隧道全斷面綜合測量方法研究

陳中華 郭敏帥 李華松

摘 要 在隧道工程建設中，全斷面施工的質量控制必須依靠測量技術，通過精準的測量確定隧道周邊穩定性和整體環境的安全系數，但是傳統的隧道測量方法存在操作相對復雜，測量結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，列舉了斷面測量的基礎方法，并對綜合測量方法的基本原理進行了解析，強調了測量方法的實踐要領。

關鍵詞 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，因為傳統的測量方法或單一的新型測量方法，在內業和外業配合上存在一定的局限性，由此所獲得的測量結果存在不足，或者是測量時間過長，導致測量工作不能取得預期效果。綜合測量的實質，便是根據隧道工程的實際情況，在測量時考慮各種技術對測量結果的優化效果，從而適當地增加不同技術在測量時的運用概率，實現技術互補、提高工作效率。綜合測量方法的基本原則是數據的精準性和搜集的效率性。為了減少測量時的工作量，必然需要對隧道內輪廓進行單次較大范圍甚至一次性數據搜集，此時需要面對隧道表面粗糙或各種其他設備、材料的干擾問題，采集數據雖然在后期會進行修正處理，但一手數據必須要更加詳盡，此時必然需要優化搜集形式，增加數據搜集量。為保證基本數據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為主，選擇輔助性的測量技術作為性能升級要件，對數據的搜集、整理、分析等環節進行優化，最大程度消除單一測量技術的弊端，本文所選擇的方法主要是三維激光掃描技術與全站儀測量技術的綜合運用[1]。

2綜合測量的基礎方法

2.1 全站儀測量

全站儀是傳統測量技術中的重要內容之一，也是多項其他新型測量技術及綜合測量技術的基礎。使用具備高精度的全站儀對目標區域進行數據采集，或搭配專門的測量軟件完成數據自動搜集，所獲取的原始數據經處理系統進行適度修正后形成數據包，再由后續分析系統完成分析并形成測量報告。因此，全站儀可以僅作為一種數據采集手段而存在，所獲取的數據即可以直接進行分析，也可以作為其他測量方法中數據的參考系。

2.2 三維激光掃描測量

三維激光掃描在測繪領域的使用較為廣泛，相較于GPS等測量技術具有更高的精準度，不同于傳統測量技術中的單點測量方法，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據信息，由海量的點位數據直接獲得面的數據，實現大面積精準測量。由于使用到了激光掃描技術，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具有數據搜集快、精度高、遠距離測量、數據可靠性高、信息內容多樣化等特點。在實踐中，首先采用三維激光掃描設備對隧道進行數據搜集，獲取的三維點位回傳后，經過去噪、修正獲得初始數據組，并將預處理后的數據組進行逐步拼接，結合設計數據，對隧道的實挖輪廓進行建模，經專業軟件的深度加工獲得隧道效果圖，最終輸出測量結果報告。

2.3 斷面儀測量

斷面儀是專門用于斷面測量的設備組件，其中包含了精密數字測角、激光測距、計算機、坐標測量等技術，利用光機電設備與外業設備共同完成測量，其中搭載了專業的控制和數據處理軟件，能夠快速地得出隧道斷面的測量曲線圖和預挖參數比對結果。基于斷面儀的專業性，操作簡便且準確率較高，具有較高的應用價值。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、位置等進行預設，由內置系統按照水平方向，附加相應的角度或距離計算方式，逐步對區間內隧道輪廓、失徑等進行定位，最后得出隧道內輪廓數據，經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

3.1 方法的組成

根據目前的測量經驗來看，三種基礎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雜，因此以全站儀配合三維激光掃描技術進行測量，而斷面儀則作為輔助性測量技術，對數據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據概樣。利用斷面綜合測量方法，在外業之前首先依照設計提供的相關線路設計圖紙，可以將整條線路的平、豎曲線參數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，將斷面信息文件導入到全站儀機載程序里。外業時可通過坐標定向、后方交會等方法進行設站，輸入里程等參數后，即可開始自動測量。外業工作全部結束后，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輔助軟件可算出所測斷面中心點處的里程、偏距以及設計軌面高等所需測量成果。

3.2 測量實踐要點

測量實踐中，隧道點云數據的處理是關鍵，主要構成是三維坐標、激光強度、色差信息，需要經過處理才能如實反映出隧道的具體情況。①數據配準。以三維激光掃描數據的基礎，結合全站儀和斷面儀對局部范圍的二次采集數據，對坐標系進行轉換、修正和拼接，主要是對平移向量、旋轉矩陣和原始坐標為基礎，綜合計算和處理后得到新的坐標。②軸線擬合。在XOY和YOZ面中納入點云數據，則中軸線最終獲取表示為：，也可以結合施工的控制坐標系和設計數據獲取斷面再進行中心點擬合，并形成中軸線結果。③斷面獲取。依據斷面的定義，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，設點D處坐標為（x0，y0，z0），向量G=（A，B，C），則獲取斷面為：

4結束語

隧道全斷面測量工作的時間相對較短，且工作本身關系到整個地鐵工程建設質量，對于后期設備安裝等環節產生直接的質量與安全影響，而對全斷面進行測量時，所涉及的細節較多，各種數據相對較大，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，并且提高測量的質量。

參考文獻

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

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