城市軌道交通工程隧道結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量技術(shù)方法的實(shí)踐與探索

王思鍇

(北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100101)

城市軌道交通工程隧道結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量技術(shù)方法的實(shí)踐與探索

王思鍇?

(北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100101)

城市軌道交通工程隧道結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量，是驗(yàn)證土建施工后結(jié)構(gòu)斷面尺寸和有效凈空能否滿足設(shè)計(jì)要求所進(jìn)行的測(cè)量工作。城市軌道交通工程隧道結(jié)構(gòu)斷面形式多樣、測(cè)量點(diǎn)多，要求精度高，其施測(cè)方法多種多樣，但都有其自身的缺點(diǎn)和局限性。本文以我院在北京、西安、天津、杭州等城市軌道交通工程隧道斷面測(cè)量工作的實(shí)際測(cè)量作業(yè)為背景，介紹了一種利用全站儀結(jié)合VBA程序設(shè)計(jì)擬合斷面測(cè)量的方法。

城市軌道交通；斷面測(cè)量；VBA程序設(shè)計(jì)；擬合

1 引 言

城市軌道交通工程隧道結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量，是驗(yàn)證土建施工后隧道結(jié)構(gòu)斷面尺寸和有效凈空能否滿足設(shè)計(jì)要求所進(jìn)行的測(cè)量工作。由于城市軌道交通工程量較大，為節(jié)省施工造價(jià)，設(shè)計(jì)預(yù)留的結(jié)構(gòu)限界安全裕量比較小，加之軌道交通工程施工難度大，施工時(shí)采取了多種手段提高施工質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)限界滿足設(shè)計(jì)的要求，確保設(shè)備限界和運(yùn)營(yíng)行車限界的安全可靠。斷面測(cè)量是根據(jù)調(diào)整后的線路中線點(diǎn)，測(cè)量結(jié)構(gòu)斷面的相關(guān)尺寸，確定結(jié)構(gòu)施工是否滿足限界要求。

城市軌道交通工程斷面測(cè)量要求精度高、施測(cè)密度大，其施測(cè)方法多樣，但都有其自身的缺點(diǎn)和局限性，因此，尋求一種既能加快內(nèi)、外業(yè)工作的作業(yè)進(jìn)度，又能滿足現(xiàn)時(shí)測(cè)量工作條件的方法，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本文以我院在北京、西安、天津、杭州等城市軌道交通工程隧道的斷面測(cè)量工作的實(shí)際測(cè)量作業(yè)為背景，介紹了一種利用全站儀結(jié)合VBA程序設(shè)計(jì)擬合斷面測(cè)量的方法。

2 城市軌道交通工程隧道斷面測(cè)量的特點(diǎn)

目前，我國(guó)城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)斷面形式有圓形、馬蹄形、矩形等形式，線路有單洞單線、單洞雙線。隧道結(jié)構(gòu)斷面的大小形狀，特別是隧道上部的兩個(gè)拱角與地鐵列車運(yùn)行密切相關(guān)。地鐵隧道結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量具有以下特點(diǎn):

(1)結(jié)構(gòu)斷面較為規(guī)則但形式多樣，斷面空間大，測(cè)量難度大；

(2)對(duì)斷面待測(cè)點(diǎn)的位置有特殊要求，斷面測(cè)量點(diǎn)多；

(3)斷面待測(cè)點(diǎn)立尺(或立棱鏡)困難，有的點(diǎn)位甚至無(wú)法立尺或立棱鏡；

(4)洞內(nèi)亮度不夠，測(cè)量環(huán)境惡劣，煙霧灰塵較大；

(5)斷面測(cè)量要求精度高、施測(cè)密度大。

3 全站儀結(jié)合VBA程序設(shè)計(jì)擬合斷面測(cè)量方法

3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

在進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集之前，先根據(jù)設(shè)計(jì)資料確定需要采集的斷面里程，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)斷面中線點(diǎn)坐標(biāo)及軌面高。

