激光隧道斷面儀在現(xiàn)代隧道施工中的應(yīng)用

1、激光隧道斷面儀在現(xiàn)代隧道施工中的應(yīng)用摘要：在秦嶺號(hào)隧道施工中用激光隧道斷面儀對(duì)開(kāi)挖斷面、初期支護(hù)斷面、隧道凈空驗(yàn)收進(jìn)行檢測(cè)，為提高隧道施工質(zhì)量提供可靠依據(jù)，同時(shí)通過(guò)超、欠挖控制節(jié)約了隧道施工成本。關(guān)鍵詞：斷面儀     隧道        施工       應(yīng)用一、工程概況    西漢高速公路秦嶺號(hào)特長(zhǎng)隧道，是陜西省“米”字型公路網(wǎng)骨架戶縣澇峪口至筒車灣段高速公路的咽喉工程，是我國(guó)國(guó)道主

2、干線（GZ40）二連浩特至河口穿越陜西境內(nèi)最艱巨的工程地段。該工程跨越我國(guó)南北分界的秦嶺山脈，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、工程施工難度大。秦嶺號(hào)特長(zhǎng)隧道為上下行線分離式隧道，下行線單洞長(zhǎng)度為4930m。我單位承建下行線進(jìn)口段2160m，施工里程為XK76+660XK74+500。    秦嶺號(hào)隧道下行線進(jìn)口施工過(guò)程中為了提高施工質(zhì)量和控制成本，在施工中首次采用激光隧道斷面儀對(duì)全過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)，取得了良好的效果?，F(xiàn)將如何利用激光斷面儀掃描斷面圖和分析斷面掃描圖加以論述，在今后隧道施工中以供參考。二、檢測(cè)方法   （一）、儀器介紹   

3、; BJSD2B型激光隧道斷面儀是建立在無(wú)合作目標(biāo)激光測(cè)距技術(shù)和精密數(shù)字測(cè)角技術(shù)之上的。極坐標(biāo)測(cè)量法和計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密相結(jié)合，加上專門(mén)設(shè)計(jì)的圖象處理軟件，能迅速得到隧道斷面圖與設(shè)計(jì)圖進(jìn)行對(duì)比，以至可以快速給出檢測(cè)報(bào)告文件。其主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)距精度優(yōu)于±1mm；測(cè)角精度優(yōu)于0.1 。   （二）、外業(yè)測(cè)量    外業(yè)測(cè)量主要是選定要檢測(cè)的隧道橫斷面，用斷面儀掃描斷面并貯存數(shù)據(jù)為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理提供有力的數(shù)據(jù)保障。外業(yè)測(cè)量是整個(gè)檢測(cè)工作的關(guān)鍵，在外業(yè)測(cè)量中要注意所檢測(cè)斷面必須垂直于行車道中線（隧道中線）。在測(cè)量中主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵工序：

4、0;   1、橫斷面的確定    為了能夠精確、真實(shí)而客觀地反映出所要檢測(cè)的隧道斷面特征，首先用全站儀在隧道開(kāi)挖隧底上確定行車道中線標(biāo)志點(diǎn)，和在隧道側(cè)壁上確定同斷面標(biāo)記點(diǎn)，并記錄行車道中線標(biāo)志點(diǎn)里程和標(biāo)高。標(biāo)志點(diǎn)一般選在特征斷面處，這樣更有分析價(jià)值，標(biāo)志點(diǎn)屬臨時(shí)點(diǎn)，勿用紅油漆標(biāo)記，因?yàn)榧t色對(duì)儀器有感應(yīng)影響檢測(cè)結(jié)果。以秦嶺號(hào)隧道下行線進(jìn)口XK76+450+440段為例，測(cè)出該段行車道中線標(biāo)志點(diǎn)里程為：XK76+446.72；標(biāo)高為：H標(biāo)志點(diǎn)=1596.071。    2、掃描和數(shù)據(jù)貯存  

