TMS隧道自動測量系統在特大型水電站中的應用

李學忠

摘要：隨著我國經濟的快速發展，隧道工程越來越多，進而給隧道測量技術提出了更高的要求，快速而又高精度的進行隧道測量，不僅縮短了隧道的開挖工期，而且節約了隧道開挖成本。筆者所在公司在國家特大型工程錦屏二級水電站中引進了先進的隧道自動測量系統，給測量工作帶來了極大的便利。本文主要介紹隧道自動測量系統（簡稱：TMS）的操作及其在實際工作中的應用，以及需要注意的事項及解決方法。

Abstract： With the rapid development of China's economy， the tunnel engineering is more and more， and then the tunnel measurement technology is put forward higher requirements. The fast and highly precise tunnel measurement not only shortens the excavation period of the tunnel， and also saves the tunnel excavation costs. Gezhouba Survey and Mapping Geographic Information Technology Co.， Ltd. introduced advanced tunnel automatic measurement system in Jinping two hydropower stations which belonged to the national large-scale project， which brought great convenience to the measurement work. This paper mainly introduces the operation of tunnel automatic measurement system （TMS） and its application in practical work， as well as the matters needing attention and the solution.

關鍵詞：隧道自動測量系統；TMS Solution；地下洞室；斷面測量；施工放樣

Key words： tunnel automatic measurement system；TMS Solution；underground cavern；section measurement；construction lofting

中圖分類號：TV221 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）19-0178-02

1 概述

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河灣上。電站利用雅礱江下游河段150km長的大河灣的天然落差，通過長約16.67km的引水隧洞，截彎取直，獲得水頭約310m。電站總裝機容量4800MW。

錦屏二級電站以地下洞室為主。施工的地下廠房樞紐工程由主廠房、主變室、上游調壓井、8條壓力管道、尾閘室、母線洞、尾水隧洞、4層排水廊道、出線洞、以及進廠交通洞、通風兼安全洞、主變進、排風洞，并與施工需要相配套的9條施工支洞組成的地下洞室群。整個地下洞室開挖工期32個月。由于洞室開挖面多，測量任務繁重，加之洞室環境差、光線暗，給測量工作帶來了不便，為了快速高效的完成放樣任務，公司及時引進了隧道自動測量系統，可以將所有洞室資料存入全站儀，現場放樣、驗收只需簡單的操作儀器，不用手工計算，極大的方便了現場測量人員。

2 TMS Solution組成

TMS Solution系統由瑞士安伯格（Amberg）測量技術公司開發，能全自動完成各種復雜程度的斷面測量、施工放樣及竣工驗收測量，依據版本不同可以運行在LEICA TPS1100系列和LEICA TPS1200系列全站儀上。TMS Solution由兩大模塊組成，即TMS OFFICE數據管理平臺和TMS Application機載軟件。

3 實例應用

下面將以一條洞室為例，講述TMS的實際操作和應用，以及需要注意的問題及解決方法。

3.1 隧道的中線、縱坡、設計斷面和斷面區間設置

打開TMS OFFICE數據管理平臺，按照操作流程一步一步地定義隧道的中線、縱坡、設計斷面和斷面區間，建好后保存，每一個工程元素都保存在一個獨立的文件中，定義的工程元素包含在工程定義文件中，其擴展名為.PJD。當創建一個新工程，所有與之相關的元素文件就會自動生成，并且有相同的文件名和各自提前預定義的擴展名。在創建一個工程時，TMS有許多便利的操作，具體的創建過程及其注意的細節如下：

中線的定義：在筆者定義的尾閘室1#通風洞（wzstfd.pjd）工程文件中中線為直線（TMS可以定義的幾何線型有：直線、園曲線、緩和曲線、三次拋物線、半正弦），程序中需要輸入樁號，開始點和結束點的坐標。其他各種曲線按照操作界面，輸入曲線相關的參數即可。

縱坡的定義：縱坡的輸入，根據變坡點的樁號和高程控制，如果變坡點為豎曲線我們就選中弧形并輸入半徑即可。

設計斷面的定義：使用設計斷面是為了和實際測量的斷面進行比較，也可以用來定義和設計斷面相關的放樣（TMS Setout）。一條隧道通常有幾種設計斷面類型，當建好一個斷面類型就會存放在一個獨立的文件中，在數據庫中能夠對其進行編輯。設計斷面的定義需要注意：①設計斷面上的直線段用開始和結束點相對于中線的垂直和水平偏移量來定義；②設計斷面上的弧段是由開始和結束點的相對于中線的垂直和水平偏移量及半徑定義（圓點在左邊，半徑輸入負值；圓點在右邊，半徑輸入正值）；③設計斷面必須按照逆時針方向定義，這個定義應該從“頂部中間”的一個點開始；④如果后繼的面積計算需要在TMS Profit中完成，則設計斷面必須閉合。

設計斷面區間定義：隧道斷面在某樁號改變斷面的尺寸/形狀。在2個類型的斷面之間不做內插，對于這種突變的斷面，TMS對于斷面的線型段的幾何線型和數量沒有限制。而對于2個類型的斷面之間需要進行內插處理的，為了保證在現場能夠正確的進行斷面測量和放樣，就必須注意：①前后兩個設計斷面的定義必須從同一點開始；②被內插的設計斷面必須有相同的線段數；③設計斷面的線段（直線/ 園）類型必須以相同的順序出現。

