隧道全斷面綜合測量方法研究

陳中華 郭敏帥 李華松

摘 要 在隧道工程建設(shè)中，全斷面施工的質(zhì)量控制必須依靠測量技術(shù)，通過精準的測量確定隧道周邊穩(wěn)定性和整體環(huán)境的安全系數(shù)，但是傳統(tǒng)的隧道測量方法存在操作相對復(fù)雜，測量結(jié)果存在一定的片面性，測量的精準度不夠等問題，由此對于高標準和高要求的現(xiàn)代工程略顯不符。本文從成都市軌道交通6號線三期隧道工程的實際情況出發(fā)，列舉了斷面測量的基礎(chǔ)方法，并對綜合測量方法的基本原理進行了解析，強調(diào)了測量方法的實踐要領(lǐng)。

關(guān)鍵詞 隧道斷面;斷面測量;綜合測量

1綜合測量方法的基本原理解析

隧道全斷面綜合測量方法，是基于隧道全斷面的實際測量難題而提出的，因為傳統(tǒng)的測量方法或單一的新型測量方法，在內(nèi)業(yè)和外業(yè)配合上存在一定的局限性，由此所獲得的測量結(jié)果存在不足，或者是測量時間過長，導(dǎo)致測量工作不能取得預(yù)期效果。綜合測量的實質(zhì)，便是根據(jù)隧道工程的實際情況，在測量時考慮各種技術(shù)對測量結(jié)果的優(yōu)化效果，從而適當?shù)卦黾硬煌夹g(shù)在測量時的運用概率，實現(xiàn)技術(shù)互補、提高工作效率。綜合測量方法的基本原則是數(shù)據(jù)的精準性和搜集的效率性。為了減少測量時的工作量，必然需要對隧道內(nèi)輪廓進行單次較大范圍甚至一次性數(shù)據(jù)搜集，此時需要面對隧道表面粗糙或各種其他設(shè)備、材料的干擾問題，采集數(shù)據(jù)雖然在后期會進行修正處理，但一手數(shù)據(jù)必須要更加詳盡，此時必然需要優(yōu)化搜集形式，增加數(shù)據(jù)搜集量。為保證基本數(shù)據(jù)精準度和較少的搜集耗時和測量成本，則考慮以某種測量技術(shù)為主，選擇輔助性的測量技術(shù)作為性能升級要件，對數(shù)據(jù)的搜集、整理、分析等環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，最大程度消除單一測量技術(shù)的弊端，本文所選擇的方法主要是三維激光掃描技術(shù)與全站儀測量技術(shù)的綜合運用[1]。

2綜合測量的基礎(chǔ)方法

2.1 全站儀測量

全站儀是傳統(tǒng)測量技術(shù)中的重要內(nèi)容之一，也是多項其他新型測量技術(shù)及綜合測量技術(shù)的基礎(chǔ)。使用具備高精度的全站儀對目標區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集，或搭配專門的測量軟件完成數(shù)據(jù)自動搜集，所獲取的原始數(shù)據(jù)經(jīng)處理系統(tǒng)進行適度修正后形成數(shù)據(jù)包，再由后續(xù)分析系統(tǒng)完成分析并形成測量報告。因此，全站儀可以僅作為一種數(shù)據(jù)采集手段而存在，所獲取的數(shù)據(jù)即可以直接進行分析，也可以作為其他測量方法中數(shù)據(jù)的參考系。

2.2 三維激光掃描測量

三維激光掃描在測繪領(lǐng)域的使用較為廣泛，相較于GPS等測量技術(shù)具有更高的精準度，不同于傳統(tǒng)測量技術(shù)中的單點測量方法，通過對物體表面進行大幅度、高頻次的掃描，讀取隧道表面的三維點數(shù)據(jù)信息，由海量的點位數(shù)據(jù)直接獲得面的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)大面積精準測量。由于使用到了激光掃描技術(shù)，能夠快速獲取目標三維信息，因此降低了測量難度。因此三維激光掃描測量技術(shù)具有數(shù)據(jù)搜集快、精度高、遠距離測量、數(shù)據(jù)可靠性高、信息內(nèi)容多樣化等特點。在實踐中，首先采用三維激光掃描設(shè)備對隧道進行數(shù)據(jù)搜集，獲取的三維點位回傳后，經(jīng)過去噪、修正獲得初始數(shù)據(jù)組，并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)組進行逐步拼接，結(jié)合設(shè)計數(shù)據(jù)，對隧道的實挖輪廓進行建模，經(jīng)專業(yè)軟件的深度加工獲得隧道效果圖，最終輸出測量結(jié)果報告。

