淺析全站儀在隧道拱頂沉降測量中的運用

張藝

摘要：開展隧道施工時，選擇高性能全站儀，進行拱頂沉降測量，極具精度優勢。文章將傳統拱頂沉降測量方法與高性能全站儀測量方式進行對比，并實施精度分析，從而對全站儀在隧道拱頂沉降測量中的可行性及有效性進行論述，達到良好的隧道拱頂沉降測量效果。

關鍵詞：全站儀；隧道；拱頂沉降；測量

拱頂沉降測量是隧道施工和參數獲取的主要依據。其測量過程中涉及到的相關內容比較多，需優選測量設備。當前，精密水準儀懸掛銦鋼尺在隧道拱頂沉降測量中應用比較普遍，但其很容易受光線及外部施工環境干擾，且人員消耗量大。將高性能全站儀應用到隧道拱頂沉降測量中，通過非接觸測量方法，對橋梁橋面變形進行精確測量，不僅能夠提高測量效率，而且應用效果極佳。

1.全站儀概述

全站儀屬全站型電子測距儀，其能夠有效測量水平角、垂直角、高差、距離等。以光電掃描度盤為主，對讀數進行自動記錄和顯示，測角操作非常簡單，也能夠避免不必要的讀數誤差。將儀器安置一次，就能夠順利完成該測站上的全部工作。其在地下隧道施工中應用比較普遍，測量過程簡便，而且測量結果極為精確。其水平度盤、豎直度盤和讀數裝置分別通過光柵度盤和讀數傳感器實現。依據角度測量精度，可將其劃分為0.5”、1”、2”、3”、5”7”等多個等級。該工程背景下，要結合隧道拱頂沉降測量要求，對全站儀進行合理選擇和應用，達到預期工程測量目標。

2.拱頂沉降監測方法

2.1傳統測量方法

以往隧道拱頂沉降監測中，多用精密水準儀懸掛銦鋼尺的方式。其優點是數據準確，精度高。但實際應用過程中，仍然存在諸多限制性因素。因每次測量都要在測試點處進行倒鉤鋼尺設置，測量結果很容易受外部人為因素干擾。拱頂沉降測量點的位置在隧道中心線上，執行測量工作時，隧道無法正常施工。倘若測點距離掌子面很近，又會因掌子面處于施工狀態，無法對倒鉤鋼尺進行設置，使測量工作受到干擾，嚴重影響測量質量及效率。

2.2新測量方法

應用高性能全站儀三角高程法，借助反光貼，開展非接觸測量。在固定位置，對測站進行設置，測站距后視點及測量點的距離應相等。應用棱鏡對后視點進行測量，而且其應為固定高度，將反光貼應用到測量點中，將測量距離控制在30-50m之間。將后視點和測量點測量次數控制在三次，測量結果取平均值。該測量方法效率比較高，人為因素對測量結果的影響相對較小，也不會干擾隧道正常施工。

3.全站儀精度分析

將全站儀三角法應用到本次測量工作中，將測點裝置設置在隧道拱頂測點部位，該裝置中要包含固定反光貼。在隧道地面進行基準點設置，該過程中，選用全站儀棱鏡測量方式，并用無棱鏡模式，對拱頂測點進行測量。如圖1所示。

文獻研究可知，該觀測中，選用1.0”全站儀三角高度單向測量方式，并對地球曲率和大氣折光等指標進行考量。倘若豎直角不超過20°，前后視距離在100m之內，它的撓度中誤差在1.06mm以內；如果豎直角不超過40°，前后視距離在100m之內，它的撓度中誤差在2.00mm以內。該觀測中，選用0.5”全站儀三角高度單向測量方式，考量地球曲率和大氣折光的相關指標。倘若豎直角不超過20°，前后視距離在100m之內，它的撓度中誤差在0.53mm以內；倘若豎直角不超過40°，前后視距離在100m之內，它的撓度中誤差在1.00mm以內。

4.工程實例

以某隧道為例，該隧道左、右洞設計指標分別為：左洞起止樁號K152+628-K153+426，設計長度798m；右洞起止樁號K152+520-K153+290，設計長度770m。

隧道區域地貌特征是巖溶峰叢谷地，海拔140-400m。該隧道進洞口段和出洞口段山體斜坡自然坡角分別在10°～18°，上部坡度陡峭，下部坡度很緩，隧道進口、出口部位均有很穩定的自然斜坡。該隧道不會受地表水影響，該范圍內的地下水特征是第四系覆蓋層中的孔隙水、巖溶水和基巖裂隙水等，無明顯富水性特征。

該工程背景下，分別用到兩部精密水準儀和全站儀，觀測內容是該工程右洞K302+560處的拱頂沉降測點。精密水準儀拱頂測點和全站儀拱頂測點的布置位置相同。測量人員要依據具體工程情況，對測量點位置進行嚴格考量和選擇。

測量結果表明，0.5”全站儀和精密水準儀、1.0”全站儀和精密水準儀、0.5”全站儀和1.0”全站儀均存在測量偏差。采用全站儀測量方式和精密水準儀測量得出的數據基本相同。表明，在隧道拱頂沉降測量中，應用0.5”全站儀極為有效，且具備可行性。相較于傳統測量方法，全站儀的測量精度和測量效率都比較高，不會對隧道施工產生太大影響或干擾，在隧道工程應用中極具適用性，且效果極佳。

5.全站儀測量隧道拱頂沉降措施

在基準點和測點中間，對觀測站進行設置，該過程中，要對觀測站進行準確標識。每一次將監測站設置在同一位置，對其進行固定測量。采用該種設置方式，能夠對測距和豎直角誤差進行有效規避。分別將設站與測點、設站與基準點的距離控制在30m-50m左右。假使距離過小，很容易使豎直角角度增加；而且，如果距離過大，也會增加測量誤差。

6.結語

綜上所述，將高性能全站儀應用到隧道拱頂沉降測量中，測量過程極為簡便，既能夠縮短測量時間，又能夠提高測量效率，不會對施工過程產生影響，有助于降低工程實踐中的各類誤差問題，使隧道拱頂沉降測量結果更加準確，以達到良好的沉降監測效果，提高工程建設質量。