激光隧道断面测距仪在北方输水隧洞中的应用

唐树新

(辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003)

激光隧道断面测距仪可以广泛应用于各种工程检测，尤其是测量隧洞超欠挖施工过程中，设备重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，可以更好的控制工程施工。

1 工作原理

激光隧道断面测距仪，是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器[1]。测距仪在工作时向目标射出一束激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。

该仪器是建立在无合作目标激光测距技术和精密数字测角技术之上。极坐标测量法与计算机技术紧密相结合，加专门设计的图像处理软件，能迅速得到隧道断面图并与设计图进行对比，可以快速给出检测报告等文件[2- 3]。由于采用大容量的内存，仪器在现场无须使用计算机，即可检测记录约一百多组断面数据。

2 用途及优势

激光隧道断面测距仪用于隧道施工过程开挖断面检测、工程限界验收检测以及隧道形变检测等。如正在开发的公路、铁路路基土石方快速测算，桥梁静载测试，护坡挡土墙的验收检测等工作。

仪器重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，测量一个断面的时间约两三分钟；检测工作半径在0.2～60m；其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，测距的精度在±1mm；测角的精度在6′；在测量断面时最多可以测量采集150个点。

3 对现场及设备要求

激光隧道断面测距仪可在基本清洁条件下使用，也可在粉尘烟雾条件下使用，但要尽量保证现场无其他机型设备作业引起震动对设备检测的影响；工作温度范围在-10～+45℃间，湿度条件≤85%。

在实际检测过程中，仪器要保证自检功能正常，显示屏出现自检信息，保证激光器的光点不画圈，保证仪器在自动及手动状态下可以正常工作。

4 断面测量的检测方法

首先，选择所测隧洞断面，找到地面标志点，尽量使得三脚架的中心对准正下方地面标志点，在测量断面前，隧道已用经纬仪或全站仪放了点，将仪器放在三脚架的顶上，旋紧固定螺钉，仪器安装完毕。

随后，打仪器开关，仪器开始自检，自动进入主菜单，进入“脱机模式”后，激光器点亮，且仪器自动转动到激光指向垂直于地面方向停住不动。仔细移动仪器在三脚架上面的位置，同时观察圆水准的位置，必要时随时调整三角架的位置，使激光照在地面上位置正好与中心标志点相重合，此时可以对所选断面进行检测。

表1 各桩号断面激光隧道断面检测仪法检测结果

注：偏差为正时，表示检测值大于设计值；偏差为负时，表示检测值小于设计值。

表2 各桩号断面激光隧道断面检测仪法检测结果

注：1.断面尺寸L1和L2所代表的意义见图3；2.偏差为正时，表示检测值大于设计值；偏差为负时，表示检测值小于设计值。

5 断面现场验证测试

根据现行规范[4- 5]要求，通过对辽宁某工程隧洞喷射混凝土及模筑混凝土现场的对比，采用BJSD- 2F型激光隧道断面测距仪对其中的四个断面进行现场数据采集验证工作。

将采集到的四组数据进行电脑程序解析，得到结果如图1～5所示。然后将四个断面的设计与实际现场测量断面进行对比，并进行误差分析，验证喷射混凝土断面2个，断面桩号分别为0+481和0+181，检测结果见表1。

图1 桩号0+481喷射混凝土断面激光扫描图

图2 桩号0+181喷射混凝土断面激光扫描图

由表1和图1、2可知，所测2个喷射混凝土断面中，超欠挖面积分别为1.233m2、1.527m2和0.681m2、0.525m2，断面面积的偏差为0.553m2、1.002m2。

验证模筑混凝土衬砌断面2个，断面桩号分别为0+0540+154。所测2个断面中，L1检测值均小于设计值，L2检测值均大于设计值，2个断面面积检测值小于设计值。检测结果见表2。

图3 模筑混凝土衬砌断面示意图

图4 桩号0+054模筑混凝土衬砌断面激光扫描图

图5 桩号0+154模筑混凝土衬砌断面激光扫描图

由表2和图4、5可知，所测2个模筑混凝土衬砌断面中，尺寸L1和L2的偏差分别为-0.128m、-0.137m和0.021m、0.032m，断面面积的偏差为-0.025m2、0.003m2。

6 结语

通过使用BJSD- 2F型激光隧道断面测距仪对现场断面进行数据验证测试，精度和适用范围可以达到工程要求，测试结果可靠。

在实际操作过程中，由于仪器在测量过程中需要架设在脚架上，设备测量方位角范围有限，为30°～330°这是此次的存在不足。

[1] 罗杰华, 宁健. 隧道衬砌技术在水利工程中的应用[J]. 水利技术监督, 2015(01).

[2] 李兵. 激光测量技术在大型隧洞开挖测量中的应用[J]. 水电站设计, 2012(12).

[3] 孙洪凯, 祁海燕, 潘旭, 等. TBM在隧洞不良地质条件下的施工技术[J]. 水利规划与设计, 2015(06).

[4] 杨照明, 张金承, 周垂富. 小断面长距离引水隧洞的施工设计[J]. 水利规划与设计, 2011(01).

[5] 赵子杰, 刘烨华. 盾构法输水隧洞设计与施工探讨[J]. 水利规划与设计, 2013(03).

[6] 沈建江, 沙胜玉, 刘彬. 隧洞开挖断面检测方法[J]. 黑龙江水利科技, 2000(06).

[7] 朴春红. 大伙房水库输水隧洞施工模式探讨[J]. 水利规划与设计, 2016(11).

[8] 岳荣花, 葛建钰, 段伟. 地铁隧道长期收敛测量方法研究[J]. 现代测绘, 2015(11).

[9] 李长明. 隧道断面测量仪中的激光测距[J]. 探矿工程, 1999(11).

[10] 贾晓堂. 三维激光扫描仪测量隧洞的关键技术[J]. 东北水利水电, 2017(03).