測量控制點的輸入：同樣控制點也可以輸入到工程文件中，這樣到現場就可以直接調用控制點進行儀器定位，不需要手工計算，輸入時最好與現場控制點命名統一，方便查找。

3.2 TMS Setout施工放樣的設置

TMS Setout可以自動進行開挖面輪廓線的放樣、錨桿自動放樣、掌子面炮孔位置和自動放樣。設置時根據放樣任務不同，可以設置不同的斷面軌跡點。在設置輪廓點時可以選中放樣特征點（起拱點、頂拱點），這樣90cm放樣一個輪廓點時特征點將保留，如果特征點處軌跡點太密，我們可以手動進行刪除。

3.3 TMS PROFILE（PLUS）斷面測量

斷面測量包含機載的TMS Proscan以及后處理軟件TMS Profit。通過機載軟件控制LEICA TPS1200全站儀，實現隧道斷面數據的自動采集；通過后處理軟件TMS Profit 實現隧道實際斷面和設計斷面的自動分析比較，并自動計算超欠挖的工程量。

斷面測量可以測量垂直、水平和傾斜斷面。被測量斷面和儀器在同一個平面內，這個斷面被稱為參考斷面。參考斷面測量完成后，可以在同一儀器位置測量平行斷面。測量平行斷面必須設置以下參數：①起始斷面樁號和結束斷面樁號；②測量的兩個斷面之間的間距；③限差（只有在限差范圍內的數據被保存）。從我們現在應用的情況，測量的都是垂直斷面（豎井用水平斷面），測量時設置步長（或旋轉角度）45cm測量一點，有時測量點被遮擋，這時就需要設置測量次數，當5次讀數均不正確，就繼續測量下一個點。在測量的過程中可以實時顯示測量點的超欠挖情況，欠挖部位用紅色激光直接指示便于施工人員進行處理。測量斷面距離儀器不要太遠，前后20m就行，不然測量起來非常慢，因為距離太遠儀器需要測量多次來尋找斷面點，我們采取多搬站，直線段40m搬一站，曲線段20m左右搬一站。

3.4 TMS SETOUT（PLUS）施工放樣

針對隧道施工的不同需求，可以進行鋼拱定位、輪廓放樣、錨桿姿態放樣、炮孔圖案放樣、激光引導、斷面控制等。以掌子面輪廓線放樣為例，具體放樣過程為：儀器開始放樣第一點，并激活自動搜索范圍；程序比較放樣樁號和設計樁號；儀器自動糾正為放樣樁號；如果點被找到，則激光會連續的照，可把點標記出來；如果欠挖，點不能按照設計的放到位，儀器在設定的搜索次數后就會轉到下一點，直到放完所有的點。通過實際應用，我們發現在沒有欠挖的掌子面，儀器能夠快速的進行放樣，2～3秒一個點，但實際開挖并不能達到理想的開挖效果，經常會有欠挖部位，當欠挖時儀器就會向后尋找，直到找到正確的放樣點，為解決欠挖部位放樣問題，通過查看TMS操作手冊和咨詢技術人員可以設置放樣點的偏移，即我們通常說的放樣的所有輪廓點，放小幾公分。而通過我們的摸索又發現了另一種方法，即調用TMS Proscan（plus）斷面測量程序，設置為手動測量斷面，我們就可以手動測量掌子面的斷面點，通過斷面評估界面，直接就能查看所測點的超欠挖情況，根據超欠情況手動移動儀器進行放樣，這種方法需要手動操作，雖然速度比起儀器自動放樣慢，但是免除了現場翻看圖紙、手工計算的麻煩。

4 斷面測量的后處理

①先打開TMS Office，點擊Profit測量數據從儀器的CF卡上導入數據到計算機。

②對導入的測量數據進行定位，即轉換成洞室的絕對坐標，并和設計斷面進行疊加和比較。

③通過疊加比較可以計算超挖、欠挖面積，標示各點的超欠情況。

④處理好的斷面圖、面積計算表可以通過Excel格式，Jpg、Bmp圖片格式，幻燈片格式，Cad格式等打印輸出。

用TMS的斷面后處理軟件，能夠快速的完成斷面的繪制和工程量統計，可以取代以往在CAD中繪制斷面，再一個一個地進行超欠挖面積統計計算的繁重操作。

5 總結

本文對TMS隧道自動測量系統在錦屏二級電站中的應用進行了重點介紹，在應用中遇到了許多難題，如欠挖部位放不到位；斷面漸變的設置；測量斷面時，點被遮擋等，通過不斷實踐和摸索，我們逐步解決了上述問題，使得TMS在錦屏二級電站隧道測量中利用效率越來越高。同時在應用過程也發現了一些小缺陷，如TMS Setout自動放樣時，坐標不顯示，無法進行交樣單的繪制；測量斷面時，如果中間斷電或中斷操作，重新啟動又要重測參考斷面，浪費時間，希望這些不足之處能夠在今后的版本升級中得到改進。

參考文獻：

[1]昆明康派力科技有限公司編譯.TMS OFFICE使用說明書 version1.2.1 cn.

[2]昆明康派力科技有限公司編譯.TMS機載程序操作手冊version1.2.1 cn.

[3]Leica TPS1200操作手冊.

[4]肖書安.國外隧道施工測量技術的現狀和發展[J].隧道建設，2007（1）.