斷面測量系統在地鐵隧道測量中的應用

楊林浩

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 430000）

最近幾年時間里，伴隨我國地下工程越來越多，隧道工程建設的速度也不斷增長。傳統隧道斷面測量方法有著較差的精確度、較低效率以及較大勞動強度等問題，其對施工進度產生嚴重影響[1]。近年來，伴隨數據通訊技術、智能化技術廣泛使用到工程測量當中，把PDA或全站儀的斷面測量系統軟件結合起來，可以更好地對這些問題進行解決。當前國內的隧道斷面測量系統主要是進口的全站儀，伴隨國產儀器性能方面越來越高，進而開發國產全站儀基礎上的斷面測量系統尤為重要。

1 隧道斷面測量系統相關概述

1.1 隧道斷面測量系統的簡介

隧道斷面測量系統是通過BTS型號的全站儀、PDA以及系統軟件所組合而成。系統按照我國隧道設計的基本規范、隧道的施工規范和有關測量規范來開發，其能夠給隧道測量帶來健全的解決方案。隧道斷面測量系統有著非常好的用戶界面、操作簡便、數據處理精度高以及可視化強等特征。它廣泛使用到了各種隧道斷面精確地測量和拱橋形狀測量方面，另外還可以應用在大跨度建筑結構方面。它適合應用到鐵路隧道和水利工程涵洞限界的測量[2]。

1.2 隧道斷面測量系統主要的功能

系統能夠現場對數據進行采集，并且對其進行處理分析，有效地指導施工。這個系統主要存在下面幾個方面的功能，分別為：

第一，繪制設計和實測隧道的斷面圖。按照斷面設計的參數來對隧道的設計斷面圖進行自動繪制，對實測斷面圖進行自動繪制，顯示這個斷面的各個測點在斷面當中位置，并且給這個點超欠挖值。第二，對路線高程進行設計，自動換算里程坐標。對里程進行輸入，偏離路線中心距離能夠得出相應點的坐標。輸入對應點大地坐標能夠得出里程、偏離路線的中心距離。如果在豎曲線計算過程中，對里程進行輸入，能夠得出對應里程線路內線上高程值。第三，超欠挖隨機的檢測。在已經了解設計斷面數據狀況當中，隨機對斷面當中一些點位進行測量，實時得到這個點的里程、坐標以及距離隧道中線距離、這個點的超欠挖值，并且給了目標點相對設計斷面位置的聯系。第四，自動對開挖面積進行計算，并且計算斷面當中各測點的超欠挖值、各點連接之后超欠挖的面積。第五，對放樣進行測量。

2 斷面測量系統在地鐵隧道測量中的應用

2.1 測量前的準備

把PDA和全站儀利用通訊電纜連接起來，設置通訊基本參數，也就能夠進行有關設置：

第一，構建工程項目。在系統的主界面當中，對一個工程項目進行打開或者新建，設置工程的屬性，其含有測量人員、施工單位、支護類型、備注信息和觀測時間等。第二，輸入隧道設計斷面的數據。對直線而言，需要輸入直線起始點在斷面坐標系當中的X，Y坐標。對圓弧來說，要輸入圓弧起終點在斷面的坐標系X，Y坐標和圓弧半徑。當圓弧是優弧的時候，就要在優弧復選框當中進行打勾，反之將會默認是劣弧。對于圓而言，需要輸入圓心的橫縱坐標以及圓半徑。如果輸入為圓，那么斷面就是封閉的圖形，不應該再次對其他元素進行輸入。第三，輸入平豎曲線要素數據。構建平曲線設計文件過程中，首先需要輸入起始里程和線路名稱，對直線點，要輸入支線點X，Y坐標。對交點來說，要輸入交點X，Y坐標，駛入緩和曲線長度，駛出緩和曲線長度，圓曲線長度、圓曲線的半徑、曲中點位置實際的線路和設計線路存在的偏距。當圓曲線相對線路前進的方向往左進行偏的時候，半徑輸入為負值，反之半徑輸入是正值。實際的線路和設計線路存在的偏距需要始終是正值。在實際狀況當中，為實際線路在曲線段向著圓弧內向進行偏移。當無駛入和駛出緩和、圓曲線時，那么將對應文本框設置成0。在構建豎曲線設計文件過程中，首先需要輸入線路名稱、起始、終止里程。接著對各個變坡點信息進行輸入，其含有前段坡度、后段坡度，變坡點里程和高程。我們需要注意的是：對同一個坡度的設置需要將前后段的坡度設置成一樣，半徑是0，不設置豎曲線變坡點也需要把半徑設置成0。第四，測站的設置。對測站名、測站的三維坐標和儀器高進行輸入。系統存在方位角定向以及坐標定向兩類定向的方式。選取坐標定向的時候要輸入后視點的X，Y坐標。在對方位角定向進行選擇的時候，要輸入后視方位角，在測站設置的時候，也需要調用存儲的控制點信息。

