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全站儀在隧道拱頂沉降測量中的運用論文
摘要：開展隧道施工時，選擇高性能全站儀，進行拱頂沉降測量，極具精度優(yōu)勢。文章將傳統(tǒng)拱頂沉降測量方法與高性能全站儀測量方式進行對比，并實施精度分析，從而對全站儀在隧道拱頂沉降測量中的可行性及有效性進行論述，達到良好的隧道拱頂沉降測量效果。
關(guān)鍵詞：全站儀；隧道；拱頂沉降；測量
拱頂沉降測量是隧道施工和參數(shù)獲取的主要依據(jù)。其測量過程中涉及到的相關(guān)內(nèi)容比較多，需優(yōu)選測量設(shè)備。當(dāng)前，精密水準(zhǔn)儀懸掛銦鋼尺在隧道拱頂沉降測量中應(yīng)用比較普遍，但其很容易受光線及外部施工環(huán)境干擾，且人員消耗量大。將高性能全站儀應(yīng)用到隧道拱頂沉降測量中，通過非接觸測量方法，對橋梁橋面變形進行精確測量，不僅能夠提高測量效率，而且應(yīng)用效果極佳。
1.全站儀概述
全站儀屬全站型電子測距儀，其能夠有效測量水平角、垂直角、高差、距離等。以光電掃描度盤為主，對讀數(shù)進行自動記錄和顯示，測角操作非常簡單，也能夠避免不必要的讀數(shù)誤差。將儀器安置一次，就能夠順利完成該測站上的全部工作。其在地下隧道施工中應(yīng)用比較普遍，測量過程簡便，而且測量結(jié)果極為精確。其水平度盤、豎直度盤和讀數(shù)裝置分別通過光柵度盤和讀數(shù)傳感器實現(xiàn)。依據(jù)角度測量精度，可將其劃分為0.5”、1”、2”、3”、5”7”等多個等級。該工程背景下，要結(jié)合隧道拱頂沉降測量要求，對全站儀進行合理選擇和應(yīng)用，達到預(yù)期工程測量目標(biāo)。
2.拱頂沉降監(jiān)測方法
2.1傳統(tǒng)測量方法
以往隧道拱頂沉降監(jiān)測中，多用精密水準(zhǔn)儀懸掛銦鋼尺的方式。其優(yōu)點是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，精度高。但實際應(yīng)用過程中，仍然存在諸多限制性因素。因每次測量都要在測試點處進行倒鉤鋼尺設(shè)置，測量結(jié)果很容易受外部人為因素干擾。拱頂沉降測量點的位置在隧道中心線上，執(zhí)行測量工作時，隧道無法正常施工。倘若測點距離掌子面很近，又會因掌子面處于施工狀態(tài)，無法對倒鉤鋼尺進行設(shè)置，使測量工作受到干擾，嚴(yán)重影響測量質(zhì)量及效率。
2.2新測量方法
應(yīng)用高性能全站儀三角高程法，借助反光貼，開展非接觸測量。在固定位置，對測站進行設(shè)置，測站距后視點及測量點的距離應(yīng)相等。應(yīng)用棱鏡對后視點進行測量，而且其應(yīng)為固定高度，將反光貼應(yīng)用到測量點中，將測量距離控制在30-50m之間。將后視點和測量點測量次數(shù)控制在三次，測量結(jié)果取平均值。該測量方法效率比較高，人為因素對測量結(jié)果的影響相對較小，也不會干擾隧道正常施工。
3.全站儀精度分析
將全站儀三角法應(yīng)用到本次測量工作中，將測點裝置設(shè)置在隧道拱頂測點部位，該裝置中要包含固定反光貼。在隧道地面進行基準(zhǔn)點設(shè)置，該過程中，選用全站儀棱鏡測量方式，并用無棱鏡模式，對拱頂測點進行測量。如圖1所示。
文獻研究可知，該觀測中，選用1.0”全站儀三角高度單向測量方式，并對地球曲率和大氣折光等指標(biāo)進行考量。倘若豎直角不超過20°，前后視距離在100m之內(nèi)，它的撓度中誤差在1.06mm以內(nèi)；如果豎直角不超過40°，前后視距離在100m之內(nèi)，它的撓度中誤差在2.00mm以內(nèi)。該觀測中，選用0.5”全站儀三角高度單向測量方式，考量地球曲率和大氣折光的相關(guān)指標(biāo)。倘若豎直角不超過20°，前后視距離在100m之內(nèi)，它的撓度中誤差在0.53mm以內(nèi)；倘若豎直角不超過40°，前后視距離在100m之內(nèi)，它的撓度中誤差在1.00mm以內(nèi)。
4.工程實例
以某隧道為例，該隧道左、右洞設(shè)計指標(biāo)分別為：左洞起止樁號K152+628-K153+426，設(shè)計長度798m；右洞起止樁號K152+520-K153+290，設(shè)計長度770m。
隧道區(qū)域地貌特征是巖溶峰叢谷地，海拔140-400m。該隧道進洞口段和出洞口段山體斜坡自然坡角分別在10°～18°，上部坡度陡峭，下部坡度很緩，隧道進口、出口部位均有很穩(wěn)定的自然斜坡。該隧道不會受地表水影響，該范圍內(nèi)的地下水特征是第四系覆蓋層中的孔隙水、巖溶水和基巖裂隙水等，無明顯富水性特征。
該工程背景下，分別用到兩部精密水準(zhǔn)儀和全站儀，觀測內(nèi)容是該工程右洞K302+560處的拱頂沉降測點。精密水準(zhǔn)儀拱頂測點和全站儀拱頂測點的布置位置相同。測量人員要依據(jù)具體工程情況，對測量點位置進行嚴(yán)格考量和選擇。
測量結(jié)果表明，0.5”全站儀和精密水準(zhǔn)儀、1.0”全站儀和精密水準(zhǔn)儀、0.5”全站儀和1.0”全站儀均存在測量偏差。采用全站儀測量方式和精密水準(zhǔn)儀測量得出的數(shù)據(jù)基本相同。表明，在隧道拱頂沉降測量中，應(yīng)用0.5”全站儀極為有效，且具備可行性。相較于傳統(tǒng)測量方法，全站儀的測量精度和測量效率都比較高，不會對隧道施工產(chǎn)生太大影響或干擾，在隧道工程應(yīng)用中極具適用性，且效果極佳。
5.全站儀測量隧道拱頂沉降措施
在基準(zhǔn)點和測點中間，對觀測站進行設(shè)置，該過程中，要對觀測站進行準(zhǔn)確標(biāo)識。每一次將監(jiān)測站設(shè)置在同一位置，對其進行固定測量。采用該種設(shè)置方式，能夠?qū)y距和豎直角誤差進行有效規(guī)避。分別將設(shè)站與測點、設(shè)站與基準(zhǔn)點的距離控制在30m-50m左右。假使距離過小，很容易使豎直角角度增加；而且，如果距離過大，也會增加測量誤差。
6.結(jié)語
綜上所述，將高性能全站儀應(yīng)用到隧道拱頂沉降測量中，測量過程極為簡便，既能夠縮短測量時間，又能夠提高測量效率，不會對施工過程產(chǎn)生影響，有助于降低工程實踐中的各類誤差問題，使隧道拱頂沉降測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，以達到良好的沉降監(jiān)測效果，提高工程建設(shè)質(zhì)量。
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