城市轨道交通工程隧道结构断面测量技术方法的实践与探索

王思锴

(北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101)

城市轨道交通工程隧道结构断面测量技术方法的实践与探索

王思锴∗

(北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101)

城市轨道交通工程隧道结构断面测量，是验证土建施工后结构断面尺寸和有效净空能否满足设计要求所进行的测量工作。城市轨道交通工程隧道结构断面形式多样、测量点多，要求精度高，其施测方法多种多样，但都有其自身的缺点和局限性。本文以我院在北京、西安、天津、杭州等城市轨道交通工程隧道断面测量工作的实际测量作业为背景，介绍了一种利用全站仪结合VBA程序设计拟合断面测量的方法。

城市轨道交通；断面测量；VBA程序设计；拟合

1 引 言

城市轨道交通工程隧道结构断面测量，是验证土建施工后隧道结构断面尺寸和有效净空能否满足设计要求所进行的测量工作。由于城市轨道交通工程量较大，为节省施工造价，设计预留的结构限界安全裕量比较小，加之轨道交通工程施工难度大，施工时采取了多种手段提高施工质量，保证结构限界满足设计的要求，确保设备限界和运营行车限界的安全可靠。断面测量是根据调整后的线路中线点，测量结构断面的相关尺寸，确定结构施工是否满足限界要求。

城市轨道交通工程断面测量要求精度高、施测密度大，其施测方法多样，但都有其自身的缺点和局限性，因此，寻求一种既能加快内、外业工作的作业进度，又能满足现时测量工作条件的方法，具有很强的现实意义。本文以我院在北京、西安、天津、杭州等城市轨道交通工程隧道的断面测量工作的实际测量作业为背景，介绍了一种利用全站仪结合VBA程序设计拟合断面测量的方法。

2 城市轨道交通工程隧道断面测量的特点

目前，我国城市轨道交通隧道结构断面形式有圆形、马蹄形、矩形等形式，线路有单洞单线、单洞双线。隧道结构断面的大小形状，特别是隧道上部的两个拱角与地铁列车运行密切相关。地铁隧道结构断面测量具有以下特点:

(1)结构断面较为规则但形式多样，断面空间大，测量难度大；

(2)对断面待测点的位置有特殊要求，断面测量点多；

(3)断面待测点立尺(或立棱镜)困难，有的点位甚至无法立尺或立棱镜；

(4)洞内亮度不够，测量环境恶劣，烟雾灰尘较大；

(5)断面测量要求精度高、施测密度大。

3 全站仪结合VBA程序设计拟合断面测量方法

3.1 外业数据采集

在进行外业数据采集之前，先根据设计资料确定需要采集的断面里程，并计算出对应断面中线点坐标及轨面高。

图1 断面测量示意图

如图1所示，架置仪器于隧道(或车站)线路中线上任意点M上，后视另一中线点N，然后测量隧道(或车站)断面内轮廓线的特征点在法截面坐标系中的坐标，如E点的直角坐标(T，H)，转动仪器依次测量A、B、C、D、E、F、G、N等断面特征点，并将断面测量点的信息(包括断面里程或断面号、断面测量点的三维坐标)存入仪器存储卡，完成一个横断面的测量。

3.2 断面测量数据内业计算

外业完成后，将断面测量数据导入Excel表格，并输入相应的断面里程、中线坐标及轨面高，利用Excel的计算功能计算出轨面中心与对应断面采集点的平距差(△XY即法距)和高程(H)。

3.3 断面CAD成图

(1)成图原则

由于设计只需要线路中心的顶点和底点高程，隧道侧面要素点只需要偏距，以轨面中心为原点，横坐标任意赋值，纵坐标以设计高赋值，将对应断面采集点的平距差(△XY)和高程(H)作为对应点的坐标在CAD里将三维坐标转换成二维坐标进行展点，然后拟合成闭合曲线，形成断面图，由于在外业数据采集时，我们使用棱镜贴在结构壁上观测，程序设计时，充分考虑棱镜半径，将断面图外扩棱镜半径的宽度(使用免棱镜测距全站仪不需要考虑)，以使生成的断面图更加符合实际。在断面图上就可以采集设计要求的要素点量取偏距和高程。

(2)VBA程序设计

Visual Basic for Applications(简称VBA)是新一代标准宏语言，是基于Visual Basic for Windows发展而来的，它可以使常用的程序自动化，并可以创建自定义的解决方案。

