摘要：免棱镜测量技术在工程测量领域中应用非常普遍，在隧道测量中应用优势也十分明显。本文介绍了全站仪免棱镜测量技术及其优势，分析了测量的要点，并探讨了其在在隧道测量中的应用。
关键词：免棱镜；隧道；测量
一、全站仪免棱镜测量技术及其优势
免棱镜测量又叫无合作目标测量，是不需要反射棱镜而依靠被测物的自然表面反射光线来进行测距。免棱镜测距的方法有两种，一是脉冲法，另外是相位法，脉冲法用测量时发射和接收信号之间的时间间隔来计算距离，多次测量得出平均距离。相位法测量使用连续信号，以不同的颇率来调制载波信号，测出发射和接收信号之间的相位差，从而求出被测距离。一般来讲，在相同的条件下，脉冲发的测程远，相位法的精度高。以徕卡TCR系列仪器为例作一些测距原理的简单介绍。LeicaTCR1100系列全站仪EDM模块被集成在全站仪中，可以产生一束与望远镜同轴的红外激光IR，由红外激光发射管发射，作为相对于红外光束的一种选择。它还可以产生可见波段红色激光束RL，由红色激光发射管发出，相应有IR和RL两种测距方式，可通过全站仪键盘上的按键来完成两种测距模式的转换。
免棱镜测量有如下优点：
（1）测量速度快
掘进放样、断面测量、围岩净空位移量测等每一断面均可在几分钟内完成。
（2）准确
一是测设定点精度准确。其精度可依工程所需而定，可达几毫米的精度，完全可满足隧道施工的需要。二是固定性。程序编制时要求仪器自动寻找断面上相同的点（即虽掌子面里程不同，但所放样各点在隧道纵向上相对于隧道中线、轨面的位置固定），且各点在开挖轮廓线上间距一致，这为钻眼爆破带来极大便利——测点即是炮眼，炮眼间距固定。每茬炮钻眼在断面同一位置，为钻眼角度提供很好的参考方向，使整个隧道炮眼顺直，进一步减少超欠挖，減少安全质量隐患。同理，如有必要，也可将需要的爆破设计炮眼位置准确放样出来，如掏槽眼等，为提高爆破效果提供技术援助。
（3）灵活设站、适应性较强
全站仪通过后方交会程序进行设站，可根据现场不同的条件选择设站的最佳位置，以减少其他工序造成的影响。在较为危险的地带，满足通视和测程的前提下，可实现测量，降低测量对设备的依赖性；全站仪测量坑道点坐标时采用极坐标方式，可通过自身解析坐标，使曲线、曲墙、不规则工作面的情况不复存在，为隧道解析提供方便。
（4）可与其他工序同步作业
通过全站仪放样，在边墙附近安置仪器，装碴同时可实现隧道断面的扫描和碴堆以上的轮廓线开挖放样，装碴同时实现测量。
二、无棱镜全站仪使用中的问题
无棱镜全站仪在使用过程中，和全站仪基本相同，要根据其功能的不同，使用前测定作业环境的温度值、气压值，把温度值、气压值输入全站仪进行温度和气压的自动改正。作业环境温度值的大小，使用圆盒气压计测定，作业环境温度，用温度干湿计测定。温度和气压单位，根据仪器的功能不同，采用仪器要求的规定单位。否则，就会人为造成精度降低或粗差。
无棱镜全站仪在进行测量时，要注意仪器和被测物体之间是否有移动物体出现，观测人员注意力要集中，否则，在仪器和被测物体之间有移动物体出现，而观测人员没有发现，就会造成测量数据失真。这一点，是与全站仪的最大区别，全站仪没有棱镜不测距，只有在有棱镜的情况下才能测量，有移动物体遮挡，测不出数据，不造成数据失真。观测人员要根据不同的测量环境，注意不同的移动物。在城区测量，要注意行人、车辆等遮挡，在城区外田地或河道、道路测量，不仅要注意行人、车辆，还要注意风力的影响，风吹树摇叶动时，遮挡测量。
三、免棱镜测量技术在隧道测量中的应用
（一）工程概况
