激光指向仪在隧道施工中的应用

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激光指向仪在隧道施工中的应用
引言：
随着社会的不断进步，我国的铁路事业也如火如荼的开展。

在新建铁路和公路以及城市轨道交通的施工中,长大隧道通常是全线的控制性工程,一般工期都较为紧迫。

进行隧道施工测量时,必须要快速、准确、及时,以便有效控制隧道掘进方向,尽快掌握隧道的超欠挖情况。

由于施工隧道中光线弱、空间小、气象差等不利的测量条件向测量工程师及其使用的测量仪器和技术提出了挑战。

用常规方法进行隧道中线测量时,需要洞内停工、通风并加强照明,要占用宝贵的洞内施工时间,在洞内定桩容易破坏,使用也不方便。

一、激光指向仪的特点
激光指向仪具有价格低廉、安装调试简单、发射可见光、使用方便等特点,能指示隧道掘进的方向和坡度,可以快速准确地标定隧道中线位置,从而有效地控制隧道的超欠挖。

所以激光指向仪在隧道的使用越来越广泛。

而且在隧道内合理使用激光指向仪,能大大提高隧道施工质量和速度。

二、测量在隧道中的重要性
在隧道施工过程中，测量贯穿整个施工过程的始末，它指导隧道施工的每一步。

每一步施工都需要测量作为前提条件，测量必须准确。

只有在测量准确的条件下，其后的施工工序才能有效进行。

否则可能会浪费大量的人力物力，并造成一定的经济损失。

再者，测量工作质量的好坏直接影响整个隧道工程的工程质量、施工工期和工程造价。

为提高隧道工程的质量和外观，测量在整个施工过程中起着不可忽视的先决作用。

三、激光指向仪的安装及保护
1.激光指向仪的安装位置激光指向仪的安装原则为方便复测、容易被保护。

激光指向仪既可以安置在隧道顶部,使激光光束和隧道中线重合,也可以安置在隧道边墙上,使激光光束和隧道中线平行。

X-X区间隧道A断面（台阶法施工单导洞）激光指向仪安装位置在隧道顶部，E段面（CRD法施工多导洞）激光指向仪安装在隧道边墙。

2.激光指向仪的安装方法我们以x-x区间暗挖隧道A断面激光指向仪安装为例。

安装如下图1所示，将直径为18mm的两根锚杆埋设在隧道顶部，锚杆的高度离拱顶50cm左右。

用拉杆将两根锚杆连接，以增加其稳定性，最后接通电源。

图1 3．激光指向仪的保护激光指向仪安装到位以后，用直径为6mm的网片将激光指向仪围住（如图2所示），以免施工时碰撞激光指向仪。

然后将激光指向仪的电线固定，以免因其电线晃动而导致激光指向仪发生变动，照成错误。

四、激光指向仪的调试
根据隧道线型的不同可分为两种情况，一是直线隧道，二是曲线隧道。

1.直线隧道
直线隧道内安置的激光指向仪应满足:○1激光光束和隧道中线平行或重合;○2激光光束的坡度和隧道坡度一致。

这样可以利用激光光束方便控制隧道平面及高程。

在直线隧道内安置的激光指向仪经过调试,满足了激光光束和隧道中线重合、激光光束的坡度和隧道坡度一致的条件。

则任一激光点和隧道中线的距离e为0、激光点和隧道拱顶间的高差h均为定值。

根据激光指向仪调试结束时测定激光点的高程并参照设计图纸,可以确定h的值，如下图3。

隧道掘进时,平面中线控制在与激光点重合，由激光点沿铅垂线方向量取h,得到隧道施工的拱顶高程,从而可以对隧道的开挖断面进行控制。

2.曲线隧道在曲线隧道中,不能满足激光光束和隧道中线平行的条件。

在平面控制时一般采用弦线支距法和切线支距法。

（1）弦线支距法弦线支距法是以曲线两个端点连接而成的一个弦线为基准线。

曲线上任意一
5 点p点的支距y0将逐渐变大，大到一个极大值E为止再变小，最终为0，则支距y0值始终在一个有上限值范围内变化。

弦线支距法具有支距短、误差不累计、简单、弦线和激光指向仪变动次数少等优点，故曲线隧道一般选用弦线支距法。

（2）切线支距法切线支距法是以曲线的起点或终点为坐标原点，原点至交点的切线方向为X轴，坐标原点至的半径为Y轴。

曲线上任一点P即可用坐标值X和Y来设置。

切线支距法简单，各曲线点相互独立，无测量误差累积。

但由于安置仪器次数多，速度较慢，支距长，同时检核条件较少，故一般适用于半径较大、Y值较小的平坦地区曲线测设。

弦线支距法和切线支距法支距的获取方法一样。

我们X-X区间，采用弦线支距法。

弦线支距法一般取40m弦长为宜，激光可以控制50m左右。

高程控制与直线隧道相同，也是将激光光束的坡度调整到和隧道坡度一致即可。

在曲线隧道内,激光光束和隧道中线之间的距离随里程不同而变化,为此需要编制激光支距表来指导隧道掘进。

如图4所示,在对应激光光束某点K0处作为量算支距的起点,每间隔距离d量取激光支距e1,e2等,再减去线路中线与隧道中线的偏移值E,从而得到隧道中线上的各点
激光支距的获取方法有2种:○1采用线路中线坐标与弦线（激光线）上对应的坐标进行反算得出支距;○2在计算机上利用CAD软件绘制出线路中线和激光光束直线,按规定的间隔距离d绘制出支距线,然后直接查询各支距的值。

由于激光指向仪光束的坡度已经调整到和隧道坡度一致,对高程的控制方法与直线隧道相同。

X-X区间隧道激光指向仪调试方法：
首先要确定激光指向仪安装的里程，算出该里程的中心线坐标。

然后算出该里程40m 出的中心线坐标，并算出方位角。

然后将全站仪架设在激光指向已与掌子面中间，如图4所示，再用用全站仪测量出激光指向仪坐标与高程，测出掌子面激光点坐标与高程。

用这两点坐标算出激光走向，是否与理论方位角相同，若不相同，调试激光指向仪使其相同。

用激光指向仪高程与掌子面激光高程算出激光走向坡度，是否与设计坡度相同，如不相同，调试激光指向仪使其相同。

最后可用已知点BM1求出掌子面激光标高与拱顶标高关系。

从而下发技术交底。

（具体事项见监测部技术交底）
图4
五、激光指向仪使用注意事项
1.仪器调试完毕后,应将激光光束与隧道中线、隧道坡度的关系向施工人员下发书面交底;
2.每次使用前应检查光束是否偏离正确位置,发现问题应及时进行调整;
3.曲线隧道每掘进10m,要进行一次检查测量,并根据测量结果调整隧道中线和坡度;
4. 激光指向仪如果受到施工震动、光斑偏移、隧道拱顶变形、人工碰撞以及其他意外因素的影响而发生变化应立即告知监测部，以免发生错误。