CN113532403A - 隧道长边导线贯通测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种隧道长边导线贯通测量方法。该隧道长边导线贯通测量方法包括以下步骤：测试隧道内的最远有效测距；设计导线边长进而设立若干导线点；分别架设全站仪和觇标，调试觇标至最佳观测亮度；将电子手簿与全站仪连接，设置水平角观测限差指标；人工照准觇标以观测水平角并记录，电子手簿实时自动校核精度；拆下觇标换上棱镜，人工照准棱镜以观测距离并记录；迁至下一位置，直至所有导线点观测完毕。本发明能够增长隧道内导线观测边长，降低导线设站数量，实现隧道内1500m导线边长下的观测目标清晰且稳定，显著提升隧道横向贯通测量精度，经济效益更高、实用性更强，推动超长隧道精密工程测量的发展和工程应用。

Description

隧道长边导线贯通测量方法

技术领域

本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种隧道长边导线贯通测量方法。

背景技术

在隧道工程建设中，隧道贯通必然含有贯通误差，隧道工程的贯通误差包括横向、纵向和竖向三个方向，从目前的测量技术、仪器设备性能及工程要求多方面出发，横向贯通误差受洞内测量条件因素制约明显最难达到隧道施工要求。根据测量误差传播定律，横向贯通误差主要是由洞内导线测量因素所引起的；随着隧道距离的延伸、导线设站数量的增加，导线测量的误差会不停的累积，从而导致隧道内部的横向贯通精度大幅降低。

目前，隧道洞内导线测量通常采用人工照准和自动照准的观测方法，不管基于哪种方法观测都会受隧道内烟雾、粉尘、照明等观测环境条件限制，隧道内导线边长布设一般控制在300-400m时，而通视条件较好的隧道导线边长布设最大也不超800m，如港珠澳大桥沉管隧道工程贯通测量导线边长设计为720m。因洞内导线网的总体长度由隧道长度决定，在不改变隧道长度的前提下，隧道横向贯通测量要想获得较高的精度，关键是增长隧道内导线观测边长以减少洞内导线设站数量。另外随着隧道长度的增加和工程测量精度要求的不断提高，现有常规测量方法难以适应超长隧道精密贯通测量的需要。

发明内容

针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种隧道长边导线贯通测量方法，用以增长隧道内导线观测边长，降低导线设站数量，提升隧道横向贯通测量精度。

本发明提供一种隧道长边导线贯通测量方法，包括以下步骤：

S1.利用全站仪在隧道内测试所能达到的最远有效测距；

S2.设置初始观测点，设计导线边长，根据导线边长设立若干导线点；

S3.在初始观测点处架设全站仪，以第一导线点为测量点，在测量点处架设觇标；

S4.调试觇标至最佳观测亮度；

S5.将电子手簿与全站仪连接，设置水平角观测限差指标；

S6.人工照准觇标以观测水平角并记录于电子手簿内，电子手簿实时自动校核精度；

S7.水平角观测完成并计算合格后，拆下觇标换上棱镜；

S8.测量温度气压并记录于电子手簿内，人工照准棱镜以观测距离并记录于电子手簿内；

S9.距离观测完成后，将全站仪迁至当前测量点处，以下一导线点为新测量点，在新测量点处架设觇标，按照S4–S8步骤重复观测，直至所有导线点观测完毕。

本技术方案通过觇标的使用和水平角观测限差指标的设置，有效降低隧道内观测条件的影响，达到增长隧道内导线观测边长以降低导线设站数量的目的，提升隧道横向贯通测量精度。

在其中一些实施例中，在步骤S2中，导线边长的布设范围为1100-1500m。本技术方案显著增长隧道内导线观测边长。

在其中一些实施例中，在步骤S5中，水平角观测限差指标设为：半测回归零差不大于3″，一测回内2C互差不大于6″，同一方向值各测回互差不大于3″。本技术方案通过设置高标准的水平角观测限差指标，严格控制水平角观测精度，提升水平角观测的精度和稳定性。