某隧道为双洞单向两车道隧道，左洞长5160m，右洞长5235m，总投资5.25亿元。全隧位于直线段上，最大埋深800m。左右洞中线间距为50m，洞身净宽10.5m，净高7.25m，设计时速为80km/h，隧道一般断面采用单心圆形式，应急停车带采用三心圆断面。设人行横洞和车行横洞共7个，紧急停车带左右洞各6个。另外在左洞设有两个斜井既作为施工辅助导洞又作为永久的通风洞。该段地质条件复杂，其中III类及以下围岩占全段的76.8%，成为该隧道施工的难点。隧道施工中掘进放样、开挖后断面测量及围岩监测等测量任务重，尤其是超欠挖所带来的经济损失更是不容忽视。对此，选择徕卡TCRA1101型免棱镜测距全站仪来进行开挖放样、断面测量及围岩净空位移量测等主要日常测量工作。徕卡TCRA1101型全站仪，测角精度为1.5〃，测距精度为2+2ppm，免棱镜测量标称距离为250m。采用导线测设中线或施工放样。
（二）测量技术
1、量测仪器准备
徕卡TCRA1101全站仪一台；反射膜片（贴片），选用Lecai尺寸为4×4cm贴片若干片；机载Deformation软件及围岩收敛分析后处理软件。
2、贴片安装
根据规范和有关要求及围岩条件、开挖方法等，确定围岩净空位移量测断面的位置及间距，以及每个断面的基线布置形式。贴片安装过程：对于完整性较好的岩石，可直接在其表面用贴胶贴上贴片，但安设贴片前必须清洗欲置贴片位置的岩面，粘贴必须牢固，能满足量测周期要求；对于不稳定岩石可用锚杆焊接角钢在角钢上粘贴贴片，或用膨胀螺栓锚固钢板以粘贴贴片。贴片表面法线方向最好垂直隧道轴向，以使仪器接收到最强的反射信号。
3、外业数据采集
因为量测内容主要是各量测点间相对距离，全站仪可以自由安置（对中整平就可以，不需要建站及大地坐标输入），但为了消除贴片倾斜对测距的影响，每次量测时测站位置应大致相同，同时为了加强反射片对仪器激光反射效果和量测准确性，应把仪器设置在量测断面前后5m内较为合适。
先选择适当的位置安置仪器，精确整平后，打开仪器电源，按仪器Prog键进入Deformation量测程序，按围岩量测参数规范要求对仪器各项参数进行调整。
4、放样
隧道进洞前工区测量组应放出隧道轴线，并且现场做好标记，标记清晰，便于检查。洞室放样根据设计开挖施工图纸和文件，使用免棱镜全站仪和TMS（TunnelMonitoring-隧道测量系统现场数据采集，现场分析，现场成图、报表，现场标注，实现内外业一体化。直观的图形显示，实时断面上任意点的超欠挖计算，所见即所得，隧道断面施工质量一目了然。每掘进一次进行放样一次，每次放样后对前一次开挖部位进行至少两点以上检测，检测完成后及时出具测量检测数据并绘制测量放样单，并现场交底给当班施工人员，达到设计开挖技术要求即进行下一次开挖进打钻。隧道掘进到一定深度，应通知测量专业监理工程师对隧道轴线进行不定期检查，保证隧道贯通误差。
5、贯通误差调整
（1）采用折线法调整直线段隧道的中线；（2）曲线段隧道，根据实际贯通误差，由曲线的两端向贯通面按比例调整中线；（3）采用精密导线测量延伸中线时，贯通误差用坐标增量平差来调整；（4）进行高程贯通误差调整时，贯通点附近的水准点高程，采用由进口分别引测的高程平均值作为调整后的高程；隧道贯通后，施工中线及高程的实际贯通误差，应在尚未衬砌的100m地段内（即调线地段）调整。该段的开挖及衬砌应以调整后的中线及高程进行施工放样。
参考文献
[1]彭述，王志.全站仪免棱镜测量技术在隧道开挖净空测量中的应用[J].资源环境与工程，2010年2期.
[2]张东帅.全站仪免棱镜测量技术在隧道断面测量中的实际应用[J].科技创业家，2013年12期.
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