2.3 斷面儀測量

斷面儀是專門用于斷面測量的設(shè)備組件，其中包含了精密數(shù)字測角、激光測距、計算機、坐標測量等技術(shù)，利用光機電設(shè)備與外業(yè)設(shè)備共同完成測量，其中搭載了專業(yè)的控制和數(shù)據(jù)處理軟件，能夠快速地得出隧道斷面的測量曲線圖和預(yù)挖參數(shù)比對結(jié)果?；跀嗝鎯x的專業(yè)性，操作簡便且準確率較高，具有較高的應(yīng)用價值。在實施測量時，斷面儀定點于隧道軸線核心點位，對儀器進行調(diào)試，要求測量點位于隧道軸線的垂直位置，并對隧道斷面的起止角度、位置等進行預(yù)設(shè)，由內(nèi)置系統(tǒng)按照水平方向，附加相應(yīng)的角度或距離計算方式，逐步對區(qū)間內(nèi)隧道輪廓、失徑等進行定位，最后得出隧道內(nèi)輪廓數(shù)據(jù)，經(jīng)軟件進行最終計算和修正后，獲得最終圖形[2]。

3全斷面綜合測量方法實踐要領(lǐng)

3.1 方法的組成

根據(jù)目前的測量經(jīng)驗來看，三種基礎(chǔ)方法中斷面儀成本低、精度一般、自動化和信息量等程度較低，三維激光掃描綜合性能和成本最高，全站儀居中。但由于三維激光掃描技術(shù)可靠性更高，受到普遍推廣，考慮到全斷面測量時情況相對復(fù)雜，因此以全站儀配合三維激光掃描技術(shù)進行測量，而斷面儀則作為輔助性測量技術(shù)，對數(shù)據(jù)搜集困難或模糊的位置進行補充測量，或者用于獲取初始數(shù)據(jù)概樣。利用斷面綜合測量方法，在外業(yè)之前首先依照設(shè)計提供的相關(guān)線路設(shè)計圖紙，可以將整條線路的平、豎曲線參數(shù)和斷面信息輸入到全站儀斷面測量軟件之中，由程序自動生成所需格式文件，將斷面信息文件導(dǎo)入到全站儀機載程序里。外業(yè)時可通過坐標定向、后方交會等方法進行設(shè)站，輸入里程等參數(shù)后，即可開始自動測量。外業(yè)工作全部結(jié)束后，可利用程序擬合得到所測斷面中心點的準確坐標。利用輕松工程測量系統(tǒng)輔助軟件可算出所測斷面中心點處的里程、偏距以及設(shè)計軌面高等所需測量成果。

3.2 測量實踐要點

測量實踐中，隧道點云數(shù)據(jù)的處理是關(guān)鍵，主要構(gòu)成是三維坐標、激光強度、色差信息，需要經(jīng)過處理才能如實反映出隧道的具體情況。①數(shù)據(jù)配準。以三維激光掃描數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，結(jié)合全站儀和斷面儀對局部范圍的二次采集數(shù)據(jù)，對坐標系進行轉(zhuǎn)換、修正和拼接，主要是對平移向量、旋轉(zhuǎn)矩陣和原始坐標為基礎(chǔ)，綜合計算和處理后得到新的坐標。②軸線擬合。在XOY和YOZ面中納入點云數(shù)據(jù)，則中軸線最終獲取表示為：，也可以結(jié)合施工的控制坐標系和設(shè)計數(shù)據(jù)獲取斷面再進行中心點擬合，并形成中軸線結(jié)果。③斷面獲取。依據(jù)斷面的定義，選取中軸線某點D，則該點的切線與斷面在向量上是一致的，設(shè)點D處坐標為（x0，y0，z0），向量G=（A，B，C），則獲取斷面為：

4結(jié)束語

隧道全斷面測量工作的時間相對較短，且工作本身關(guān)系到整個地鐵工程建設(shè)質(zhì)量，對于后期設(shè)備安裝等環(huán)節(jié)產(chǎn)生直接的質(zhì)量與安全影響，而對全斷面進行測量時，所涉及的細節(jié)較多，各種數(shù)據(jù)相對較大，由此難以對精度進行控制，因此需要采取合適的方法縮減測量耗時，并且提高測量的質(zhì)量。

參考文獻

[1] 匡志威，楊志敏.地鐵隧道斷面測量及質(zhì)量檢查方法[J].城市勘測，2019（6）：153-157.

[2] 楊志堅.隧道結(jié)構(gòu)斷面測量方法及對比分析[J].測繪通報，2019（11）：160-162.