在其中一些实施例中，觇标，包括：

外壳，外壳的正面镶嵌有透光板；

排灯，排灯安装于外壳的内部，排灯包括多条平行设置的灯带，灯带均位于同一平面上，并沿外壳的竖向中心线对称布设；灯带发出的光照向透光板的方向。

本技术方案通过排灯的设置，有效降低隧道内观测条件的影响，达到增长隧道内导线观测边长以降低导线设站数量的目的。

在其中一些实施例中，灯带为红色灯带；每一灯带的电功率为2.6W，亮度为120-200流明。本技术方案通过灯带的颜色和性能设置，提升觇标的穿透力和明亮度。

在其中一些实施例中，灯带的数量为12条，每一灯带经透光板透射的发光长度为250mm、宽度为5mm，相邻灯带之间的间距为2mm。

在其中一些实施例中，觇标还包括用于控制灯带亮灭的控制开关，控制开关安装于外壳的背面。

在其中一些实施例中，觇标还包括安装于外壳背面的DC插座，DC插座的输入端与外部电源连接，输出端与排灯连接。

在其中一些实施例中，觇标还包括适配器，适配器的上部与外壳的底部连接，适配器的下部内装铜座套，以通过铜座套将适配器安装于导线点预设的测量基座上。本技术方案通过适配器的设置，实现了觇标与测量基座的稳定装配。

在其中一些实施例中，适配器的下部还装有座套按钮，座套按钮包括按钮本体和环向设置于按钮本体外壁的定位凸缘；定位凸缘位于适配器和铜座套共同开设的容置孔内，座套按钮沿容置孔的轴向往复运动，以使定位凸缘的外壁凸进或脱离铜座套的内腔；按钮本体在沿容置孔的轴向往复运动过程中不与铜座套发生接触。本技术方案通过座套按钮的设置，实现了觇标与测量基座之间的拆装便利性。

基于上述技术方案，本发明实施例的隧道长边导线贯通测量方法，能够增长隧道内导线观测边长达到降低导线设站数量的目的，实现隧道内1500m导线边长下的观测目标清晰且稳定，从而提升隧道横向贯通测量精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的隧道长边导线贯通测量方法的步骤示意图；

图2为本发明的觇标的主视图(未显示透光板)；

图3为本发明的觇标的后视立体图；

图4为本发明的觇标的结构***图；

图5为图1的A-A剖视图；

图6为图5的B-B剖视图；

图7为沉管隧道洞内长边导线网图。

图中：

1、外壳；2、透光板；3、排灯；31、灯带；4、控制开关；5、DC插座；6、适配器；61、铜座套；62、座套按钮；621、按钮本体；622、定位凸缘；63、按钮背板；64、容置孔；7、上盖；8、铆钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明的隧道长边导线贯通测量方法，包括以下步骤：

S1.利用全站仪在隧道内测试所能达到的最远有效测距；本领域技术人员可以理解的是，在测试前按行业常规对隧道内进行通风，保证隧道内空气流通，以利于观测，在此不做赘述；

S2.设置初始观测点，根据最远有效测距设计导线边长，根据导线边长设立若干导线点；本领域技术人员可以理解的是，在初始观测点和各导线点安装强制对中观测墩，便于提升观测精度，在此不做赘述；

S3.在初始观测点处的观测墩上架设全站仪，以第一导线点为测量点，在测量点处的观测墩上架设觇标；

S4.将觇标与外部电源连接，调试觇标至最佳观测亮度，确保人工可以清晰照准觇标；

S5.将电子手簿与全站仪连接，设置水平角观测限差指标；

本领域技术人员可以理解的是，电子手簿内置外业数据采集软件，电子手簿与全站仪配合使用，可实现数据自动采集与解算；测量前在软件内对各项测量误差控制指标进行提前设定，测量过程中软件对各项误差实时自动解算，对超差数据自动剔除，直至数据合格为止，然后软件自动进行观测数据平差计算，在此不做赘述；

S6.人工照准觇标以观测水平角并记录于电子手簿内，电子手簿实时自动校核精度；本领域技术人员可以理解的是，每次照准要独立进行，且每照准一次即记录读数，以便电子手簿实时校核精度，在此不做赘述；

S7.水平角观测完成并计算合格后，拆下觇标换上棱镜；

S8.测量温度气压并记录于电子手簿内，人工照准棱镜以观测距离并记录于电子手簿内；

S9.距离观测完成后，将全站仪迁至当前测量点处的观测墩上，以下一导线点为新测量点，在新测量点处的观测墩上架设觇标，按照S4–S8步骤重复观测，直至所有导线点观测完毕。

