數字化測繪技術在工程測量中的應用

單繼國

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津 301700）

寧縣三號隧道主要位于甘肅省慶陽市的寧縣境內，該地區的溝壑區主要以黃土梁塬為主，并且隧道所在的西安地區位于寧縣馬蓮河溝溝頭，所在銀川地區則處在黃土沖溝溝半腰處。整條隧道全長2809.98m，該隧道最大埋深約130m，最小埋深約20m。

該隧道主要采取復合式襯砌，在初期支護安裝過程中主要采取噴錨支護，而噴混凝土則選取濕噴的方式進行。隧道的排水系統修建主要依照“防、堵、截、排”的原則進行，最終確保隧道防水安全暢通地排水。

1 數字化測繪技術的應用優勢

1.1 數據完整

傳統工程測量工作中的數據結果因受到測量工作技術方面的限制，數據的完整性和參考的價值意義都大打折扣。而數字化測繪技術的應用，一方面不斷提升了數據的動態加工和實時測量的工作能力，使測繪對象的外觀特征等得到了更好的體現，并有效提升了數據的完整性和真實性。因此，數字化測繪技術彌補了傳統測繪技術的局限性，使工程測量的工作價值不斷提升。另一方面，利用數字化測繪技術為工程勘探、圖紙設計、工程施工等相關工作提供了更為真實有效的信息，將工程屬性和相關的數據信息等完整地傳遞給了工程管理相關人員，從而在工程計劃、工程管理等各方面的工作中，促進了工程施工工作的有序進行。

1.2 數據精準

在數字化測繪技術的工作流程中，可采用自動采集的方式選擇測繪目標并進行相關工作，還可利用先進的三維坐標定位技術及時儲存數據信息，因此數字化測繪技術有助于在工程測量期間獲得更為精準和有效的數據。在這個比較完善的工作流程中，人工計算和控制的誤差得到了明顯的降低，也提升了測量工作的精準性。同時，數字化測繪技術也可以在測量操作的層次方面進行控制，不僅降低了計算工作量，還簡化了工作任務，實現了成本資源方面的節約。

2 數字化測繪技術在工程測量中的實際應用

2.1 貫通測量

（1）平面位置控制。導線控制網的布設：在開挖隧道之前，首先需要在隧道的進出口位置先布設好控制點，然后再布設導線平面的三角控制網。隨著隧道的不斷挖深，在隧道內布設導線的控制點，在布設控制點時需要將其布設在隧道中線附近，并且要求兩個控制點的距離保持在200m以上；對通視條件不太理想的位置，則應適當地減少兩個控制點之間的距離。

（2）高程控制。水準點布置：首先需要采用水準儀器測量洞內外水準點，其次需要經過多次反復的測量，最終確定洞內布設水準點的高程。隧道內的水準點一般按照每隔100m的距離設置1個，并分別設置在隧道中線兩側的位置。

（3）貫通測量控制。在隧道的兩側進行挖掘，前進距離貫通約50m左右時，需要進行相應的貫通測量。首先需要采取三維坐標的方式測量隧道的控制點，確保閉合差保持在規定的范圍之內，然后通過三維坐標采集、平差計算和計算機制圖的方法來進行模擬貫通，最后根據其模擬貫通結果適當調整坐標。通過調整導線的控制點及導線的高程控制點后再比較，然后調整隧道控制點施工的平面位置，在調整過程中要求遵循漸變的調整原則，以免造成突變。

2.2 淺埋地表沉降監測

為了保證貫通施工過程的安全，需要監測地表沉降。根據隧道的實際情況選擇橫向斷面，并沿主斷面布設相應的監測點，以更加深入地了解地表沉降對橫向范圍的影響，地表沉降觀測布置如圖1所示。