圖1 斷面測(cè)量示意圖

如圖1所示，架置儀器于隧道(或車站)線路中線上任意點(diǎn)M上，后視另一中線點(diǎn)N，然后測(cè)量隧道(或車站)斷面內(nèi)輪廓線的特征點(diǎn)在法截面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，如E點(diǎn)的直角坐標(biāo)(T，H)，轉(zhuǎn)動(dòng)儀器依次測(cè)量A、B、C、D、E、F、G、N等斷面特征點(diǎn)，并將斷面測(cè)量點(diǎn)的信息(包括斷面里程或斷面號(hào)、斷面測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo))存入儀器存儲(chǔ)卡，完成一個(gè)橫斷面的測(cè)量。

3.2 斷面測(cè)量數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)計(jì)算

外業(yè)完成后，將斷面測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表格，并輸入相應(yīng)的斷面里程、中線坐標(biāo)及軌面高，利用Excel的計(jì)算功能計(jì)算出軌面中心與對(duì)應(yīng)斷面采集點(diǎn)的平距差(△XY即法距)和高程(H)。

3.3 斷面CAD成圖

(1)成圖原則

由于設(shè)計(jì)只需要線路中心的頂點(diǎn)和底點(diǎn)高程，隧道側(cè)面要素點(diǎn)只需要偏距，以軌面中心為原點(diǎn)，橫坐標(biāo)任意賦值，縱坐標(biāo)以設(shè)計(jì)高賦值，將對(duì)應(yīng)斷面采集點(diǎn)的平距差(△XY)和高程(H)作為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)在CAD里將三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成二維坐標(biāo)進(jìn)行展點(diǎn)，然后擬合成閉合曲線，形成斷面圖，由于在外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)，我們使用棱鏡貼在結(jié)構(gòu)壁上觀測(cè)，程序設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮棱鏡半徑，將斷面圖外擴(kuò)棱鏡半徑的寬度(使用免棱鏡測(cè)距全站儀不需要考慮)，以使生成的斷面圖更加符合實(shí)際。在斷面圖上就可以采集設(shè)計(jì)要求的要素點(diǎn)量取偏距和高程。

(2)VBA程序設(shè)計(jì)

Visual Basic for Applications(簡(jiǎn)稱VBA)是新一代標(biāo)準(zhǔn)宏語(yǔ)言，是基于Visual Basic for Windows發(fā)展而來(lái)的，它可以使常用的程序自動(dòng)化，并可以創(chuàng)建自定義的解決方案。

圖2 VBA斷面擬合程序流程圖

VBA被集成到AutoCAD中，VBA和AutoCAD中強(qiáng)大的ActiveX自動(dòng)化對(duì)象模型的結(jié)合，代表了一種新型的定制AutoCAD的模式構(gòu)架。通過(guò)VBA，可以操作utoCAD 2004，控制ActivcX和其他一些應(yīng)用程序，使之相互之間發(fā)生互易活動(dòng)。利用AutoCAD集成的VBA進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，程序流程圖如圖2所示。

(3)AutoCAD生成斷面圖

打開(kāi)AutoCAD后加載VBA斷面程序和在Excel里編輯好的斷面數(shù)據(jù)，就能自動(dòng)生成斷面圖，斷面圖標(biāo)注了斷面里程號(hào)及軌面中心，軌面中心的高程為實(shí)際高程，我們可以根據(jù)設(shè)計(jì)提供的高度圖解測(cè)量側(cè)面點(diǎn)的法距和線路中心的頂點(diǎn)和底點(diǎn)高。

4 工程實(shí)例

在北京地鐵5號(hào)線的隧道凈空斷面測(cè)量中，采用全站儀結(jié)合VBA程序設(shè)計(jì)擬合斷面測(cè)量的方法進(jìn)行了凈空斷面測(cè)量，矩形和圓形斷面的特征點(diǎn)采集比較簡(jiǎn)單，下面以馬蹄形斷面為例進(jìn)行說(shuō)明:

首先根據(jù)馬蹄形隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定如圖3所示斷面特征采集點(diǎn)，將全站儀里采集后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)的Excel表格進(jìn)行計(jì)算里程和法距，如表1所示。

然后手工編輯生成如表2所示的格式文件。

斷面數(shù)據(jù)計(jì)算表 表1

斷面數(shù)據(jù)格式表 表2

圖3 馬蹄形隧道測(cè)量特征點(diǎn)

