激光隧道斷面測距儀在北方輸水隧洞中的應用

唐樹新

(遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003)

激光隧道斷面測距儀可以廣泛應用于各種工程檢測，尤其是測量隧洞超欠挖施工過程中，設備重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確，可以更好的控制工程施工。

1 工作原理

激光隧道斷面測距儀，是利用激光對目標的距離進行準確測定的儀器[1]。測距儀在工作時向目標射出一束激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。

該儀器是建立在無合作目標激光測距技術和精密數字測角技術之上。極坐標測量法與計算機技術緊密相結合，加專門設計的圖像處理軟件，能迅速得到隧道斷面圖并與設計圖進行對比，可以快速給出檢測報告等文件[2- 3]。由于采用大容量的內存，儀器在現(xiàn)場無須使用計算機，即可檢測記錄約一百多組斷面數據。

2 用途及優(yōu)勢

激光隧道斷面測距儀用于隧道施工過程開挖斷面檢測、工程限界驗收檢測以及隧道形變檢測等。如正在開發(fā)的公路、鐵路路基土石方快速測算，橋梁靜載測試，護坡?lián)跬翂Φ尿炇諜z測等工作。

儀器重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確，測量一個斷面的時間約兩三分鐘；檢測工作半徑在0.2～60m；其誤差僅為其它光學測距儀的五分之一到數百分之一，測距的精度在±1mm；測角的精度在6′；在測量斷面時最多可以測量采集150個點。

3 對現(xiàn)場及設備要求

激光隧道斷面測距儀可在基本清潔條件下使用，也可在粉塵煙霧條件下使用，但要盡量保證現(xiàn)場無其他機型設備作業(yè)引起震動對設備檢測的影響；工作溫度范圍在-10～+45℃間，濕度條件≤85%。

在實際檢測過程中，儀器要保證自檢功能正常，顯示屏出現(xiàn)自檢信息，保證激光器的光點不畫圈，保證儀器在自動及手動狀態(tài)下可以正常工作。

4 斷面測量的檢測方法

首先，選擇所測隧洞斷面，找到地面標志點，盡量使得三腳架的中心對準正下方地面標志點，在測量斷面前，隧道已用經緯儀或全站儀放了點，將儀器放在三腳架的頂上，旋緊固定螺釘，儀器安裝完畢。

隨后，打儀器開關，儀器開始自檢，自動進入主菜單，進入“脫機模式”后，激光器點亮，且儀器自動轉動到激光指向垂直于地面方向停住不動。仔細移動儀器在三腳架上面的位置，同時觀察圓水準的位置，必要時隨時調整三角架的位置，使激光照在地面上位置正好與中心標志點相重合，此時可以對所選斷面進行檢測。

表1 各樁號斷面激光隧道斷面檢測儀法檢測結果

注：偏差為正時，表示檢測值大于設計值；偏差為負時，表示檢測值小于設計值。

表2 各樁號斷面激光隧道斷面檢測儀法檢測結果

注：1.斷面尺寸L1和L2所代表的意義見圖3；2.偏差為正時，表示檢測值大于設計值；偏差為負時，表示檢測值小于設計值。

5 斷面現(xiàn)場驗證測試

根據現(xiàn)行規(guī)范[4- 5]要求，通過對遼寧某工程隧洞噴射混凝土及模筑混凝土現(xiàn)場的對比，采用BJSD- 2F型激光隧道斷面測距儀對其中的四個斷面進行現(xiàn)場數據采集驗證工作。

將采集到的四組數據進行電腦程序解析，得到結果如圖1～5所示。然后將四個斷面的設計與實際現(xiàn)場測量斷面進行對比，并進行誤差分析，驗證噴射混凝土斷面2個，斷面樁號分別為0+481和0+181，檢測結果見表1。

圖1 樁號0+481噴射混凝土斷面激光掃描圖

圖2 樁號0+181噴射混凝土斷面激光掃描圖

由表1和圖1、2可知，所測2個噴射混凝土斷面中，超欠挖面積分別為1.233m2、1.527m2和0.681m2、0.525m2，斷面面積的偏差為0.553m2、1.002m2。

驗證模筑混凝土襯砌斷面2個，斷面樁號分別為0+0540+154。所測2個斷面中，L1檢測值均小于設計值，L2檢測值均大于設計值，2個斷面面積檢測值小于設計值。檢測結果見表2。

圖3 模筑混凝土襯砌斷面示意圖

圖4 樁號0+054模筑混凝土襯砌斷面激光掃描圖

圖5 樁號0+154模筑混凝土襯砌斷面激光掃描圖

由表2和圖4、5可知，所測2個模筑混凝土襯砌斷面中，尺寸L1和L2的偏差分別為-0.128m、-0.137m和0.021m、0.032m，斷面面積的偏差為-0.025m2、0.003m2。

6 結語

通過使用BJSD- 2F型激光隧道斷面測距儀對現(xiàn)場斷面進行數據驗證測試，精度和適用范圍可以達到工程要求，測試結果可靠。

在實際操作過程中，由于儀器在測量過程中需要架設在腳架上，設備測量方位角范圍有限，為30°～330°這是此次的存在不足。

[1] 羅杰華, 寧健. 隧道襯砌技術在水利工程中的應用[J]. 水利技術監(jiān)督, 2015(01).

[2] 李兵. 激光測量技術在大型隧洞開挖測量中的應用[J]. 水電站設計, 2012(12).

[3] 孫洪凱, 祁海燕, 潘旭, 等. TBM在隧洞不良地質條件下的施工技術[J]. 水利規(guī)劃與設計, 2015(06).

[4] 楊照明, 張金承, 周垂富. 小斷面長距離引水隧洞的施工設計[J]. 水利規(guī)劃與設計, 2011(01).

[5] 趙子杰, 劉燁華. 盾構法輸水隧洞設計與施工探討[J]. 水利規(guī)劃與設計, 2013(03).

[6] 沈建江, 沙勝玉, 劉彬. 隧洞開挖斷面檢測方法[J]. 黑龍江水利科技, 2000(06).

[7] 樸春紅. 大伙房水庫輸水隧洞施工模式探討[J]. 水利規(guī)劃與設計, 2016(11).

[8] 岳榮花, 葛建鈺, 段偉. 地鐵隧道長期收斂測量方法研究[J]. 現(xiàn)代測繪, 2015(11).

[9] 李長明. 隧道斷面測量儀中的激光測距[J]. 探礦工程, 1999(11).

[10] 賈曉堂. 三維激光掃描儀測量隧洞的關鍵技術[J]. 東北水利水電, 2017(03).