圖1 地表沉降觀測布置示意圖

斷面之間的距離需根據隧道的地形情況來設置，地表沉降的觀測點之間的橫向間距約為2～5m，在隧道中線周圍的測點應適當地進行加密，并且中線兩側的范圍之間的距離不能小于H0+B。在選擇的測量斷面的位置，應設置一個通視效果較好、基準點穩固且測量方便的位置進行量測。地面測點的位置布設在隧道的軸線和軸線兩側，每個斷面測點一般需要7個以上，并且測點之間的間距保持在2～5m。地表沉降觀測點縱向間距如表1所示。測點的區域應該埋設水泥柱，在對測量放線進行定位時，應采用水準儀或者全站儀進行量測。

表1 地表沉降觀測點縱向間距

2.3 拱頂下沉及收斂量測

在對拱頂下沉以及凈空變位的收斂量進行測量時，需根據圍巖類別以及隧道的大小、埋深等情況進行測量布點。初次讀數應該在開挖12h后且在下一次開挖之前進行讀數，并采用全站儀進行測量，在布設洞內外的測量點時需設置在同一橫斷面內，臺階法測點布置如圖2所示。

在進行信息化的施工過程中，觀測后需要對觀測到的各種數據進行適當的整理并分析，以此來辨別其圍巖的穩固性。通常按照以下標準控制：凈空變化的速度應大于3mm/d，如果拱部下沉速度大于3mm/d，則需要采取一定的措施來提高支護系統；水平的收斂速度小于0.2mm/d，并且拱部下沉速度小于0.15mm/d，則表明其圍巖處于穩定狀態。

圖2 臺階法測點布置示意圖

通過計算機將隧道的圍巖級別、支護方法、施工工藝、周邊情況和各種監測點整合起來并構建模型，可以更加直觀地反映隧道出現變形的情況以及變形趨勢，以便于施工人員、技術人員能夠通過模型及時掌握隧道的情況，并及時對施工工藝及方式做出適當的調整，確保隧道的施工安全進行。

2.4 航空數字化

在工程建設的前期階段，導線復測、工程線路測量、地形測量等都是必不可少的工作。在傳統的測量中，這些工作都要耗費大量的人力、物力，且其結果的完整性也無法滿足工程越來越高的精細化要求，然而航空測繪技術卻可以很好地滿足這一要求。

航空數字化的測繪技術依賴計算機技術和GPS測繪技術，在其應用的過程中，可借助高清的數字攝影機進行航拍攝影工作從而獲得地理空間方面的精準數據。其技術優勢在于可以利用數字化的分析系統，提升地圖的精準性，適用于城市航拍測繪等一系列工作。

GPS測繪技術主要是在航空攝影測量的工作中應用，不僅提升了測量的精準度，也縮短了測量的時間，使工作效率得到提升，未來的發展空間十分廣闊。GPS測繪技術在大數據技術的支持下獲得了更好的發展動力，也具備了較為強大的數據支撐和圖像處理能力，滿足了圖像快速處理的需求。利用計算機處理數據，可以縮減傳統的人工處理的工作量，提升測量工作的精準度。借助計算機技術可以進行信息的儲存工作，這也是利用計算機技術為主要載體進行信息二次加工的工作，總之，整個計算的過程離不開各項計算機技術功能的支持。GPS測繪技術可以將信息轉換成坐標和地址，按照特殊的形式分類處理和進行計算機內部的運算工作，也可以及時進行對各種地形信息的匯總工作，從而保證在各領域的實際應用效果。例如，無人機攝影測量布設作為數字化測繪技術的一種有著高精準度的布點方案，可以做好高程點等方面的檢查工作，提升測量的精準度。無人機攝影數字化測繪設備如圖3所示。

圖3 無人機攝影數字化測繪設備

3 結束語

綜上所述，數字化測繪技術具備自動化程度高、儲存方便、精準性強等一系列的特點，對我國工程測量行業的發展起到了至關重要的作用。因此，技術人員需要加強在數字化測繪技術方面的學習和研究，從而使數字化測繪技術在工程測量的各環節中發揮出更好的作用。