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

牟新伟 朱德保 余佳兴

(山东高速工程检测有限公司，山东 济南 250000)

城市轨道交通施工建设主要是通过安全有效的操作方式、低能耗的施工技术手段，所实现的一种地下轨道施工建设方式，这种方式可以有效地缓解城市地面的交通拥堵问题。随着时代的发展，当前我国的工程隧道施工建设管理操作技术已经得到了优化改善，而为了有效的提升施工质量，减少施工问题，相关技术人员在实际施工的背景下，提出了结构断面的精细化测量实施方案。其目的就是为了分析断面的实际尺寸大小、隧道的整体应力能否适应当前的施工作业环境，满足设计规范标准。在进行断面测量的过程中，技术人员主要的操作方式就是通过全站仪的分析，依托于扫描处理的技术手段，对整个环境进行测量分析。常规性的测量方式对于测量环境的基础要求相对较高，但是在具体操作中的精度偏低，已经不能适应现代化的城市轨道施工管理基础需求，为此就需要提出优化的断面测量方式，以保证施工建设的有效性。

1 城市轨道交通工程隧道断面测量的主要特征分析

在当前的施工建设管理工作优化转型的背景下，我国的城市轨道交通施工建设管理规范要求也在进一步细化，为了保证城市轨道交通工程建设管理工作的有效落实，在现有的施工建设管理基础条件下，相关的技术人员要做好隧道结构断面测量任务的分析。通过技术人才观察可知，当前隧道结构断面的主要表现形态有马蹄形、圆形以及矩形等多样化的形态结构，可以适应当前的多种隧道环境。而整个隧道线路主体也涵盖了单洞双线、单线以及针对不同隧道结构主体的隧道断面形状结构。尤其是隧道的顶部位置之中所存在的两个拱脚，这两个拱脚与轨道交通运输设备的正常运行使用有着密切的联系，因此需要高度关注，以保证运输操作的有效性。

通过技术分析和综合判断观察可知，现阶段的地铁隧道的断面测量工作的开展落实，可以针对当前的施工作业操作现状，针对隧道断面的实际情况进行观察，以此满足施工建设的要求。城市轨道交通工程的隧道断面测量，有着明显的特征。1)隧道的结构断面虽然相对较为规则，但是其本身主体结构的表现形式也呈现出多样化的特征，断面的实际范围相对较大，在具体实施的过程中，若是想直接进行测量分析其实际的难度也会相对较大，因此就需要相关的技术人员针对实际的情况进行分析，做好断面环境的观察判断，以此确保最终测量的精准性；2)对于测量断面的位置要有着明确的规范要求，要在实际的施工作业工作要求中对于测量断面进行系统的分析观察，要保证断面测量点的实际位置，这样才能保证最佳的测量效果；3)断面本身在实际测量的过程中，确定测量点的难度就相对较大，若是测量点位的规划不符合要求，最终测量的结果也会出现较为明显的偏差。更有甚者会出现点位测量失效的情况；4)以为内隧道施工环境恶劣，光照力度不足，测量方式受到环境影响相对较大。同时因为测量环境之中的烟尘含量相对较高，在实际的测量分析工作中精准性也会失衡；5)在进行断面测量的过程中，要保证测量仪器的精准性，所有的测量结果要在既定的范围内，测量的密度要始终保持较大的状态，这样才能确保后期施工过程中，各项施工参数符合施工建设管理工作要求，不会出现偏差问题。

2 全站仪、VBA施工程序下构建的断面测量方式分析

2.1 实现外部数据的收集处理

为了保证施工作业效果在现有施工作业基础要求下，需要结合相关的仪器设备做好外业数据的收集处理分析。而在收集外业数据之前，作为施工人员首先需要结合设计规范的相关标准要求和数据参数信息，确定采集的断面数据信息资料，同时也要结合不同的仪器设备对于断面中线点坐标数据信息，明确整个轨道作业面的实际高度[1]。

2.2 计算断面测量数据信息下的内业资料

要想得到最为精准的数据信息参数，就需要在收集完外业数据信息资料之后，分析断面测量的数据资料，通过计算机软件的操作，将所有的信息数据参数填入到电子表格之中，同时也需要在现有的数据信息资料下输入适当的断面里程数，对于轨道交通的断面高度、中线的数据坐标信息等内容，通过电子计算分析的方式进行处理，同时也需要在现有的操作环境下，精准的计算出轨道断面核心数据相对应的断面信息资料。

