全站儀免棱鏡技術(shù)在鐵路施工測(cè)量中的應(yīng)用

■胡細(xì)華

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南婁底417000）

全站儀免棱鏡技術(shù)在鐵路施工測(cè)量中的應(yīng)用

■胡細(xì)華

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南婁底417000）

在道路隧道控制測(cè)量中，全站儀業(yè)已普及。是新建隧道施工中的最主要工序，如掘進(jìn)掌子面放樣、斷面測(cè)量等，都廣泛使用全站儀，因?yàn)闇y(cè)量場(chǎng)地的局限性，在隧道測(cè)量中廣泛應(yīng)用到免菱鏡技術(shù)。

全站儀 免菱鏡技術(shù) 鐵路施工 測(cè)量

1　全站儀免菱鏡技術(shù)概述

隨著測(cè)繪科技的不斷進(jìn)步以及道路測(cè)繪中出現(xiàn)的各種新?tīng)顩r，測(cè)繪儀器新功能不斷的出現(xiàn)。例如對(duì)于人們無(wú)法攀登的懸崖陡壁的地形測(cè)量、地下大型工程的斷面測(cè)量、建筑物的變形測(cè)量等，需要使用全站儀的免菱鏡功能才能實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確測(cè)繪的目的。現(xiàn)在全站儀的免棱鏡視距由初期幾十米發(fā)展到當(dāng)前的一千米以上。目前長(zhǎng)距離免棱鏡全站儀主要有徠卡（Leica）1200系列、拓普康GPT～3000LN系列和天寶5600系列，具有代表的長(zhǎng)距離免棱鏡全站儀是2004年瑞士徠卡公司在市場(chǎng)上推出的徠卡TPS1202全站儀，它采用激光免棱鏡測(cè)距，在視線良好的條件下，免棱鏡距可達(dá)400～500米。免棱鏡全站儀對(duì)于控制、地形和工程測(cè)量都具有重要作用，采用免棱鏡全站儀測(cè)量可以大大節(jié)約時(shí)間，提高勞動(dòng)效率。尤其是用邊角后方交會(huì)的方法在地下工程中布設(shè)臨時(shí)控制點(diǎn)，可以將控制點(diǎn)布設(shè)洞壁上，避免了掌子頭放樣控制點(diǎn)的破壞。用邊角后方布設(shè)控制點(diǎn)放樣可大大提高掌子面的放樣速度，明顯提高生產(chǎn)效率。2012年在洛湛鐵路婁邵線張家灣隧道的測(cè)量中主要使用了使用了徠卡TCRA1101型全站儀進(jìn)行免菱鏡測(cè)量。

2　工程概況

婁邵鐵路擴(kuò)能改造工程重點(diǎn)控制工點(diǎn)、廣鐵集團(tuán)管內(nèi)高風(fēng)險(xiǎn)隧道之一的張家灣隧道全長(zhǎng)3064米，地處湖南省婁底市雙峰縣境內(nèi)，洞身段穿越5條斷層破碎帶、煤層區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜。洞身段大部分處于石灰?guī)r地帶，巖溶較發(fā)育，常遇突水突泥等特殊情況。該隧道分進(jìn)出口兩個(gè)工作面掘進(jìn)，其中出口段有240米處于淺埋段，埋深不足17米，施工風(fēng)險(xiǎn)高。隧道施工中掘進(jìn)放樣、開(kāi)挖后斷面測(cè)量及圍巖監(jiān)測(cè)等測(cè)量任務(wù)重，尤其是超欠挖所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失更是不容忽視。對(duì)此，選擇徠卡TCRA1101型免棱鏡測(cè)距全站儀來(lái)進(jìn)行開(kāi)挖放樣、斷面測(cè)量等主要日常測(cè)量工作。徠卡TCRA1101型全站儀，測(cè)角精度為1.5″,測(cè)距精度為2+2ppm，免棱鏡測(cè)量標(biāo)稱距離為250m。

3　免棱鏡測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用

3.1掘進(jìn)掌子面斷面放樣

放樣前，先將隧道設(shè)計(jì)參數(shù)通過(guò)有關(guān)程序輸入儀器內(nèi)存。放樣時(shí)儀器可置于導(dǎo)線點(diǎn)或利用自由測(cè)站、后方交會(huì)程序完成設(shè)站工作，包括設(shè)置測(cè)站點(diǎn)三維坐標(biāo)、儀器高、方位角。為使儀器與掌子面距離不至于太遠(yuǎn)，儀器一般不直接安置于導(dǎo)線點(diǎn)上，而通常采用后方交會(huì)方式來(lái)完成儀器的設(shè)站工作。臨時(shí)后視點(diǎn)可埋設(shè)在邊墻上.儀器建站后，首先瞄準(zhǔn)掌子面測(cè)出掌子面至儀器站的距離，儀器計(jì)算出掌子面的里程，根據(jù)里程及有關(guān)輸入的參數(shù)定位掌子面開(kāi)挖斷面，而后開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)挖輪廓線上點(diǎn)的測(cè)設(shè)。放樣點(diǎn)可按設(shè)置間距從左到右、從中間向兩側(cè)等不同順序測(cè)設(shè)。當(dāng)紅色激光指向第一個(gè)點(diǎn)位確定后，點(diǎn)上紅油漆就完成一個(gè)點(diǎn)位的放樣工作，按操作鍵儀器在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)向下一個(gè)點(diǎn)，依此類推放樣完所有的點(diǎn)。

