全站仪自由设站非接触量测技术在兰新高铁隧道监控量测中的应用

全站仪自由设站非接触量测技术在兰新高铁隧道监控量测中的应用

作者：徐文星

来源：《科技创新与应用》2016年第15期

摘 要：为了满足高铁隧道监控量测工作的要求，进行非接触测量技术体系的优化是必要的。在传统工作体系应用中，接触量测方法是常见的应用模式。这种模式具备较低的工作效率，在工作过程中，很容易导致施工过程中的问题，这种施工技术具备不稳定性，容易受到施工人员个人素质的干扰。为了满足当下高铁隧道工程体系的应用要求，必须要进行新型隧道监控量测模式的应用，从而克服传统量测方法的缺点。

关键词：隧道工程；自由设站；非接触量测；全站仪；监控量测；非接触量测 1 工程概述

在整个隧道施工体系应用中，监控量测扮演着重要的地位。通过对监控量测方案的优化，可以进行施工方法可行性及其有效的有效评价，可以进行参数信息的良好判定。可以针对围岩支护结构的受力特征、变形特征进行工作方案的优化。监控量测工作与隧道二次衬砌工作的开展密切相关。在实践过程中，监控量测工作主要是进行施工安全、施工质量、施工设计、资料健全等的确保。通过对工作设计参数的分析，可以进行有效性施工方法的提出，做好隧道工程的支护工作，保证隧道工程的信息化施工，保证隧道工程的良好施工质量及效率。

通过对隧道开挖工作的开展，可以进行地质状况及实测信息变动状况的分析，有利于进行隧道空间稳定性的分析。通过对所得的量测信息做好施工工程的反馈及其修改工作，有利于现场施工的良好开展。通过对其量测结果的分析，进一步判断围岩的稳定性及安全性，针对其所具备的信息，做好相关的安全施工工作，进行工程整体施工质量的控制，确保施工安全并保证工程施工效率。

新建兰新铁路第二双线LXS-3标段，大阳山隧道长9405m，属于特长隧道，随着掌子面的不断推进，现场监控量测工作的难度越来越大，需要的量测时间越来越长，对施工干扰也越来越大，特别是收敛量测，更是困难重重，为此，需要开发出一套快速量测系统。 2 监控量测方案的应用

隧道监控量测的方法主要包括接触法量测和非接触法量测。接触法量测，量测内容，主要量测内容为拱顶下沉量测和净空收敛量测。量测方法，拱顶下沉量测，采用钢挂尺和水准仪进行。在量测断面的拱顶埋设监控量测点，监控量测点的布置要牢固可靠，易于识别并妥善保

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护。拱顶下沉量测时，后视基准点必须埋设在稳定的基岩上，并和洞内水准点建立联系。水准仪到后视水准点和前视观测点的距离应小于50m，用水准仪进行外业观测，如图1。 净空收敛量测，传统的接触量测方法具有成本低、操作简便可靠等优点，但在现场进行测量时，容易干扰施工，在实际施工中，影响测量精度的因素是非常多的，比如测量人员自身素质因素、技术因素等。

常规的接触法量测具备诸多的工程施工缺点。首先是监控量测工作具备较大的工作规模，这间接提升了其施工难度。在工程实践中，隧道整体高度比较大、施工范围广泛，无法进行有效的拱脚、拱顶挂尺等工作的测量。由于较大的施工规模，隧道工程具备较长的量测时间，并且受到客观施工环境的影响，其受到的施工干扰性比较大。在一些规模较大的隧道工程量测中，常规的接触法量测很难缩短施工时间，也难以保证良好的量测精度。

随着时代的不断发展，非接触量测技术不断得到更新，在工程施工中，全站仪的应用不断得到普及，这有利于隧道工程测量精度的提升，有利于进行隧道工程施工效率的提升。通过对全站仪设备的应用，能够保证隧道测量工作时间、质量的控制，有利于实现围岩净空位移量测工作的要求，已经应用和正处于实验室研发阶段的非接触量测方式。