5、0; 確定了標(biāo)志點(diǎn)后，把斷面儀架設(shè)在隧道行車道中線標(biāo)志點(diǎn)XK76+446.72處，打開(kāi)電源，在測(cè)量控制器上選擇“測(cè)量”，同時(shí)檢測(cè)頭主機(jī)出現(xiàn)激光器亮點(diǎn)，利用激光對(duì)中整平原理進(jìn)行對(duì)中整平。松開(kāi)檢測(cè)頭主機(jī)方位鎖緊螺旋，將測(cè)量頭的激光束通過(guò)選擇測(cè)量控制器上的“手動(dòng)測(cè)量”方式調(diào)整到隧道側(cè)壁上已放好的標(biāo)志點(diǎn)處，瑣緊水平鎖緊螺旋，此時(shí)儀器已處于垂直于隧道軸線的位置。BJSD2B型激光隧道斷面儀檢測(cè)方式有手動(dòng)檢測(cè)、定點(diǎn)檢測(cè)和連續(xù)檢測(cè)，在隧道斷面檢測(cè)中以定點(diǎn)檢測(cè)為主，定點(diǎn)檢測(cè)方式能準(zhǔn)確檢測(cè)出每點(diǎn)相對(duì)于儀器的機(jī)械軸心的距離和角度。定點(diǎn)檢測(cè)主要參數(shù)設(shè)定為檢測(cè)起始角度最小為30°，檢測(cè)終止角度為330

6、76;，檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)為 2150個(gè)，根據(jù)測(cè)設(shè)需要設(shè)置合理的參數(shù)。在秦嶺號(hào)隧道下行線進(jìn)口隧道斷面檢測(cè)過(guò)程中定點(diǎn)檢測(cè)參數(shù)為：起始角30°、終止角330°、檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)50個(gè)。定點(diǎn)檢測(cè)第一個(gè)點(diǎn)為行車道中線標(biāo)志點(diǎn)，第二個(gè)點(diǎn)為起始角度點(diǎn)處，最后點(diǎn)為終止角度點(diǎn)處。斷面儀掃描方向即可是順時(shí)針也可是逆時(shí)針，但有橫坡的隧道檢測(cè)方向必須為逆時(shí)針，因?yàn)橹谱鳂?biāo)準(zhǔn)斷面時(shí)角度以垂直向下為“0”度角，逆時(shí)針?lè)较蛟黾?。秦嶺號(hào)隧道下行線進(jìn)口由于路面為2%橫坡，設(shè)計(jì)隧道中線垂直于路面，致使隧道整體產(chǎn)生1°845的傾角，所以檢測(cè)時(shí)以逆時(shí)針為主。當(dāng)斷面儀掃描完畢后選擇測(cè)量控制器上“貯存數(shù)據(jù)”這樣該斷面的測(cè)量

7、數(shù)據(jù)已貯存在測(cè)量控制器內(nèi)。按同樣的方法進(jìn)行下一點(diǎn)的檢測(cè)。   （三）、標(biāo)準(zhǔn)斷面的編輯    為了能讓外業(yè)掃描的斷面與設(shè)計(jì)斷面加以比較，在已裝入BJSD2B型激光隧道斷面儀專用軟件的PC上編輯標(biāo)準(zhǔn)斷面，標(biāo)準(zhǔn)斷面的編輯是整個(gè)檢測(cè)工作內(nèi)業(yè)的關(guān)鍵。編輯標(biāo)準(zhǔn)斷面首先要確定兩維坐標(biāo)的圓點(diǎn)，兩維坐標(biāo)的圓點(diǎn)一般選定為軌面或設(shè)計(jì)零面的中心，秦嶺號(hào)隧道下行線進(jìn)口以隧道行車道中線和隧道中線的交點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)斷面的兩維坐標(biāo)圓點(diǎn)，垂直向上為垂直坐標(biāo)“Z”的正值，水平向右為水平坐標(biāo)“X”的正值。標(biāo)準(zhǔn)斷面有若干段“弧”組成，每段“弧”所需設(shè)置的參數(shù)為：圓心位置（米），左負(fù)、右

8、正；半徑（米）；起始角度（度）垂直向下為“0”度角，逆時(shí)針?lè)较蛟黾樱唤K止角度（度）和方向。直線與直線相連接只需表示出端點(diǎn)位置，點(diǎn)的表示只表示出點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)（左負(fù)、右正、上正、下負(fù)），半徑、起始角和終止角為“0”。秦嶺號(hào)隧道下行線進(jìn)口類圍巖設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面圖（見(jiàn)圖一）的標(biāo)準(zhǔn)斷面編輯方法為：    1、“弧一”參數(shù)的設(shè)定：    圓心：   X=            Z=    半徑

9、：    0      起始角度：0°    終止角度：0°    方向：    逆時(shí)針    2、“弧二”參數(shù)的設(shè)定：    圓心：    X=            Z=

10、60;   半徑：    6.13    起始角度： 84.259°    終止角度： 273.449°    方向：     逆時(shí)針    3、“弧三”參數(shù)的設(shè)定：    圓心：    X=        &

