地铁隧道长期收敛测量方法研究*

岳荣花，葛建钰，段 伟

(1.南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京 210012;2.南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏 南京 210019)

1 引言

盾构法是建造地铁隧道的先进技术，预制管片安装结构的稳定性是判断建成隧道质量和安全的重要指标。而在运营过程中，地铁隧道由于受到地面、周边建筑物负载或周边施工、列车运行振动等综合影响，容易造成隧道变形。对隧道管片径向变化或者说直径变化的收敛测量，能充分反映盾构管片变形状态的最有效信息。目前，隧道收敛主要有收敛计测量和全站仪测量2 种方法。结合实例，通过与收敛计、全站仪无定向自由设站收敛测量方法对比，对激光测距进行隧道收敛的测量方法进行了详细分析，研究了隧道收敛测量新方法。

2 收敛计测量

收敛计主要由钢卷尺、电子测微传感器、显示屏、伸张拉力指示器、尺架等组成，收敛计测量就是用钢尺直接量取隧道直径。钢卷尺的插孔、拉力、挂钩等均会对测量结果造成直接影响，因此，这种方法虽然操作简单，但是具有明显的局限性:作业效率低，测量结果容易受到人为误差的影响［1］。为了不对管片造成损坏，该方法测量时通常利用已有的螺栓帽压入挂钩，如图1 所示。目前，该方法较多应用在地铁建设管片拼装的竣工验收，应用在运营期地铁隧道长期收敛方面则较少。

2 全站仪无定向自由设站收敛测量

图2 全站仪无定向自由设站收敛测量示意图

在目标光滑、稳定和颜色较浅的条件下，无棱镜测距观测值非常接近用前方交会计算的理论距离，且对角度测量的精度影响小［2］，故全站仪无定向自由设站测量已广泛应用于隧道收敛测量中。如图2 所示，在所监测隧道断面的水平直径上布置两个测点A 和B，采用高精度全站仪无定向自由设站测量法将全站仪架设在隧道道床中部，分别测量出两测点的水平方向角α、K，竖直角V、D=3.49216*，斜距S1、S2，利用计算公式(1)分别算出A、B 两点的三维坐标。

由上式可得A、B 两点的三维坐标A(x1、y1、z1)和B(x2、y2、z2)，则两点间的距离S 即为该管片水平直径。

3 激光测距收敛测量

图3 中，激光测距仪主要由激光测距仪、测距仪底座组成。用激光测距仪直接量取隧道直径就是要在隧道管片一侧的腰线点设置对中点后安置带有特制底座的激光测距仪，另一侧腰线点设置瞄准点。采用激光测距仪测量隧道两侧腰线点间的距离。如采用带有蓝牙功能的测距仪和移动设备(如手机、笔记本、ipad 等)还可以通过蓝牙功能实时导入移动设备进行数据记录和分析。现场实作可知该方法具有操作简单、作业效率较高、仪器投入成本降低等优点。

图3 激光测距收敛测量示意图

4 实测数据精度分析

针对运营期地铁隧道长期收敛测量工作，本文主要对全站仪无定向自由设站测量和激光测距测量两种方法进行了实验和对比分析。同精度观测中误差计算公式为:

4.1 激光测距法

本次激光测距测量采用Leica D510 测距仪，实验共测量6 组，每组测量5 次，每组由不同人员观测。每组可认为是同精度观测，由表1 可以看出，每组测量中误差均优于±0.5 mm，满足精度要求。

表1 激光测距法实验测试成果表

4.2 全站仪测量法

本次全站仪无定向自由设站测量采用Leica TS30 全站仪，实验共测量3 组，每组测量5 次，每组由不同人员设站对激光测距同一断面进行测量。每组可认为是同精度观测，由表2 可以看出，每组测量中误差均优于±0.5 mm，满足精度要求。

表2 全站仪测量法实验测试成果表

4.2 精度对比与分析

对激光测距仪测量所得数据进行底座长度和测钉厚度共计18.39 mm 的常数改正(采用游标卡尺多次测量得出)，可得出6 组测出的隧道直径均值为5.5762 m;全站仪3 组对同一断面测出的隧道直径均值为5.5759 mm;两者所得隧道直径均值较差0.3 mm，数据基本一致。根据表1 和表2 对2 种不同测量方法的精度对比分析，表明测距仪与全站仪测量精度基本一致，均优于±0.5 mm，能满足南京地铁运营期隧道长期收敛测量精度要求。

5 结语

通过与全站仪无定向自由设站收敛测量方法对比，研究激光测距收敛测量新方法。实验通过对同一盾构断面进行测量的数据表明，2 种方法测量数据基本一致，且精度均优于±0.5 mm，满足地铁隧道收敛测量精度要求。根据南京地铁二号线2014年11月份河西段沉降整治设计与监测项目监测成果报告(采用全站仪测量)与二号线结构长期监测维保项目(采用激光测距测量)对比实例，2 种方法所得数据基本一致，且激光测距与全站仪测量对比，具有操作简单、作业效率较高、仪器投入成本降低等优点，进一步验证了激光测距在收敛测量的可行性。

［1］曹相，张杰，吴凤祥，等.全功能电子测站仪自动无线控制检测系统的研究［J］.现代测绘，2015，38(1):36－37.

［2］马蕴明，马全明，李丞鹏，等.三维激光扫描技术在地铁隧道收敛监测中的应用［J］.测绘通报，2012，24(5):22－25.

［3］范百兴，夏治国.全站仪无棱镜测距及精度分析［J］.北京测绘，2004，21(8):23－24.

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