数字化测绘技术在工程测量中的应用

2020-12-02单继国

工程技术研究 2020年19期

关键词：控制点测点测绘

单继国

（中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津 301700）

宁县三号隧道主要位于甘肃省庆阳市的宁县境内，该地区的沟壑区主要以黄土梁塬为主，并且隧道所在的西安地区位于宁县马莲河沟沟头，所在银川地区则处在黄土冲沟沟半腰处。整条隧道全长2809.98m，该隧道最大埋深约130m，最小埋深约20m。

该隧道主要采取复合式衬砌，在初期支护安装过程中主要采取喷锚支护，而喷混凝土则选取湿喷的方式进行。隧道的排水系统修建主要依照“防、堵、截、排”的原则进行，最终确保隧道防水安全畅通地排水。

1 数字化测绘技术的应用优势

1.1 数据完整

传统工程测量工作中的数据结果因受到测量工作技术方面的限制，数据的完整性和参考的价值意义都大打折扣。而数字化测绘技术的应用，一方面不断提升了数据的动态加工和实时测量的工作能力，使测绘对象的外观特征等得到了更好的体现，并有效提升了数据的完整性和真实性。因此，数字化测绘技术弥补了传统测绘技术的局限性，使工程测量的工作价值不断提升。另一方面，利用数字化测绘技术为工程勘探、图纸设计、工程施工等相关工作提供了更为真实有效的信息，将工程属性和相关的数据信息等完整地传递给了工程管理相关人员，从而在工程计划、工程管理等各方面的工作中，促进了工程施工工作的有序进行。

1.2 数据精准

在数字化测绘技术的工作流程中，可采用自动采集的方式选择测绘目标并进行相关工作，还可利用先进的三维坐标定位技术及时储存数据信息，因此数字化测绘技术有助于在工程测量期间获得更为精准和有效的数据。在这个比较完善的工作流程中，人工计算和控制的误差得到了明显的降低，也提升了测量工作的精准性。同时，数字化测绘技术也可以在测量操作的层次方面进行控制，不仅降低了计算工作量，还简化了工作任务，实现了成本资源方面的节约。

2 数字化测绘技术在工程测量中的实际应用

2.1 贯通测量

（1）平面位置控制。导线控制网的布设：在开挖隧道之前，首先需要在隧道的进出口位置先布设好控制点，然后再布设导线平面的三角控制网。随着隧道的不断挖深，在隧道内布设导线的控制点，在布设控制点时需要将其布设在隧道中线附近，并且要求两个控制点的距离保持在200m以上；对通视条件不太理想的位置，则应适当地减少两个控制点之间的距离。

（2）高程控制。水准点布置：首先需要采用水准仪器测量洞内外水准点，其次需要经过多次反复的测量，最终确定洞内布设水准点的高程。隧道内的水准点一般按照每隔100m的距离设置1个，并分别设置在隧道中线两侧的位置。

（3）贯通测量控制。在隧道的两侧进行挖掘，前进距离贯通约50m左右时，需要进行相应的贯通测量。首先需要采取三维坐标的方式测量隧道的控制点，确保闭合差保持在规定的范围之内，然后通过三维坐标采集、平差计算和计算机制图的方法来进行模拟贯通，最后根据其模拟贯通结果适当调整坐标。通过调整导线的控制点及导线的高程控制点后再比较，然后调整隧道控制点施工的平面位置，在调整过程中要求遵循渐变的调整原则，以免造成突变。

2.2 浅埋地表沉降监测

为了保证贯通施工过程的安全，需要监测地表沉降。根据隧道的实际情况选择横向断面，并沿主断面布设相应的监测点，以更加深入地了解地表沉降对横向范围的影响，地表沉降观测布置如图1所示。

图1 地表沉降观测布置示意图

断面之间的距离需根据隧道的地形情况来设置，地表沉降的观测点之间的横向间距约为2～5m，在隧道中线周围的测点应适当地进行加密，并且中线两侧的范围之间的距离不能小于H0+B。在选择的测量断面的位置，应设置一个通视效果较好、基准点稳固且测量方便的位置进行量测。地面测点的位置布设在隧道的轴线和轴线两侧，每个断面测点一般需要7个以上，并且测点之间的间距保持在2～5m。地表沉降观测点纵向间距如表1所示。测点的区域应该埋设水泥柱，在对测量放线进行定位时，应采用水准仪或者全站仪进行量测。

表1 地表沉降观测点纵向间距

2.3 拱顶下沉及收敛量测

在对拱顶下沉以及净空变位的收敛量进行测量时，需根据围岩类别以及隧道的大小、埋深等情况进行测量布点。初次读数应该在开挖12h后且在下一次开挖之前进行读数，并采用全站仪进行测量，在布设洞内外的测量点时需设置在同一横断面内，台阶法测点布置如图2所示。

在进行信息化的施工过程中，观测后需要对观测到的各种数据进行适当的整理并分析，以此来辨别其围岩的稳固性。通常按照以下标准控制：净空变化的速度应大于3mm/d，如果拱部下沉速度大于3mm/d，则需要采取一定的措施来提高支护系统；水平的收敛速度小于0.2mm/d，并且拱部下沉速度小于0.15mm/d，则表明其围岩处于稳定状态。

图2 台阶法测点布置示意图

通过计算机将隧道的围岩级别、支护方法、施工工艺、周边情况和各种监测点整合起来并构建模型，可以更加直观地反映隧道出现变形的情况以及变形趋势，以便于施工人员、技术人员能够通过模型及时掌握隧道的情况，并及时对施工工艺及方式做出适当的调整，确保隧道的施工安全进行。

2.4 航空数字化

在工程建设的前期阶段，导线复测、工程线路测量、地形测量等都是必不可少的工作。在传统的测量中，这些工作都要耗费大量的人力、物力，且其结果的完整性也无法满足工程越来越高的精细化要求，然而航空测绘技术却可以很好地满足这一要求。

航空数字化的测绘技术依赖计算机技术和GPS测绘技术，在其应用的过程中，可借助高清的数字摄影机进行航拍摄影工作从而获得地理空间方面的精准数据。其技术优势在于可以利用数字化的分析系统，提升地图的精准性，适用于城市航拍测绘等一系列工作。

GPS测绘技术主要是在航空摄影测量的工作中应用，不仅提升了测量的精准度，也缩短了测量的时间，使工作效率得到提升，未来的发展空间十分广阔。GPS测绘技术在大数据技术的支持下获得了更好的发展动力，也具备了较为强大的数据支撑和图像处理能力，满足了图像快速处理的需求。利用计算机处理数据，可以缩减传统的人工处理的工作量，提升测量工作的精准度。借助计算机技术可以进行信息的储存工作，这也是利用计算机技术为主要载体进行信息二次加工的工作，总之，整个计算的过程离不开各项计算机技术功能的支持。GPS测绘技术可以将信息转换成坐标和地址，按照特殊的形式分类处理和进行计算机内部的运算工作，也可以及时进行对各种地形信息的汇总工作，从而保证在各领域的实际应用效果。例如，无人机摄影测量布设作为数字化测绘技术的一种有着高精准度的布点方案，可以做好高程点等方面的检查工作，提升测量的精准度。无人机摄影数字化测绘设备如图3所示。