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全站儀免棱鏡測距技術在隧道施工測量中的應用

08-22 12:13:36  瀏覽次數:167次  欄目:地鐵遂道
標簽:工程設計, 全站儀免棱鏡測距技術在隧道施工測量中的應用,http://www.nvlbio.live

1 前言

全站儀以其高度自動化和準確快捷的定位功能在目前工程測量工具上確立了其統治地位。許多新技術運用到全站儀的制造和使用當中,如無反射棱鏡測距、目標自動識別與瞄準、動態目標自動跟蹤、無線遙控、用戶編程、聯機控制等。在隧道控制測量中,全站儀業已普及,但以其作為隧道施工測量的測量工具并不多見。新建隧道施工中的最主要工序,如掘進掌子面放樣、斷面測量及圍巖凈空位移量測等,與工程的經濟效益、安全質量有著根本的聯系。免棱鏡測距技術的應用,通過輻射測量極坐標的方式,能夠準確、快速地完成隧道掘進放樣、斷面測量、圍巖凈空位移量測等主要施工測量工作,全部測量內業利用計算機自動處理,為隧道施工測量帶來技術革命,為整個工程節約時間、減少投資。本文以新原高速公路雁門關隧道施工為例,介紹應用全站儀免棱鏡測距這一新興技術來進行隧道開挖放樣、斷面測量及圍巖凈空位移量測等隧道施工日常測量工作。

2 工程概況

新原高速公路雁門關隧道位于山西代縣境內,為目前國內高速公路最長隧道,是新原高速公路的咽喉控制工程。設計為4車道雙洞單向行駛隧道,左洞長5235米,右洞長5323米,凈寬10米,凈高6米。6B合同段為出口段,全長5175米(左洞長2560米,右洞長2615米)。該段地質條件復雜,其中III類及以下圍巖占全段的76.8%,成為該隧道施工的難點。隧道施工中掘進放樣、開挖后斷面測量及圍巖監測等測量任務重,尤其是超欠挖所帶來的經濟損失更是不容忽視。對此,選擇徠卡TCRA1101型免棱鏡測距全站儀來進行開挖放樣、斷面測量及圍巖凈空位移量測等主要日常測量工作。徠卡 TCRA1101型全站儀,測角精度為1.5″,測距精度為2+2ppm,免棱鏡測量標稱距離為250m。

3 免棱鏡測距技術的應用

3.1掘進掌子面斷面放樣

放樣前,先將隧道設計參數如洞門點坐標及高程、縱坡參數、開挖斷面形狀等通過有關程序輸入儀器內存。放樣時儀器可置于導線點或利用自由測站、后方交會程序完成設站工作,包括設置測站點三維坐標、儀器高、方位角。為使儀器與掌子面距離不至于太遠,儀器一般不直接安置于導線點上,而通常采用后方交會方式來完成儀器的設站工作。臨時后視點可埋設在邊墻上,但須注意檢查其穩定性。

儀器建站后,首先瞄準掌子面(僅用激光點對準—激光與望遠鏡同軸)測出掌子面至儀器站的距離,儀器計算出掌子面的里程,根據里程及有關輸入的參數定位掌子面開挖斷面,而后開始進行開挖輪廓線上點的測設。放樣點可按設置間距從左到右、從中間向兩側等不同順序測設。當紅色激光指向第一個點位確定后,點上紅油漆就完成一個點位的放樣工作,按操作鍵儀器在馬達的驅動下轉向下一個點,依此類推放樣完所有的點(見圖1)。

 圖1  免棱鏡測距技術應用示意圖

當掌子面不平時,應增加每個點位的測量次數,一般設為3至6次,并給出點的允許偏差,儀器每測一次得所測點位的三維坐標并計算出激光點離設計輪廓的偏移值,將修正偏移值后重測其坐標值,重算偏移值,若偏移值在允許偏差范圍內,激光點處位置即可認為是開挖輪廓線上的點,否則重測。

利用此程序還可以放樣出掌子面每一個炮孔的設計位置。

3.2斷面測量

徠卡TCRA1101 PLUS型全站儀機內配置有兩個程序可以進行斷面測量。一個是在所測斷面內的任一位置安設儀器,可用后方交會、自由測站或已知站點設站,確定儀器的三維坐標及設置方位角,然后啟動斷面測量程序,設置好有關參數后,儀器在司服馬達的驅動下照準布于隧道軸線法線的豎直平面旋轉一周,同時按設置間隔距離測取儀器到各測點的距離及角度,并存儲于儀器內存或PC卡上,即完成一個斷面的外業測量工作(圖1所示);另一斷面測量程序是儀器不一定安置在所測斷面垂直面內,建站工作同前,可測取儀器免棱鏡測程內的所有需測的斷面。此方法優點在于不用頻繁搬動儀器,可測取任一需測斷面,但開挖后的斷面表面凹凸不平,斷面每個點位的測取需重復多次。對襯砌后輪廓規則的斷面此法測量速度將大大快于前一種方法。

將不同斷面的外業測量記錄輸入裝有相應斷面測量后處理軟件的計算機,計算機經過分析、計算與理論斷面比較等處理過程,最后輸出實測及理論斷面比較圖形、斷面面積、超、欠挖面積等有關參數(見圖2)。

    圖2  斷面測量成果輸出圖

3.3圍巖凈空位移量測

隧道采用鉆爆法施工,根據新奧法基本原理,運用圍巖監控量測來掌握施工過程中圍巖變形及支護狀況,及時準確獲取監測信息,并指導施工,以達到安全、可靠、經濟的目的。為快速、高效、準確完成圍巖凈空位移量測任務,采用三維非接觸量測新技術。其基本原理是利用全站儀自由設站遠距離測定量測點點位不同時段的三維坐標,將測量數據輸入計算機進行后處理,最后輸出監測成果。全站儀內相應配圍巖收斂檢測模塊,計算機內配圍巖收斂分析處理輸出模塊。

自由設站三維非接觸觀測系統由觀測主機全站儀、反射靶標、后視基準點及計算機組成。

后視基準點要求穩固,其坐標可根據現場情況自行設置或利用隧道內控制測量的導線點;反射靶標采用3mm厚的薄鋁板制成70×

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