隧道竣工测量的技术应用

隧道竣工测量的技术应用

邹茂来

中国建筑第八工程局有限公司上海分公司 江苏省苏州市 215000

摘要：隧道施工完成，为了检查评定隧道结构的施工精度是否符合设计要求，为下一步隧道移交和营运工作提供基础资料，通常需要实施隧道竣工测量。隧道竣工测量由于特殊的工程位置特征其处于封闭昏暗的地下空间环境，竣工测量的手段和技术实施更具难度有别于露天工程的开阔明亮，必须针对性地制定竣工测量方案。本文就如何开展隧道竣工测量，如何保证竣工测量成果的精度作出几点论述。

关键词：隧道竣工测量；控制网；测量手段；测量精度

前言：随着测绘科学技术的不断进步，测量仪器设备变得愈加先进和功能全面化，隧道竣工测量的方式也变得多样化。但是隧道竣工测量利用不同的测量手段目的是一致的，就是按设计要求精度获得隧道断面数据。这些断面数据可以是拆分成纵横向、竖向独立的两个体系，也可以是整合成一体的三维体系。根据竣工测量数据具体要求，利用隧道断面扫描仪、全站仪、电子水准仪等测量仪器采取完整的坐标数据。

1.隧道内竣工测量控制网建立

由于隧道施工的不断推进，铺装或者路面层施工不断覆盖，隧道施工阶段的测量控制点往往被破坏或者无法形成统一坐标系。竣工阶段需要在隧道内部重新建立一套完整的坐标高程控制网，该坐标高程控制网的精度要求和设计规定的精度相符。

根据隧道线路的长度和隧道测量设计精度要求布置测量坐标高程控制点，由于隧道的狭长结构特点，一般采用附和导线形式布置坐标控制网，高程控制点采用附和水准路线进行高程传递。下面两个图是简易的符合导线和水准路线的示意图：

        图1附和导线示意图 图2附和水准路线示意图

随着隧道长度的增加，常规附和导线精度很难达到设计要求，例如6公里长的隧道设计测量精度是工程测量四等精度，由于隧道导线边长受隧道曲率半径限制，如果隧道转弯过多，曲率半径过小，导线边长限制到一两百米甚至百米以内。根据四等导线规范要求，平均边长要求1.5km，最短边长也是要求不小于平均边长的1/3。如何解决这个问题，这时可以选择更改导线的布设形式。

由于隧道横向宽度狭窄的限制，传统的四边形导线网难以布设。可以在隧道同一断面布设成对的加密控制点，在每个加密控制点上观测后视方向和前视方向所有观测点除了不观测同断面的加密控制点。由于同断面加密控制点边长极短，观测极大地影响整个导线网的精度。这样的导线网类似于交叉四边形导线网可以大大提高控制网精度，具体布设放式如下图示意:

图3 狭长隧道交叉四边形导线网

该导线网不断形成闭合的四边形，由长伸附和导线演变成闭合导线网，采用高精度全站仪根据四等控制测量规范要求在单测站上，以方向测回法采取每个测点的方向值和距离值。最后用导线网平差软件计算求得每个平面控制点的精确平面坐标，将有效地解决了单一附和导线精度不足的问题。

平面控制网建立之后要赋予每个平面点高程数据，构成三维控制测量网，高程测量方式有三种：普通水准仪水准路线传递、电子水准仪高精度水准传递、高精度全站仪三角高程传递。根据隧道路线长度选用，短距离隧道选用普通水准仪，长距离高精度要求隧道选用高精度电子水准仪，普通长度低精度隧道可以选择全站仪三角高程测量法。三角高程测量施测最为高效快捷，在施作平面导线控制网的时候可以同步采取数据，极大地提升了竣工测量控制网的建立效率。

2.隧道竣工测量断面数据采集

建立完平面高程控制网后，便进入隧道竣工断面数据的采集阶段。该阶段工作可以采用两种方式：一是利用全站仪直接采集断面数据；二是利用隧道断面扫描仪扫描断面数据。

第一种方式将全站仪架设在加密平面高程控制点上，后视其他加密平面高程控制点，定向设站，建立一套三维坐标系统。通过全站仪的隧道断面数据采集模式，设置好每个断面数据采集密度和断面距离间隔。全站仪可以自动采集好隧道断面三维坐标数据，该断面点三维坐标数据可以通过软件转化成该点的里程、偏距和高程分列数据，通过断面绘制软件绘制成隧道断面轮廓。

第二种方式将隧道断面扫描仪同样架设在平面高程控制点上，不需要后视便可以求得扫描点的三维坐标。由于架设点坐标已知，通过扫描仪的扫描可以形成点云数据。扫描仪根据脉冲信号可以计算出测点P与扫描仪距离S，还有激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。根据坐标转换计算公式可以求得测点三维坐标。坐标转换公式和示意图如下：

Xp=S*cosβ*cosα;Yp=S*cosβ*sinα;Zp=S*sinβ

断面数据具体采取方式可以根据项目部测量仪器配备的情况和项目数据精度要求来选用，扫描仪优点是快速简便，缺点是精度不高，全站仪采集优点是精度高缺点是效率较低。

图4扫描仪坐标转换示意图

结束语

隧道的竣工测量工作时间紧，任务重，事先制定一套快速高效且符合要求的竣工测量方案格外重要。不但保证了竣工测量成果的精度，也可以按部就班，有条不紊地顺利完成这项重要的收尾攻坚工作。