂的过程，隧道开挖的断面要求也是非常严格的，不仅受限于施工单位对于超挖量多少的控制，还要注意控制开挖断面的施工管理，因此测量工作的实施也非常重要。文章就断面测量原理，以及测量技术两点为论点进行了简要论述。

关键词：隧道；测量原理；测量技术

Abstract: the measurement of tunnel excavation and construction is a very complex process, the tunnel excavation section requirement is very strict, not only limited to the construction unit for controlling the overbreak quantity, but also pay attention to the control of construction management of excavation section, so the measurement work is also very important. The cross section measurement principle and measurement technique, two points are briefly discussed.

Keywords: tunnel; measurement; measuring techniques

中图分类号：U452.1+7文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012

现阶段，我国隧道工程技术面临着巨大的挑战，例如，施工环境的恶劣或者设计理论的不完善都会影响到测量工作的正常实施。隧道断面的开挖无论使用钻炸或机械工法，其开挖范围的管理值完全由隧道断面测量所控制。然而扩大断面导致的超挖量增加，更增加后续回填灌浆作业的数量；然而灌浆作业良好与否势必影响隧道的工程品质，而增加的混凝土数量，也使施工单位不易掌握其成本控制。故测量隧洞开挖的情况非常重要，了解开挖断面是否有超挖或是少挖的状况。且根据开挖数量，施工单位也可以快速掌握成本，期盼能提升隧道断面施工品质与水平，承包商能经济且快速达成开挖符合设计断面的目标。

一、隧道断面测量原理

测量的意义为测定地球表面上及其附近各点间的相关位置，故测量的基本原理在于应用各种方法以求得“点”的关系位置，通常皆由地面上已设立且经确定相关位置的点测定出新点的位置。此等新点可作为定出其他新点的基点，如此不仅可求得欲测各点的相关位置，且可标示于图上，由图上各点连成线面，并绘成所需的图集。以下将各种定出新点的方法归纳为五种，分述如下：

(1)导线法(traversing)

若A、B 两点为基点，求新点C 的位置，可测量角CAB 的角度及量AC 的距离，定出C 点，此法即为导线测量中所用的方法。

偏角法(method of deflection angle)

以A、B 两点为基点，C 为新点，AC 点间的距离无法量时，可测角CAB 的角度再量BC 距离也可定出C 点的位置，但此法可能产生C 与C’两种结果，应参考实地情形，选择适用的一种，此法因有此顾虑，于测量上较少应用，仅见于细部测量及曲线测设的偏角法。

(3)支距法(offset method)

以A、B 两点为基点，欲求新点C 的位置，可由C 点做垂直于AB 线的直线CD 并量其距离，称为支距(Offset)，再量AD 或BD 的距离，即可定出C 点的位置。此法常用于细部测量。

(4)前方交会法(forward intersection)

以A、B 两点为基点，C 为新点，亦可测量角CAB 角CBA 两角度，而定得C 点的位置。如果B 点或A 点不能架设仪器，则可测量角CAB 角ACB 角CBA 或角BCA 等组角度，求得C 点位置。此法即为三角测量中所使用的方法。

(5)后方交会法(resection)

以A、B、D 三点为基点，C 为新点，可测两角。即可求得C点。此法应用于三角测量及平板仪测量的后方交会法。

二、隧道断面测量技术

2.1 手动式

(1)经纬仪、电磁波测距或电子测距仪：一般而言，经纬仪负责测量角度，电磁波测距(EDM)用以测量距离，然而为了因仪器的功能性，多将测角与测距功能结合在一起发展，如电子测距仪或是全测站仪。测量所得的点皆以x、y、z 坐标表示，其测角的精度可达1 秒，测距精度可到正负1 至10mm。主要特性为可在现场执行资料的收集与处理，潜在精度高。其缺点则是若要达到理想观测状况而逐点测量，将会花费大量的时间，故多取具代表性的测点做测量。

(2)光学测距：目前光学测距已被取代，但是其功能可以做断面测量，精度依不同测量方法介于1：500～1：1000。主要优点为便宜、使用快速且坚固，可用于具危险性的环境。缺点为精度有限，劳力密集且由人工记录，被测体需要一定的照明。