11、#160;     Z=    半徑：    0      起始角度：0°    終止角度：0°   方向：    逆時(shí)針   標(biāo)準(zhǔn)斷面起始坐標(biāo)“Z”值設(shè)為0，一般對(duì)于編輯帶有標(biāo)高的標(biāo)準(zhǔn)斷面則設(shè)定起始坐標(biāo)“Z”值，否則為0。則得到類圍巖開(kāi)挖標(biāo)準(zhǔn)斷面圖為（見(jiàn)圖二）：   

12、                           圖  二   （四）數(shù)據(jù)和圖象處理    1、傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)    用專用電纜將測(cè)量控制器與裝有軟件的PC“打印接口”相連接，選擇測(cè)量控制器上的“傳輸數(shù)據(jù)”和PC上的“接收測(cè)量數(shù)

13、據(jù)”，這樣將外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上并保存，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。    2、導(dǎo)入測(cè)量斷面    在裝有軟件的PC上打開(kāi)已編輯好的標(biāo)準(zhǔn)斷面，在標(biāo)準(zhǔn)斷面內(nèi)選擇“導(dǎo)入測(cè)量斷面”，選擇需要編輯的外業(yè)測(cè)量斷面。    3、編輯當(dāng)前斷面    在裝有軟件的PC上選擇“編輯當(dāng)前斷面”，對(duì)已選擇的斷面進(jìn)行編輯。打開(kāi)當(dāng)前斷面將會(huì)顯示垂直坐標(biāo)“Z1”、“水平坐標(biāo)“X1”，該坐標(biāo)是測(cè)頭主機(jī)機(jī)械軸心在以外業(yè)測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)為兩維坐標(biāo)圓點(diǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)值，Z1、X1將換算成在標(biāo)準(zhǔn)斷面坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的坐標(biāo)值Z、

14、X。秦嶺號(hào)隧道下行線進(jìn)口XK76+446.72處當(dāng)前斷面坐標(biāo)值Z1=1.567、X1=0，該處標(biāo)準(zhǔn)斷面兩維坐標(biāo)圓點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高：H圓點(diǎn)=1596.310，則其換算值如下：Z=Z1+（H標(biāo)志點(diǎn)H圓點(diǎn)）=1.567+(1596.0711596.310)=1.328X= X1+0=0注：當(dāng)在確定隧道行車道中線標(biāo)志點(diǎn)遇到障礙物時(shí)，可以讓標(biāo)志點(diǎn)偏移行車道中線X2（左負(fù)、右正），這樣在編輯當(dāng)前斷面時(shí)X= X1+ X2。則得到XK76+446.72處開(kāi)挖斷面掃描圖為（見(jiàn)圖三）：    （五）綜合分析    對(duì)開(kāi)挖斷面掃描圖（見(jiàn)圖三）進(jìn)行綜合研究和分析，

15、可以得到秦嶺號(hào)隧道下行線進(jìn)口XK76+450+440段隧道開(kāi)挖情況如下：    1、隧道除右側(cè)邊墻有欠挖外其余地方均無(wú)欠挖，建議對(duì)右側(cè)邊墻欠挖部分及時(shí)進(jìn)行處理。    2、隧道開(kāi)挖斷面整體向左有少許偏移，施工技術(shù)人員要及時(shí)對(duì)線路中線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，并在放開(kāi)挖中線點(diǎn)時(shí)加以注意。    3、隧道光面爆破效果良好，超挖都在規(guī)范允許標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，這與斷面儀在隧道施工全程監(jiān)測(cè)有密切關(guān)系。    4、隧道開(kāi)挖標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。    5、由“圖三”結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算得X

16、K76+450+440段超挖量約為22m3，為規(guī)范允許值范圍之內(nèi)。若隧道每個(gè)斷面超挖均超過(guò)規(guī)范值5，則僅這5引起整條隧道超挖量約為2632m3，這將對(duì)隧道施工進(jìn)度和施工成本造成重大影響。    6、假如“圖三”標(biāo)準(zhǔn)斷面為隧道設(shè)計(jì)凈空斷面，掃描初期支護(hù)斷面，可以得到該斷面二襯砼厚度，對(duì)襯砌厚度不符合設(shè)計(jì)要求的要加以處理。秦嶺號(hào)隧道下行線進(jìn)口在二襯施工中用斷面儀檢測(cè)二襯厚度，使已施工的二襯砼質(zhì)量?jī)?yōu)良率為100%。    7、如果“圖三”標(biāo)準(zhǔn)斷面為隧道設(shè)計(jì)凈空，掃描隧道凈空斷面，可以得出隧道凈空是否符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)不滿足設(shè)計(jì)要求的在施工中加以調(diào)整，這樣為將來(lái)隧道凈空驗(yàn)收提供有力的質(zhì)量保障。    8、對(duì)隧道開(kāi)挖斷面掃描圖、初期