2.2 斷面測量和放樣測量

第一，斷面的測量是通過測站作為單位，對單點按鈕進行點擊，那么可能從全站儀內得到目標點的三維坐標信息，對添加按鈕進行點擊，把這個點的坐標增加到列表內，對打開按鈕進行單擊，能夠顯示目前測站已經測過的斷面，對數據進行刪除、補測等操作。棱鏡改正方向默認是這個點超欠挖方向。當在測量過程當中應用棱鏡的時候，需要把棱鏡外緣貼近隧道壁。第二，校驗里程。在對平曲線設計文件進行加載后，測量能夠檢驗菜單里程。當目標點的里程和輸入里程差值超過輸入允許限差的時候，就會提出超限，并且給出了超限值。第三，在對炮孔進行放樣的過程中，要對斷面參數進行加載設置。在選擇設計斷面之后，選取周邊眼或者特征點，也就能夠生成待放樣點在斷面坐標系當中的二維坐標。根據設計的基本線路信息得到待放樣點三維坐標。系統按照測點的理論值和測量差值來指導放樣。第四，隨機檢測為已知設計的斷面數據，隨機測量斷面當中的點位，能夠得出目標點坐標、里程、隧中偏距、隧中高差和這個點的超欠挖值，并且自行繪制目標點相對于設計斷面位置圖。

2.3 斷面數據處理和超欠挖的分析

選取某個斷面觀測文件能夠計算斷面的里程，自動檢測各個測點里程是不是超過限制，按照需要來排序測點，進而更加便于對圖形進行查看。在數據分析模塊內，能夠對實測斷面的圖象和設計斷面進行分析和對比，自動計算各個測點超欠挖值，斷面實測的面積、超欠挖面積以及設計面積，并且生成斷面分析圖形和報表文件。我們需要格外注意的是：斷面點需要根據一定順序來排序，進而便于顯示和超欠挖分析。

除此之外，系統還有著調整實測斷面圖形的功能。輸入水平調整量以及豎直調整量，那么會移動實測的斷面圖形，并且對超欠挖值進行重新的計算。

3 結論

隧道斷面測量系統采集得到的數據能夠在施工現場及時進行處理，進而更好地指導施工放樣或斷面的檢測。在斷面測量和數據處理之前能夠在辦公室預先錄入平豎曲線設計以及斷面的設計等文件。它的不足之處為要應用計算機來輸入CAD圖形和成果報表。這個系統軟件和BOIF免棱鏡全站儀結合起來進行使用能夠大大提升隧道斷面測量自動化水平以及作業效率，其非常值得大力的推廣和應用。

經過實踐證明，斷面測量系統是隧道檢測，變更隧道設計的數據依據。它更好的確保了設計參數精確性和施工質量。利用數據預處理功能，通過實測三維坐標及時進行計算，生成斷面三維的坐標文件，進而降低了傳統計算花費時間長，加速了測量的進度。隧道斷面測量系統能夠廣泛使用在其他地下開挖、支護和襯砌等工程當中。它在檢驗隧道施工效果和動態管理能力上存在比較高的發展前景。