图2 VBA断面拟合程序流程图

VBA被集成到AutoCAD中，VBA和AutoCAD中强大的ActiveX自动化对象模型的结合，代表了一种新型的定制AutoCAD的模式构架。通过VBA，可以操作utoCAD 2004，控制ActivcX和其他一些应用程序，使之相互之间发生互易活动。利用AutoCAD集成的VBA进行程序设计，程序流程图如图2所示。

(3)AutoCAD生成断面图

打开AutoCAD后加载VBA断面程序和在Excel里编辑好的断面数据，就能自动生成断面图，断面图标注了断面里程号及轨面中心，轨面中心的高程为实际高程，我们可以根据设计提供的高度图解测量侧面点的法距和线路中心的顶点和底点高。

4 工程实例

在北京地铁5号线的隧道净空断面测量中，采用全站仪结合VBA程序设计拟合断面测量的方法进行了净空断面测量，矩形和圆形断面的特征点采集比较简单，下面以马蹄形断面为例进行说明:

首先根据马蹄形隧道的结构特点，确定如图3所示断面特征采集点，将全站仪里采集后的数据导入计算机的Excel表格进行计算里程和法距，如表1所示。

然后手工编辑生成如表2所示的格式文件。

断面数据计算表 表1

断面数据格式表 表2

图3 马蹄形隧道测量特征点

图4 拟合成的断面图

打开AutoCAD，加载成图程序，导入CAD数据文件，生成相应断面图，如图4所示。

图4中标注的十字中心为设计轨面与线路中心的交点(即轨面中心)，断面绘制中，以实际高程为纵坐标，因此延长轨面中心竖线与断面交点的纵坐标即为顶点和底点的高，在CAD中可根据设计要求测量对应设计高度的法距。依图5的设计要求得出此断面的实际断面与设计较差如表3所示。

图5 设计要求的断面测量图

实际测量与设计差值表 表3

从表3中可以看出，在拟合的断面图中量取的实测值与设计值符合性较好，断面净空满足设计线路的要求。

在上述方法中，由于不同设计单位在断面数据要求上各有不同，利用VBA设计时只考虑到通用的断面图阶段，后续工作是根据设计的不同要求在断面图上采集相应的数据。在生成断面图时，可以根据设计标示相应的线划，同时在VBA程序中，利用Excel提取AutoCAD断面图中设计要求的要素点属性信息。程序设计中还考虑了断面的循环生成，只需要在数据文件中按照指定格式编辑多个断面数据，就可以批量生成断面图，实现净空断面测量成果的全自动化处理，提高工作效率。

5 结 语

隧道断面的测量方法很多，相对于其他的测量方法，全站仪结合VBA程序设计拟合断面测量方法具有如下优点:

(1)外业数据采集较快，常规逐点测量费时费力，断面仪测量需要先放样所有断面中心，而激光扫描较快，但是成本较高。

(2)内业数据处理可以利用比较大众化的软件批量生成，方便快捷。

(3)全站仪以及以上所用软件是测量单位的常规配备，操作的普遍性比较强，易于实现。

上述全站仪结合VBA程序设计拟合断面测量的方法，我单位在北京、西安、天津、杭州等地铁隧道的断面测量中已得到了广泛应用。

[1] 马全明.伊朗德黑兰地铁一、二号线工程断面测量的技术方法.中国测绘学会工程测量分会《现代工程测量技术发展与应用研讨交流会论文集》，2005

[2] 张亮，魏苹，马海志.Excel提取AutoCAD图形属性信息的实现[J].北京测绘，2008增刊

[3] 秦长利.城市轨道交通工程测量[M].北京:中国建筑工业出版社，2008

[4] GB50308－2008.城市轨道交通工程测量规范[S].

Practical Exploration of Tunnel Structure Cross Section Measurement for Urban Rail Transit Engineering

Wang SiKai
(Beijing Urban Construction Exploration＆Surveying Design Research Institute Co.，Ltd.Beijing 100101，China)

The structure cross section measurement of Urban transit engieering is necessary work to verify that if the structure section size and the effective clearance after the civil construction can meet design requirements.Tunnel structure is various informative，which requires high precision and lots of measuring points.But all survey methods have their own shortcomings and limitations.With Xi'an，Tianjin，Hangzhou and other urban rail transit tunnel cross－section measurements as the background，the paper introuduces a method of using total station measurement combined with VBA programming fitting.

urban rail transit；cross section measurement；VBA programming；fitting

1672－8262(2011)01－130－03

P258

B

2010—08—03

王思锴(1978—)，男，工程师，主要从事城市轨道交通工程测量工作。