圖4 擬合成的斷面圖

打開(kāi)AutoCAD，加載成圖程序，導(dǎo)入CAD數(shù)據(jù)文件，生成相應(yīng)斷面圖，如圖4所示。

圖4中標(biāo)注的十字中心為設(shè)計(jì)軌面與線路中心的交點(diǎn)(即軌面中心)，斷面繪制中，以實(shí)際高程為縱坐標(biāo)，因此延長(zhǎng)軌面中心豎線與斷面交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為頂點(diǎn)和底點(diǎn)的高，在CAD中可根據(jù)設(shè)計(jì)要求測(cè)量對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)高度的法距。依圖5的設(shè)計(jì)要求得出此斷面的實(shí)際斷面與設(shè)計(jì)較差如表3所示。

圖5 設(shè)計(jì)要求的斷面測(cè)量圖

實(shí)際測(cè)量與設(shè)計(jì)差值表 表3

從表3中可以看出，在擬合的斷面圖中量取的實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值符合性較好，斷面凈空滿足設(shè)計(jì)線路的要求。

在上述方法中，由于不同設(shè)計(jì)單位在斷面數(shù)據(jù)要求上各有不同，利用VBA設(shè)計(jì)時(shí)只考慮到通用的斷面圖階段，后續(xù)工作是根據(jù)設(shè)計(jì)的不同要求在斷面圖上采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在生成斷面圖時(shí)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)示相應(yīng)的線劃，同時(shí)在VBA程序中，利用Excel提取AutoCAD斷面圖中設(shè)計(jì)要求的要素點(diǎn)屬性信息。程序設(shè)計(jì)中還考慮了斷面的循環(huán)生成，只需要在數(shù)據(jù)文件中按照指定格式編輯多個(gè)斷面數(shù)據(jù)，就可以批量生成斷面圖，實(shí)現(xiàn)凈空斷面測(cè)量成果的全自動(dòng)化處理，提高工作效率。

5 結(jié) 語(yǔ)

隧道斷面的測(cè)量方法很多，相對(duì)于其他的測(cè)量方法，全站儀結(jié)合VBA程序設(shè)計(jì)擬合斷面測(cè)量方法具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)外業(yè)數(shù)據(jù)采集較快，常規(guī)逐點(diǎn)測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，斷面儀測(cè)量需要先放樣所有斷面中心，而激光掃描較快，但是成本較高。

(2)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理可以利用比較大眾化的軟件批量生成，方便快捷。

(3)全站儀以及以上所用軟件是測(cè)量單位的常規(guī)配備，操作的普遍性比較強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)。

上述全站儀結(jié)合VBA程序設(shè)計(jì)擬合斷面測(cè)量的方法，我單位在北京、西安、天津、杭州等地鐵隧道的斷面測(cè)量中已得到了廣泛應(yīng)用。

[1] 馬全明.伊朗德黑蘭地鐵一、二號(hào)線工程斷面測(cè)量的技術(shù)方法.中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)工程測(cè)量分會(huì)《現(xiàn)代工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討交流會(huì)論文集》，2005

[2] 張亮，魏蘋(píng)，馬海志.Excel提取AutoCAD圖形屬性信息的實(shí)現(xiàn)[J].北京測(cè)繪，2008增刊

[3] 秦長(zhǎng)利.城市軌道交通工程測(cè)量[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008

[4] GB50308－2008.城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S].

Practical Exploration of Tunnel Structure Cross Section Measurement for Urban Rail Transit Engineering

Wang SiKai
(Beijing Urban Construction Exploration＆Surveying Design Research Institute Co.，Ltd.Beijing 100101，China)

The structure cross section measurement of Urban transit engieering is necessary work to verify that if the structure section size and the effective clearance after the civil construction can meet design requirements.Tunnel structure is various informative，which requires high precision and lots of measuring points.But all survey methods have their own shortcomings and limitations.With Xi'an，Tianjin，Hangzhou and other urban rail transit tunnel cross－section measurements as the background，the paper introuduces a method of using total station measurement combined with VBA programming fitting.

urban rail transit；cross section measurement；VBA programming；fitting

1672－8262(2011)01－130－03

P258

B

2010—08—03

王思鍇(1978—)，男，工程師，主要從事城市軌道交通工程測(cè)量工作。