全站仪免棱镜技术在隧道测量中的应用

【摘要】：通过全站仪在隧道施工测量现场的应用，详细总结了免棱镜测距技术在在隧道开挖和衬砌中具体使用方法和技巧，能有效地提高放样和检查的速度，为工程施工提供数据基础，减少并及时避免超欠挖，为工程顺利完成提供基础保证。

【关键词】：全站仪 免棱镜测距技术 隧道施工测量

Abstract: by total station measurements in the tunnel construction site of the application, a detailed summary of the specific methods and techniques without Prism in the tunnel excavation and lining, which can effectively improve the speed of the stakeout and inspection for the project provide the data base construction, to reduce and in time to avoid Over excavation provide a basis to ensure the successful completion of the project.

Keywords: Total Station, without Prism technology, Tunnel Construction Survey

中图分类号：U45文献标识码： A 文章编号：

一、工程概况

青岛胶州湾海底隧道位于青岛东部，连接团岛和黄岛，隧道工程总长6.17km，其中跨海域段3.95km，设计采用三孔隧道方式，两侧为行车隧道各设3车道，中孔为服务隧道，行车隧道建筑内轮廓净宽约13.5米，净高约11米，隧道最大纵坡为4%，最深处位于海平面下约42米. 其中III～Ⅴ类围岩占全段的60%，围岩地质条件差，成为该隧道施工的难点。隧道施工中掘进放样、开挖后断面测量及围岩监测等测量任务重，尤其是超欠挖所带来的经济损失更是不容忽视。目前在隧道施工中,普遍都存在着严重的超欠挖现象。隧道超欠挖控制测量主要在两个方面:①掘进掌子面断面放样;②断面测量。掘进掌子面断面测量,直接影响到断面的超欠挖。当出现欠挖时,会影响到初期支护拱架的架设,钢拱架不能架立到设计位置,必须进行补炮,这样一来既浪费了炸药,人工工费,还极易使欠挖变超挖。超挖后工程量无形中增大,喷射混凝土量,出渣量,也会随之增大,严重超挖时可影响隧道结构稳定性,以及施工中的安全等问题。所以基于以上几点原因,我们应该深刻认识到隧道超欠挖测量的重要性。对此，选择应用徕卡 TCRM101型全站仪来进行开挖放样、断面测量及围岩净空位移量测等主要日常测量工作。徕卡TCRM101型全站仪，测角精度为1.5″,测距精度为2+2ppm，免棱镜测量标称距离为250m。

二、免棱镜测距技术的应用

免棱镜测距技术，通过辐射测量极坐标的方式，能够准确、快速地完成隧道掘进放样、断面测量。在隧道施工测量中有着不可替代的优势。

1、免棱镜测距技术应用于隧道测量的特点

免棱镜测距技术应用于隧道测量有如下优点:

（1）测量速度快

掘进放样、断面测量、围岩净空位移量测等每一断面均可在几分钟内完成。

（2）准确

一是测设定点精度准确。其精度可依工程所需而定，可达几毫米的精度，完全可满足隧道施工的需要。二是固定性。程序编制时要求仪器自动寻找断面上相同的点（即虽掌子面里程不同，但所放样各点在隧道纵向上相对于隧道中线、轨面的位置固定），且各点在开挖轮廓线上间距一致，这为钻眼爆破带来极大便利——测点即是炮眼，炮眼间距固定。每茬炮钻眼在断面同一位置，为钻眼角度提供很好的参考方向，使整个隧道炮眼顺直，进一步减少超欠挖，减少安全质量隐患。同理，如有必要，也可将需要的爆破设计炮眼位置准确放样出来，如掏槽眼等，为提高爆破效果提供技术援助。

（3）设站灵活

因为仪器可用距离后方交会设站，这就给测量带来很大灵活性，可以在不同的现场条件下选择最佳位置设站，减少其它工序对测量的干扰，反之也减少了测量对其它工序的干扰。在某些人力设备不能到达的或危险的地方，只要满足测程与通视两个条件就可完成测量任务，减少测量对其它机械设备（如脚手架，升降机等）的依赖。因全站仪采用极坐标的方式进行放样，加上其自动化程度较高，一般即需二人即可完成作业任务。

