双层双向4车道隧道

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中路隧道*全夜约2 , 8公里，计划2 O O 6年邑月竣工通车 4 （完〉1前言

全站仪以其高度自动化和准确快捷的定位功能在目前工程测量工具上确

立了其统治地位。许多新技术运用到全站仪的制造和使用当中，如无反射

棱镜测距、目标自动识别与瞄准、动态目标自动跟踪、无线遥控、用户编

程、联机控制等。在隧道控制测量中，全站仪业已普及，但以其作为隧道

施工测量的测量工具并不多见。新建隧道施工中的最主要工序，如掘进掌

子面放样、断面测量及围岩净空位移量测等，与工程的经济效益、安全质

量有着根本的联系。免棱镜测距技术的应用，通过辐射测量极坐标的方

式，能够准确、快速地完成隧道掘进放样、断面测量、围岩净空位移量测

等主要施工测量工作，全部测量内业利用计算机自动处理，为隧道施工测

量带来技术革命，为整个工程节约时间、减少投资。本文以新原高速公路

雁门关隧道施工为例，介绍应用全站仪免棱镜测距

这一新兴技术来进行隧道开挖放样、断面测量及围岩净空位移量测等隧

道施工日常测量工作。

2工程概况

新原高速公路雁门关隧道位于山西代县境内，为目前国内高速公路

最长隧道，是新原高速公路的咽喉控制工程。设计为4车道双洞单向行驶隧道，左洞长5235米，右洞长5323米，净宽10米，净高6米。6B 合同段为出口段，全长5175米（左洞长2560米，右洞长2615米）。该段地质条件复杂，其中III类及以下围岩占全段的76.8%,成为该隧道施工的难点。隧道施工中掘进放样、开挖后断面测量及围岩监测等测量任务重，尤其是超欠挖所带来的经济损失更是不容忽视。对此，选择徕卡TCRA110型免棱镜测距全站仪来进行开挖放样、断面测量及围岩净空位移量测等主要日常测量工作。徕卡TCRA1101型全站仪，测角精

度为1.5 〃，测距精度为2+2PPm免棱镜测量标称距离为25Om 3免棱镜测距技术的应用

3.1掘进掌子面断面放样

放样前，先将隧道设计参数如洞门点坐标及高程、纵坡参数、开挖断面形状等通过有关程序输入仪器内存。放样时仪器可臵于导线点或利

用自由测站、后方交会程序完成设站工作，包括设臵测站点三维坐标、仪器高、方位角。为使仪器与掌子面距离不至于太远，仪器一般不直接安臵于导线点上，而通常采用后方交会方式来完成仪器的设站工作。临时后视点可埋设在边墙上，但须注意检查其稳定性。

仪器建站后，首先瞄准掌子面（仅用激光点对准一激光与望远镜同轴）测出掌子面至仪器站的距离，仪器计算出掌子面的里程，根据里程及有关输入的参数定位掌子面开挖断面，而后开始进行开挖轮廓线上点的测设。放样点可按设臵间距从左到右、从中间向两侧等不同顺序测设。当红色激光指向第一个点位确定后，点上红油漆就完成一个点位的放样工作，按操作键仪器在马达的驱动下转向下一个点，依此类推放样完所有的点。

当掌子面不平时，应增加每个点位的测量次数，一般设为3至6次, 并给出点的允许偏差，仪器每测一次得所测点位的三维坐标并计算出激光点离设计轮廓的偏移值，将修正偏移值后重测其坐标值，重算偏移值，若偏移值在允许偏差范围内，激光点处位臵即可认为是开挖轮廓线上的点，否则重测。

利用此程序还可以放样出掌子面每一个炮孔的设计位臵。

3.2断面测量

徕卡TCRA1101 PLU型全站仪机内配臵有两个程序可以进行断面测量。一个是在所测断面内的任一位臵安设仪器，可用后方交会、自由测站或已知站点设站，确定仪器的三维坐标及设臵方位角，然后启动断面测量程序，设臵好有关参数后，仪器在司服马达的驱动下照准布于隧道轴线法线的竖直平面旋转一周，同时按设臵间隔距离测取仪器到各测点的距离及角度，并存储于仪器内存或PC卡上，即完成一个断面的外业测量工作（图1所示）；另一断面测量程序是仪器不一定安臵在所测断面垂直面内，建站工作同前，可测取仪器免棱镜测程内的所有需测的断

面。此方法优点在于不用频繁搬动仪器，可测取任一需测断面，但开挖后的断面表面凹凸不平，断面每个点位的测取需重复多次。对衬砌后轮廓规则的断面此法测量速度将大大快于前一种方法。

将不同断面的外业测量记录输入装有相应断面测量后处理软件的计

算机，计算机经过分析、计算与理论断面比较等处理过程，最后输出实

测及理论断面比较图形、断面面积、超、欠挖面积等有关参数。

3.3围岩净空位移量测

隧道采用钻爆法施工，根据新奥法基本原理，运用围岩监控量测来

掌握施工过程中围岩变形及支护状况，及时准确获取监测信息，并指导施工，以达到安全、可靠、经济的目的。为快速、高效、准确完成围岩净空位移量测任务，采用三维非接触量测新技术。其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测定量测点点位不同时段的三维坐标，将测量数据输入计算机进行后处理，最后输出监测成果。全站仪内相应配围岩收敛检测模块，计算机内配围岩收敛分析处理输出模块。

自由设站三维非接触观测系统由观测主机全站仪、反射靶标、后视基准点及计算机组成。

后视基准点要求稳固，其坐标可根据现场情况自行设臵或利用隧道

内控制测量的导线点；反射靶标采用3mn厚的薄铝板制成70X8Omm勺方板，表面贴上60X60mm⅛勺反射膜片，中间钻直径为3mn⅛勺小孔，用膨胀螺栓锚固在初期支护的表面或点焊在初期支护的钢筋上，按有关规范要求在隧道内进行点位布臵。测量时中心小孔为照准点，观测时反射膜片与仪器光轴的倾斜角度应不大于30度，以减少照准对测距的影响。

观测前，对全站仪进行调校，使仪器处于最佳状态。观测时，打开仪器的角度改正及补偿器功能，并对仪器进行气压和温度的气象改正。观测采用记录测量模式，所有观测数据均存储在模块内。

全站仪采用自由设站，但为了消除膜片倾斜对测距的影响，每次量测时测站位臵应大致相同。观测时采用三次重复设站，每次设站采用双盘测回结合三次重复照准的冗余观测方法，即每一测站上分别用两个盘位连续、重复照准三次目标点，然后取平均值作为一次设站观测的结果。量测频率主要根据位移速度和测点距开挖面的距离而定。一般在测点埋设初期测试频率每天1-3次，随着围岩渐趋稳定，量测次数减少，当出现不稳定征兆时，增加量测次数。当围岩达到基本稳定后，以1次/3日的频率量测2周，若无明显变形，则可结束量测。

将每次测量记录按要求输入装有后处理程序的计算机，计算机将自动分析处理量测数据，并相应输出量测成果，并打印报表。

4结论

免棱镜测距技术应用于隧道测量有如下优点:

(1)测量速度快

掘进放样、断面测量、围岩净空位移量测等每一断面均可在几分钟

内完成。

(2)准确

一是测设定点精度准确。其精度可依工程所需而定，可达几毫米的精度。二是固定性。程序编制时要求仪器自动寻找断面上相同的点(即虽掌子面里程不同，但所放样各点在隧道纵向上相对于隧道中线、轨面