摘要： 運用全站儀免棱鏡測距技術在隧道施工測量中進行開挖放樣、斷面測量的測量方法。

　　關鍵詞： 全站儀,免棱鏡,隧道測量

　　1 前言

　　全站儀以其高度自動化和準確快捷的定位功能在目前工程測量工具上確立了其統治地位。許多新技術運用到全站儀的制造和使用當中，如無反射棱鏡測距、目標自動識別與瞄準、動態目標自動跟蹤、無線遙控、用戶編程、聯機控制等。在隧道控制測量中，全站儀業已普及，但以其作為隧道施工測量的測量工具并不多見。新建隧道施工中的最主要工序，如掘進掌子面開挖放樣、斷面測量等，與工程的經濟效益、安全質量有著根本的聯系。免棱鏡測距技術的應用，通過輻射測量極坐標的方式，能夠準確、快速地完成隧道掌子面開挖放樣、斷面測量等主要施工測量工作，全部測量內業利用計算機自動處理，為隧道施工測量帶來技術革命，為整個工程節約時間、減少投資。本文以重慶虎頭巖隧道施工為例，運用全站儀免棱鏡測距這一新興技術來進行隧道開挖放樣、斷面測量等隧道施工日常測量工作。

　　2 工程概況

　　重慶虎頭巖隧道工程位于渝中區化龍橋段，屬于高九路-嘉華大橋華村連接段工程。設計為4車道雙洞單向行駛隧道，上行線隧道全長728米;下行線隧道全長795米，由于隧道大部分的圍巖類別為IV類，巖層類別較差，成為該隧道施工的難點。隧道施工中掘進放樣、開挖后斷面超欠挖測量等測量任務重，尤其是超欠挖所帶來的經濟損失更是不容忽視。對此，選擇徠卡TS02型免棱鏡測距全站儀來進行開挖放樣、斷面測量等主要日常測量工作。

　　3 免棱鏡測距技術的運用

　　3.1掌子面斷面放樣

　　放樣前，先將隧道設計參數如洞門點坐標及高程、縱坡參數、開挖斷面形狀等通過有關程序輸入儀器內存。放樣時儀器可置于導線點或利用自由測站、后方交會程序完成設站工作，包括設置測站點三維坐標、儀器高、方位角。為使儀器與掌子面距離不至于太遠，儀器一般不直接安置于導線點上，而通常采用后方交會方式來完成儀器的設站工作。臨時后視點可埋設在邊墻上，但須注意檢查其穩定性。

　　儀器建站后，首先瞄準掌子面(僅用激光點對準—激光與望遠鏡同軸)測出掌子面至儀器站的距離，儀器計算出掌子面的里程，根據里程及有關輸入的參數定位掌子面開挖斷面，而后開始進行開挖輪廓線上點的測設。放樣點可按設置間距從左到右、從中間向兩側等不同順序測設。當紅色激光指向第一個點位確定后，點上紅油漆就完成一個點位的放樣工作，按操作鍵儀器在馬達的驅動下轉向下一個點，依此類推放樣完所有的點。

　　當掌子面不平時，應增加每個點位的測量次數，一般設為3至6次，并給出點的允許偏差，儀器每測一次得所測點位的三維坐標并計算出激光點離設計輪廓的偏移值，將修正偏移值后重測其坐標值，重算偏移值，若偏移值在允許偏差范圍內，激光點處位置即可認為是開挖輪廓線上的點，否則重測。

　　利用此程序還可以放樣出掌子面每一個炮孔的設計位置。

　　3.2開挖斷面測量

　　徠卡TS02型全站儀機內配置有兩個程序可以進行斷面測量。一個是在所測斷面內的任一位置安設儀器，可用后方交會、自由測站或已知站點設站，確定儀器的三維坐標及設置方位角，然后啟動斷面測量程序，設置好有關參數后，儀器在司服馬達的驅動下照準布于隧道軸線法線的豎直平面旋轉一周，同時按設置間隔距離測取儀器到各測點的距離及角度，并存儲于儀器內存或PC卡上，即完成一個斷面的外業測量工作;另一斷面測量程序是儀器不一定安置在所測斷面垂直面內，建站工作同前，可測取儀器免棱鏡測程內的所有需測的斷面。此方法優點在于不用頻繁搬動儀器，可測取任一需測斷面，但開挖后的斷面表面凹凸不平，斷面每個點位的測取需重復多次。對襯砌后輪廓規則的斷面此法測量速度將大大快于前一種方法。