（4）与其它工序平行作业

传统开挖轮廓线放样一般在出碴完后进行，往往占用数十分钟的时间，而采用全站仪放样，尤其是通风效果好时，可将仪器安置在边墙附近，装碴的同时便可完成碴堆以上开挖轮廓线放样与坑道断面扫描，装碴完成后抢用其它工序准备工作的几分钟完成剩余测量工作。或装碴快完成时，边装碴边测量，实现零分钟测量。

（5）适应性强

因全站仪是以极坐标方式来测量坑道上的点的坐标，而设计坑道上任何点都有自身的解析坐标，从测量的观点与隧道解析观点来看，也就不再存在曲线隧道、曲墙断面放样、工作面不规则等种种不便，使各式各样的线路走向、断面形状问题统一化为极坐标与隧道解析的问题。我们关心的是如何去准确测量点的三维坐标，在程序中如何描述线路、断面设计参数，让计算机去关心具体一个点位于曲线与直线、直墙与曲墙的问题。

2、掘进掌子面断面放样

放样前，先将隧道设计参数如已知点坐标及高程、纵坡参数、开挖断面形状等通过放样程序输入仪器内存卡上。放样时仪器可置于导线点或利用自由测站、后方交会程序完成设站工作，包括设置测站点三维坐标、仪器高、方位角。为使仪器与掌子面距离不至于太远，仪器一般不直接安置于导线点上，而通常采用而通常采用后方交会方式来完成仪器的设站工作。个别临时后视点可埋设在边墙上，但须注意检查其稳定性。

仪器建站后，首先瞄准掌子面（仅用激光点对准）测出掌子面至仪器站的距离，仪器计算出掌子面的里程，根据里程及有关输入的参数定位掌子面开挖断面，而后开始进行开挖轮廓线上点的测设。放样点可按设置间距从左到右或从右到左等顺序测设，最后测设中心线位置。当红色激光指向第一个点位确定后，点上红油漆就完成一个点位的放样工作，而后转向下一个点，依此类推放样完所有的点。

当掌子面不平时，应增加每个点位的测量次数，对于反射条件不好的点位要借助反射片，仪器每测一次得所测点位的三维坐标，都能借助程序自动计算出激光点离设计轮廓的偏移值，若偏移值在允许偏差范围内，激光点处位置即可认为是开挖轮廓线上的点，否则重测。 利用此程序还可以放样出掌子面每一个炮孔的设计位置。

3、断面测量

徕卡TCRM101型全站仪机内配置有断面测量的程序。一个断面测量程序是将仪器安置在所测断面垂直面内，可用后方交会、自由测站或已知站点设站，确定仪器的三维坐标及设置方位角，然后启动断面测量程序，设置好有关参数后，仪器在马达的驱动下照准布于隧道轴线法线的竖直平面旋转一周，同时按设置间隔距离测取仪器到各测点的距离及角度，并存储于仪器内存卡上，即完成一个断面的外业测量工作；另一断面测量程序是仪器不一定安置在所测断面垂直面内，建站工作同前，可测取仪器免棱镜测程内的所有需测的断面。此方法优点在于不用频繁搬动仪器，可测取任一需测断面，但开挖后的断面表面凹凸不平，断面每个点位的测取需重复多次。对衬砌后轮廓规则的断面此法测量速度将大大快于前一种方法。我们一般选用第二种测量方法。将不同断面的外业测量记录输入装有相应断面测量后处理软件的计算机，计算机经过分析、计算与理论断面比较等处理过程，最后输出实测及理论断面比较图形、断面面积、超、欠挖面积等有关参数，方便快捷。

结束语：免棱镜测距的出现，使传统隧道工程测量不易、不能解决的问题得到很好的解决。准确、快速、灵活的测量，为施工决策提供数据基础，减少浪费，避免返工，为整个工程安全、优质、高效的施工提供了基础保证。

参考文献

［1］青岛国信实业有限公司，胶州湾隧道施工技术规范［Z］. 2007年8月

[2]林海剑，索朝军一全站仪无棱镜测距技术在东秦岭特长隧道施工中的应用「J].铁道标准设计，2002,44(11).

作者简介：高少鹏(1985-),男,2008年7月毕业于长安大学地质工程专业,本科，助理工程师,2008年7月～2010年7月，任在青岛胶州湾海底隧道施工技术员，2010年7月至现在，任青岛地铁土建07标项目部技术主管,主要从事地下工程与隧道工程施工