2.3 断面计算机辅助设计规划分析

2.3.1 规划分析的基础原则

在现有的轨道施工建设管理操作的过程中，要想达到最佳的设计规划效果，发挥施工建设管理作用，就需要在设计的基础上，针对线路核心的高程顶点以及低点环境，依托于工程隧道的侧面的要点进行距离的分析和判断，在施工作业环境下将轨道面的中心主体作为原点进行判断，而横向坐标可以任意的进行数值的添加。在整个环境中的纵向坐标，也可以通过设计规划赋予较高的数值，将相对应的断面数据信息水平差异与高程数据作为参数，明确点位信息，将点位坐标放置在计算机的辅助设计系统之中，通过三维坐标的标识进行分析，再通过三维空间坐标的转化。将其放置在二维坐标之中进行数据分析，将所有的数据转化为闭合的曲线结构数据信息，生成断面的结构图，因为在收集到外业数据信息资料的过程之中，相关的技术人员可以通过棱镜的使用，将棱镜放置在结构壁之中进行反复的观测分析和测算，得到参数信息。在实施程序设计规划的基础上，需要判断棱镜使用的半径数据信息，将断面图延展到棱镜的半径之中进行观察，以形成更加精准的断面图信息资料。在断面图的生成和优化的过程中，结合设计管理的相关要求收集棱镜的数据信息，可以得到关键点的资料，同时对于各个关键点的高程和偏距有一定的认识和了解。

2.3.2 VBA程序设定分析

V isual Basic for Applications 简称为VBA。我们根据现行的操作管理使用规范，构建出一种新的设计程序，而VBA就是基于全新操作标准下的宏语言环境，通过此技术的使用或是实现程序化的调节，就可以将其转化成自动化的操作模式，在此基础上也可以创建出一种自定义的新的操作机制和操作形式，帮助技术人员清晰地划分当前的测量位置和测量参数。

VBA的出现实现了数据信息的集约化管理，将所有的数据信息通过全站仪的收集处理转化成为一种动态的模型结构，而通过数据融合分析判断，可以有效地转变传统的操作机制，形成一种针对此项目所构建的基础框架结构主体。通过VBA系统程序的应用操作，所有的数据信息和设备资料都可以通过联动操作的方式进行调节使用，加快了测量分析和测量数据结果判断之间的联动活动，也为后期的各项操作命令的执行奠定了基础[2]。

2.3.3 全站仪与VBA程序执行完成断面测量的优势分析

在城市轨道交通工程测量分析管理的过程中，为了达到高效的测量分析结果，往往技术人员要结合相关的测量管理操作模式制定出多样化的技术手段，以保证最终测量结果的有效性，但是由于受到不同设备以及技术使用操作联动性不足的影响，各项技术设备在工作之中都会存在多种问题，为此就需要相关的技术人员综合当前的操作管理特征进行技术排查和技术分析。但是与其他的测量方式进行比较观察可知，以全站仪和VBA程序相结合的测量分析方式，可以提升断面测量结果的精准度。另外通过该技术手段的操作使用，在实现外业数据的收集处理过程中，工作的实际速度相对加快，尤其是在常规的逐点测量工作落实的过程中，若是使用传统测量方式，必然需要一个点一个点的测量，而通过这种技术手段的操作，只需要通过放样处理，明确断面核心位置，通过激光扫描的方式对于整个结构主体进行判断观察，这样所形成的数据参数不仅精准而且较为便捷。在处理业内数据的过程中，这种技术手段也可以通过软件的实际操作，批量的实现数据分析操作，操作模式便捷简单也更为的高效。不仅如此全站仪与该软件的使用，操作的便捷性相对较高，可以满足多种条件下的测量分析，因此可以在多场合实现操作[3]。