隧道工程的施工断面比较大，它具备较高的拱顶高度，如果利用水准仪进行测量，很难确保良好的施工效果。另由于在现场对隧道周边收敛点进行测量时，如果使用收敛仪进行测量，当隧道中导坑和下导坑开挖后，为使量测的数据保持连续性，应对上导坑埋设的收敛点进行观测，但由于上导坑的收敛点埋设较高，在现场观测过程中，也非常不方便，所以为有效地提高监控量测观测的效率，在现场实际操作中，需要进行非接触法测量模式的应用，保证监控量测点的良好布设，在观测过程中，需要进行相关观测站的建立，具体方法如图3、图4所示。 近年来，随着电子技术的迅速发展，全站仪在测量领域内得到了广泛的应用，全站仪的型号、精度、厂家不一，但它们的测量原理是一致的，同时影响测量误差和精度的因素是相似的。观测量的观测误差的大小对测点坐标的精确程度有很大的影响，对全站仪来说水平方向角H，竖直角V，斜距S为三个观察量，提高它们的精度，减少各自的观察中误差是必要的，所以在量测时应选择质量好、精度高的全站仪，以便提高测量结果的精度。如表1所示，几种不同型号的全站仪。

采用Leica TCRP 1201+ 全站仪，测角精度1秒，测距精度1mm+1.5ppm。进行非接触测量，完全可以满足隧道变形监测精度要求。隧道位移监测时，聘用高素质和技能的测量人员是非常必要的。测量人员责任心强、技术娴熟、细心，能够大大提高测量结果的准确度和工作效率。

为了满足隧道工程量测的应用要求，进行水平净空量测实测体系的健全是必要的。这需要针对岩石的变化情况进行分析，做好及时的跟踪量测工作。在测点安装过程中，需要进行开挖面的靠近，避免量测点的被破坏。要保证在开挖后的一天内做好测点的埋设工作。在断面水平

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的监测过程中，需要进行测点与断面水平的对应，积极做好相关量测数据信息的记录，需要进行全站仪镜面量测工作的开展，控制好不同量测的结果误差。

在洞内拱顶沉降监测工程应用中，需要在隧道内部进行水准点的埋设，按照我国的相关隧道工程测量规范，进行水准点绝对高程的量测。在拱顶监控点的布设过程中，要保证监测点位置及埋设时间的控制。做好徕卡仪器的架设工作，要采取有效方法进行量测误差的降低。通过对全站仪设备的应用，可以做好反光片与水准点的高差测量，需要做好正、倒镜的三次测回测量工作，实现对其高差值的分析。具体操作示意图如图5所示。

非接触量测的特点，全站仪自由设站非接触量测方法有以下适应性强的特点，具体如下：断面大小的适应性：适合于任何形状和大小的断面，具有广泛的适用性，特别是对于大断面隧道的位移监控量测，更能体现其测量方便性和准确性的优点。施工方法的适应性：适合于台阶法、CD法、CRD法和双侧壁导坑法等大断面隧道开挖的施工方法，通过自由设站对施工干扰小，能够及时、快速、准确的进行位移量测。

环境适应性：对隧道内的工作环境适应能力强，对隧道内的测量环境质量要求不高，特别是对于隧道内有大量灰尘的情况，通过自由设站，照准反射模片即可读取数据，采用建立绝对坐标即可实现隧道内三维位移监测。传统的接触式量测操作过程复杂、测量速度慢、施工干扰大，且应用于特长、大跨度隧道中更加困难。 3 结束语

实践证明，用全站仪进行隧道施工阶段围岩变形监测在技术上是可行的，由于为自由设站，所以进行隧道三维位移量测时，实用条件广泛，特别是对于大跨度隧道量测中具有明显优势。 参考文献

[1]TB10601-2009.高速铁路工程测量规范[S].

[2]张其云，冯守中.全站仪自由设站非接触量测技术方法研究[J].公路交通科技（应用技术版），2010（2）：15-18.