3.2斷面測(cè)量

徠卡TCRA1101 PLUS型全站儀機(jī)內(nèi)配置有兩個(gè)程序可以進(jìn)行斷面測(cè)量。一個(gè)是在所測(cè)斷面內(nèi)的任一位置安設(shè)儀器，可用后方交會(huì)、自由測(cè)站或已知站點(diǎn)設(shè)站，確定儀器的三維坐標(biāo)及設(shè)置方位角，然后啟動(dòng)斷面測(cè)量程序，設(shè)置好有關(guān)參數(shù)后，儀器在伺服馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下照準(zhǔn)布于隧道軸線法線的豎直平面旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)按設(shè)置間隔距離測(cè)取儀器到各測(cè)點(diǎn)的距離及角度，并存儲(chǔ)于儀器內(nèi)存或PC卡上，即完成一個(gè)斷面的外業(yè)測(cè)量工作；另一斷面測(cè)量程序是儀器不一定安置在所測(cè)斷面垂直面內(nèi)，建站工作同前，可測(cè)取儀器免棱鏡測(cè)程內(nèi)的所有需測(cè)的斷面。將不同斷面的外業(yè)測(cè)量記錄輸入裝有相應(yīng)斷面測(cè)量后處理軟件的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算與理論斷面比較等處理過(guò)程，最后輸出實(shí)測(cè)及理論斷面比較圖形、斷面面積、超、欠挖面積等有關(guān)參數(shù)。

4　免棱鏡測(cè)距技術(shù)應(yīng)用于隧道測(cè)量有如下優(yōu)點(diǎn)

4.1測(cè)量速度快

掘進(jìn)放樣、斷面測(cè)量、圍巖凈空位移量測(cè)等每一斷面均可在幾分鐘內(nèi)完成。

4.2準(zhǔn)確

一是測(cè)設(shè)定點(diǎn)精度準(zhǔn)確。其精度可依工程所需而定，可達(dá)幾毫米的精度。二是固定性。程序編制時(shí)要求儀器自動(dòng)尋找斷面上相同的點(diǎn)（即雖掌子面里程不同，但所放樣各點(diǎn)在隧道縱向上相對(duì)于隧道中線、軌面的位置固定），且各點(diǎn)在開(kāi)挖輪廓線上間距一致，這為鉆眼爆破帶來(lái)極大便利——測(cè)點(diǎn)即是炮眼，炮眼間距固定。

4.3設(shè)站靈活

因?yàn)閮x器可用距離后方交會(huì)設(shè)站，這就給測(cè)量帶來(lái)很大靈活性，可以在不同的現(xiàn)場(chǎng)條件下選擇最佳位置設(shè)站，減少其它工序?qū)y(cè)量的干擾。

4.4與其它工序平行作業(yè)

采用全站儀放樣，尤其是通風(fēng)效果好時(shí)，可將儀器安置在邊墻附近，裝碴的同時(shí)便可完成碴堆以上開(kāi)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(zhǔn)備工作的幾分鐘完成剩余測(cè)量工作。或裝碴快完成時(shí)，邊裝碴邊測(cè)量，實(shí)現(xiàn)零分鐘測(cè)量。

4.5適應(yīng)性強(qiáng)

因全站儀是以極坐標(biāo)方式來(lái)測(cè)量坑道上的點(diǎn)的坐標(biāo)，而設(shè)計(jì)坑道上任何點(diǎn)都有自身的解析坐標(biāo)，從測(cè)量的觀點(diǎn)與隧道解析觀點(diǎn)來(lái)看，也就不再存在曲線隧道、曲墻斷面放樣、工作面不規(guī)則等種種不便，使各式各樣的線路走向、斷面形狀問(wèn)題統(tǒng)一化為極坐標(biāo)與隧道解析的問(wèn)題。

總之，免棱鏡測(cè)距的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)隧道工程測(cè)量不易解決的問(wèn)題得到很好的解決。準(zhǔn)確、快速、靈活的測(cè)量，這一技術(shù)將在隧道施工放樣中得到普及，取代傳統(tǒng)的斷面放樣、斷面測(cè)量等，是隧道測(cè)量的首選工具。

[1]湯敏捷、胡細(xì)華 《建筑施工測(cè)量》北京理工大學(xué)出版社2015年6月

[2]高俊強(qiáng)、陶建岳利用免菱鏡全站儀進(jìn)行地鐵斷面測(cè)量與計(jì)算測(cè)繪通報(bào) 2005.10 [3]徠卡TCRA1101 PLUS型全站儀說(shuō)明書(shū)

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～232～1