(3)雷射测距：主要特性为便宜且操作简单，应用于不同的用途皆能有良好的精度。缺点为人工操作且须手动记录，必须遵守雷射安全规范。

(4)摄影测量：由于数值资讯的发展，摄影测量可由单相摄影或是双相摄影连成快速且非接触式的影像数值资料记录。运用非量测型照像机或是量测型照像机于现地快速取得照片，再由实验室做后置处理及分析。摄影测量的成果可提供一完整的档案资料库，在任何时间皆可调出档案视需要进行再次的测量，精度高且相片资料取得快速。其缺点为需要有专案的人具进行资料分析且需要昂贵的分析设备；在现场必须要有均匀的照明，而在建立测量标点时多需要昂贵的量测型照相机。

(5)光切法测量：近年来在摄影测量中最重要的发展便是光切法测量，光切法测量是以平面光投射至待测物体，受到投射的部位具有明显的亮带与暗带，可显示出待测物体的断面形状，利用各种形式的照相机做摄影，经过分析即可得知断面的数值资料。

2.2 全自动式

（1）免反射棱镜电子测距仪：一般的电子测距仪受限于反射棱镜，因此无法测量断面上所有的点；而免棱镜电子测距仪由厂商的改良，增加自动化测量的设备并视需要可扩充，如伺服马达驱动定位装置可依照设定的角度自动旋转进行测量，以及附带后级处理系统，自动收集资料并做后处理，达到快速完成断面测量，且能测得以往受限于反射棱镜所无法测量到的断面点。操作简单，测量速度中等且全自动记录资料，非常适合隧道断面测量。主要的缺点为设备昂贵，且使用在隧道以外的场合其精度并不高。

（2）自动化经纬仪：将经纬仪的望远镜头改良为CCD(Charge Coupled Device，感光耦合元件)镜头，加上布置一系列可识别的标准，经由设定，经纬仪可以由标准至标准自动观测。优点为精度高且能够自动运作，缺点为测量速度相对较慢，需要设定，昂贵且不适合用于隧道测量。

（3）光学三角测量：将光学测距仪加以改良，使用CCD 线性感应器，经由电眼系统，使得观测速度可达到每秒100 点以上，精度可达到±2mm，超过隧道测量所要求的精度。测量速度快，可自动记录，坚固但是轻便，必须符合雷射使用安全规范。

（4）轨道测量率：于轨道载具上架设一定数量的相机以及仪器，一边移动一边测量，具有一定的照明。主要用途为检查隧道净空以及轨道周边的建筑界线是否符合标准，测量速度极快但只适用于特殊状况而且十分昂贵。

（5）数位摄影测量：数位摄影测量是一种简单又实用的量测技术，即由现地所拍摄的相片可以获得监测标的物三维坐标，进而推算出被测物的位移量，因此常用以评估大坝、隧道、地下结构物、边坡与挡土结构物的安全性。本技术具有不妨碍工地施工，以及所需工作时间短暂的情况下，迅速完成况地量测，其简单且高效率的量测过程使得本技术特别适用于施工现场。

三、总结

隧道测量是工程测量最困难的一项，在很多方面因受种种因素影响而与地面测量有所不同，由于在地下施工，隧道内测量受到施工的妨碍，空气浑浊致视线不良，隧道内温度较高等因素的影响以致精度降低，所以地面上的测量精度务必保证，即以地面高精度的控制作为基础，引测至隧道内。本文针对隧道测量技术分别阐述了测量技术，即手动测量法和自动测量法，为以后的实际工作提供了理论依据。

参考文献：

[1]李哲伟.油气管道穿越工程隧道施工测量技术探索[J].石油天然气学报.2012 年第11 期

[2]王永海. 隧道工程测量中全站仪水平收敛技术的应用[J].建筑知识：学术刊.2012 年第B10 期

[3]张小娣.隧道施工贯通控制测量与贯通误差剖析[J].陕西水利.2012 年第5 期