　　將不同斷面的外業測量記錄輸入裝有相應斷面測量后處理軟件的計算機，計算機經過分析、計算與理論斷面比較等處理過程，最后輸出實測及理論斷面比較圖形、斷面面積、超、欠挖面積等有關參數。

　　4 結論

　　免棱鏡測距技術應用于隧道測量有如下優點:

　　(1)測量速度快

　　掘進放樣、斷面超欠挖測量等每一斷面均可在幾分鐘內完成。

　　(2)準確

　　一是測設定點精度準確。其精度可依工程所需而定，可達幾毫米的精度。二是固定性。程序編制時要求儀器自動尋找斷面上相同的點(即雖掌子面里程不同，但所放樣各點在隧道縱向上相對于隧道中線、軌面的位置固定)，且各點在開挖輪廓線上間距一致，這為鉆眼爆破帶來極大便利——測點即是炮眼，炮眼間距固定。每茬炮鉆眼在斷面同一位置，為鉆眼角度提供很好的參考方向，使整個隧道炮眼順直，進一步減少超欠挖，減少安全質量隱患。同理，如有必要，也可將需要的爆破設計炮眼位置準確放樣出來，如掏槽眼等，為提高爆破效果提供技術援助。

　　(3)設站靈活

　　因為儀器可用距離后方交會設站，這就給測量帶來很大靈活性，可以在不同的現場條件下選擇最佳位置設站，減少其它工序對測量的干擾，反之也減少了測量對其它工序的干擾。在某些人力設備不能到達的或危險的地方，只要滿足測程與通視兩個條件就可完成測量任務，減少測量對其它機械設備(如腳手架，升降機等)的依賴。因全站儀采用極坐標的方式進行放樣，加上其自動化程度較高，一般即需二人即可完成作業任務。

　　(4)與其它工序平行作業

　　傳統開挖輪廓線放樣一般在出碴完后進行，往往占用數十分鐘的時間，而采用全站儀放樣，尤其是通風效果好時，可將儀器安置在邊墻附近，裝碴的同時便可完成碴堆以上開挖輪廓線放樣與坑道斷面掃描，裝碴完成后搶用其它工序準備工作的幾分鐘完成剩余測量工作。或裝碴快完成時，邊裝碴邊測量，實現零分鐘測量。

　　(5)適應性強

　　因全站儀是以極坐標方式來測量坑道上的點的坐標，而設計坑道上任何點都有自身的解析坐標，從測量的觀點與隧道解析觀點來看，也就不再存在曲線隧道、曲墻斷面放樣、工作面不規則等種種不便，使各式各樣的線路走向、斷面形狀問題統一化為極坐標與隧道解析的問題。我們關心的是如何去準確測量點的三維坐標，在程序中如何描述線路、斷面設計參數，讓計算機去關心具體一個點位于曲線與直線、直墻與曲墻的問題。

　　總之，免棱鏡測距的出現，使傳統隧道工程測量不易、不能解決的問題得到很好的解決。準確、快速、靈活的測量，有望建立隧道表面數字模型，準確快速繪制任意里程斷面圖，為施工決策提供數據基礎，減少浪費，減少返工，為整個工程提供基礎保證。雖然目前此類功能齊全(無棱鏡測距，司服馬達等)的全站儀價格一般偏高，但綜合整個工程來考慮，還是減少了工程造價。隨著長測程無棱鏡測距硬件的進一步完善，入世后硬件價格的下降，計算機技術人員的積極參與其中，開發出完備的軟件系統，這一技術將在隧道施工放樣中得到普及，取代傳統的斷面放樣、斷面測量等，特別是長大隧道更應將其作為首選測量工具

　　5 參考文獻

　　公路隧道施工技術規范(JTGF60—2009)

　　公路隧道設計規范(JTG D70-2004)

　　高九路虎頭巖隧道施工圖