3 隧道断面测量实践操作原理与方式分析

3.1 做好隧道测量精密度控制

隧道测量工作落实推进的过程中，因为受到技术规范和相关要求的限制，测量工作任务主要涵盖了控制测量地面、竖井联系分析、洞内控制测量判断等方面。在不同的操作环境下，实际的操作方式方法也会有一定的差异性。但是在现阶段实现的控制隧道测量的精密度管控方式主要有以下几种方式。1)可以通过GPS技术的使用，对洞外的平面控制数量进行分析观察。结合当前我国所实行的GPS测量管理实施办法所实现的实地测量和点位布控操作机制，控制的点位多数都是在洞口位置进行设定，这样可以保证断面数据的精准性；2)结合我国相关标准的二等水准测量的实测管理基础要求，需要在距离洞口300m左右的位置，在稳固的墙面位置进行点位的布设，以保证测量的位置符合要求；3)竖井联系的测量分析所使用的都是一种较高精度的全站仪，而此全站仪的分层处理下需要不同的转折方式进行操作处理，以保证测量的精准性。诸如使用铅垂仪或是陀螺仪进行联动的复核分析，最终确定方位距离，而对于高程测量分析应当在等三角测量的基础上，通过分层传递的方式确定高程结构，判断整个垂吊位置下的钢丝位置的精准度；4)在洞内的位置中所测量的结果，要适应当前的导向数据要求，距离相近的点位中，两个结构主体需要在平面控制位置设定明确的导线，而在此背景下所使用的水准仪更是应当结合二等水准的测量管理需求，对于导线点的高程进行明确，以保证隧道内部形成三维的控制点，符合现有的操作管理工作要求。

3.2 自由设置盾构区间的扫描处理

为了更好地发挥盾构区间的扫描处理作用，实现精准的数据信息资料收集，在使用地面激光扫描仪的过程中，相关的技术人员要结合当前的施工管理规范标准要求，按照现有的测量距离以及操作管理的基础原理，将现有的操作规范管理标准要求进行统筹分析，形成相位式或是脉冲式的操作流程。地面激光扫描仪的相位式扫描处理工作规范，自身的界限为75m左右，地面激光扫描仪结合实际的操作管理技术手段，可以将这个距离不断地延长，达到1000m的长度，因为长时间受到地下施工区域盾构环境的直接影响，扫描区本身会因为结构状态或是各种噪声的限制而出现扫描质量不佳的情况，而要想高效的获得隧道区间的云数据信息就需要结合当前的扫描处理工作特点方式，以分段式扫描机制进行环境的扫描分解[4]。

3.3 三维重建操作

在现有的施工操作管理基础上，为了保证测量位置的精准性，我们以分段式的三维重建模式，为盾构区间的断面环境进行反复的测量分析，以保证最终数据的精准性[5]。因为整个区间都是以直线和曲线相互交错的方式构建成为一个圆柱形主体，以此更好地发挥操作管控基础要求。预先制造的管片长度多数都需要结合实际达到既定的标准范围，设计的圆柱的直径保证在5.5m左右。结构的断面点必须要实现精准的测量分析，并且将其融合到相对应的路程环境下，才能完成施工建设管理基础需求。重建盾构模型的实际宽度应当保证在2m左右，才能确保数据信息的精准性。而对于城市轨道交通工程隧道施工中的盾构机设备直接完成盾构操作，每一个阶段环境下的管片都需要构建成为较为完整的圆柱形结果主体，为此就需要利用圆柱形模式构建出相关的隧道模型。断面结构的盾构外表面环境施工，都需要按照中心线的施工操作基础要求设定里程位置数据，同时也要在垂直的位置设定临时的参考点。而此参考点的构建以及管片交错应当形成一种系统的闭合曲线，这种曲线就是结构断面所需要呈现出来的表层线结构。在工作实施的过程中：1)要结合当前的施工管理流程对于监控区域环境下的测量点进行统筹；2)要在隧道洞口内部实施精准的扫描分析；3)要重新构建出三维的隧道模型结构。最后在完成断面结构主体的检测分析，获得相关的数据。

4 结语

结合现有的施工建设管理规范，当前我国的城市化发展进程不断的加快，城市轨道交通中的轨道建设质量要求逐渐提升，在施工建设的过程中不仅要做好施工质量控制，也要对施工结构断面进行精细化的测量分析。实现断面测量分析主要是为了判断在现有施工建设管理基础上，土建施工的整体结构环境尺寸是否可以满足设计所提出的标准。而通过地面激光扫描仪的使用，我们实现了三维立体测量分析工作的落实，在此技术手段下所实施的结构断面测量分析的精准度相对较高，更能满足现代化的施工建设工作要求。