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全站仪在隧道拱顶沉降测量中的运用论文
摘要：开展隧道施工时，选择高性能全站仪，进行拱顶沉降测量，极具精度优势。文章将传统拱顶沉降测量方法与高性能全站仪测量方式进行对比，并实施精度分析，从而对全站仪在隧道拱顶沉降测量中的可行性及有效性进行论述，达到良好的隧道拱顶沉降测量效果。
关鍵词：全站仪；隧道；拱顶沉降；测量
拱顶沉降测量是隧道施工和参数获取的主要依据。其测量过程中涉及到的相关内容比较多，需优选测量设备。当前，精密水准仪悬挂铟钢尺在隧道拱顶沉降测量中应用比较普遍，但其很容易受光线及外部施工环境干扰，且人员消耗量大。将高性能全站仪应用到隧道拱顶沉降测量中，通过非接触测量方法，对桥梁桥面变形进行精确测量，不仅能够提高测量效率，而且应用效果极佳。
1.全站仪概述
全站仪属全站型电子测距仪，其能够有效测量水平角、垂直角、高差、距离等。以光电扫描度盘为主，对读数进行自动记录和显示，测角操作非常简单，也能够避免不必要的读数误差。将仪器安置一次，就能够顺利完成该测站上的全部工作。其在地下隧道施工中应用比较普遍，测量过程简便，而且测量结果极为精确。其水平度盘、竖直度盘和读数装置分别通过光栅度盘和读数传感器实现。依据角度测量精度，可将其划分为0.5”、1”、2”、3”、5”7”等多个等级。该工程背景下，要结合隧道拱顶沉降测量要求，对全站仪进行合理选择和应用，达到预期工程测量目标。
2.拱顶沉降监测方法
2.1传统测量方法
以往隧道拱顶沉降监测中，多用精密水准仪悬挂铟钢尺的方式。其优点是数据准确，精度高。但实际应用过程中，仍然存在诸多限制性因素。因每次测量都要在测试点处进行倒钩钢尺设置，测量结果很容易受外部人为因素干扰。拱顶沉降测量点的位置在隧道中心线上，执行测量工作时，隧道无法正常施工。倘若测点距离掌子面很近，又会因掌子面处于施工状态，无法对倒钩钢尺进行设置，使测量工作受到干扰，严重影响测量质量及效率。
2.2新测量方法
应用高性能全站仪三角高程法，借助反光贴，开展非接触测量。在固定位置，对测站进行设置，测站距后视点及测量点的距离应相等。应用棱镜对后视点进行测量，而且其应为固定高度，将反光贴应用到测量点中，将测量距离控制在30-50m之间。将后视点和测量点测量次数控制在三次，测量结果取平均值。该测量方法效率比较高，人为因素对测量结果的影响相对较小，也不会干扰隧道正常施工。
3.全站仪精度分析
将全站仪三角法应用到本次测量工作中，将测点装置设置在隧道拱顶测点部位，该装置中要包含固定反光贴。在隧道地面进行基准点设置，该过程中，选用全站仪棱镜测量方式，并用无棱镜模式，对拱顶测点进行测量。如图1所示。
文献研究可知，该观测中，选用1.0”全站仪三角高度单向测量方式，并对地球曲率和大气折光等指标进行考量。倘若竖直角不超过20°，前后视距离在100m之内，它的挠度中误差在1.06mm以内；如果竖直角不超过40°，前后视距离在100m之内，它的挠度中误差在2.00mm以内。该观测中，选用0.5”全站仪三角高度单向测量方式，考量地球曲率和大气折光的相关指标。倘若竖直角不超过20°，前后视距离在100m之内，它的挠度中误差在0.53mm以内；倘若竖直角不超过40°，前后视距离在100m之内，它的挠度中误差在1.00mm以内。
4.工程实例
以某隧道为例，该隧道左、右洞设计指标分别为：左洞起止桩号K152+628-K153+426，设计长度798m；右洞起止桩号K152+520-K153+290，设计长度770m。
隧道区域地貌特征是岩溶峰丛谷地，海拔140-400m。该隧道进洞口段和出洞口段山体斜坡自然坡角分别在10°～18°，上部坡度陡峭，下部坡度很缓，隧道进口、出口部位均有很稳定的自然斜坡。该隧道不会受地表水影响，该范围内的地下水特征是第四系覆盖层中的孔隙水、岩溶水和基岩裂隙水等，无明显富水性特征。
该工程背景下，分别用到两部精密水准仪和全站仪，观测内容是该工程右洞K302+560处的拱顶沉降测点。精密水准仪拱顶测点和全站仪拱顶测点的布置位置相同。测量人员要依据具体工程情况，对测量点位置进行严格考量和选择。
测量结果表明，0.5”全站仪和精密水准仪、1.0”全站仪和精密水准仪、0.5”全站仪和1.0”全站仪均存在测量偏差。采用全站仪测量方式和精密水准仪测量得出的数据基本相同。表明，在隧道拱顶沉降测量中，应用0.5”全站仪极为有效，且具备可行性。相较于传统测量方法，全站仪的测量精度和测量效率都比较高，不会对隧道施工产生太大影响或干扰，在隧道工程应用中极具适用性，且效果极佳。
5.全站仪测量隧道拱顶沉降措施
在基准点和测点中间，对观测站进行设置，该过程中，要对观测站进行准确标识。每一次将监测站设置在同一位置，对其进行固定测量。采用该种设置方式，能够对测距和竖直角误差进行有效规避。分别将设站与测点、设站与基准点的距离控制在30m-50m左右。假使距离过小，很容易使竖直角角度增加；而且，如果距离过大，也会增加测量误差。
6.结语
综上所述，将高性能全站仪应用到隧道拱顶沉降测量中，测量过程极为简便，既能够缩短测量时间，又能够提高测量效率，不会对施工过程产生影响，有助于降低工程实践中的各类误差问题，使隧道拱顶沉降测量结果更加准确，以达到良好的沉降监测效果，提高工程建设质量。
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