上述示意性实施例，通过觇标的使用和水平角观测限差指标的设置，有效降低隧道内观测条件的影响，达到增长隧道内导线观测边长以降低导线设站数量的目的，提升隧道横向贯通测量精度。

在一些实施例中，在步骤S2中，导线边长的布设范围为1100-1500m。该示意性实施例，显著增长隧道内导线观测边长。可以理解的是，导线边长的布设范围根据实际隧道内测试所得到的最远有效测距来设定，例如1100m、1200m、1300m、1400m、1500m。

在一些实施例中，在步骤S5中，水平角观测限差指标设为：半测回归零差不大于3″，一测回内2C互差不大于6″，同一方向值各测回互差不大于3″。需要说明的是，现有技术中相同观测等级的水平角观测限差指标设为：半测回归零差不大于4″，一测回内2C互差不大于8″，同一方向值各测回互差不大于4″。通过上述对比可知，该示意性实施例，通过设置更高标准的水平角观测限差指标，严格控制水平角观测精度，提升水平角观测的精度和稳定性。

如图2-图4所示，在一些实施例中，觇标包括外壳1和排灯3。外壳1的正面镶嵌有透光板2，用以透射排灯3发出的光；外壳1的顶部设有上盖7，用以封闭外壳1的顶端；外壳1通常由铝合金材料制作而成，透光板2的材料为白色透明有机玻璃。排灯3安装于外壳1的内部，排灯3包括多条平行设置的灯带31；灯带31均位于同一平面上，并沿外壳1的竖向中心线对称布设；灯带31发出的光照向透光板2的方向。

上述示意性实施例，通过排灯3的设置，有效降低隧道内观测条件的影响，达到增长隧道内导线观测边长以降低导线设站数量的目的。

在一些实施例中，灯带31为红色灯带；每一灯带31的电功率为2.6W，亮度为120-200流明，每条灯带31的亮度可以人工调节。进一步说明，在隧道内光线灰暗、粉尘盐雾多的测量环境下，蓝光、黄光、绿光、白光的穿透力弱，当导线边长超过700m时，测量目标就会变模糊，人工照准观测的精准性难以实现；而红光的穿透力强，本发明的导线边长布设为1500m时，测量目标依然清晰且光源不发散，人工照准观测的精准性很高。

上述示意性实施例，通过灯带31的颜色和性能设置，提升觇标的穿透力和明亮度，使测量目标即觇标的轮廓清晰且稳定，便于人工照准观测。

如图2、图4所示，在一些实施例中，灯带31的数量为12条；每一灯带31经透光板2透射的发光长度L为250mm、宽度W为5mm，相邻灯带31之间的间距P为2mm。进一步地，所有的灯带31沿觇标的竖向中心线对称布设而组合成为排灯3；排灯3的制作过程中，需严密保证尺寸精度，误差＜0.5mm。该示意性实施例，通过灯带31的数量和尺寸设置，实现了排灯3的结构设计。

如图3、图4所示，在一些实施例中，觇标还包括用于控制灯带31亮灭的控制开关4，控制开关4安装于外壳1的背面。进一步说明，控制开关4包括若干个子开关，每一子开关控制若干根灯带31的亮灭，灯带31亮灭的数量视隧道内具体的观测环境和实际导线边长而调节。本实施例中，控制开关4包括6个子开关，每一子开关控制两根对称灯带31的亮灭，通过子开关来控制调整觇标的透光量。可以理解的是，本发明并不以为限，本领域技术人员可根据实际需要灵活调整控制开关4的具体设置。该示意性实施例，通过控制开关4的设置，便于人工调控透光量，灵活便捷，提高工作效率。

如图3、图4所示，在一些实施例中，觇标还包括安装于外壳1背面的DC插座5，DC插座5的输入端与外部电源连接，输出端与排灯3连接。进一步地，觇标采用12V电瓶作为外部基本供电电源，一般60AH电瓶可以提供夜晚连续6小时观测。该示意性实施例，实现了觇标与外部电源的连接，解决了觇标的供电问题。

如图3、图4、图6所示，在一些实施例中，觇标还包括适配器6，适配器6的上部与外壳1的底部连接，适配器6的下部内装铜座套61，以通过铜座套61将适配器6安装于导线点预设的测量基座(未绘示)上。进一步说明，通过适配器6的设置，使觇标中心与测量基座的中心位于同一铅垂线上。觇标与测量基座安装好后，利用全站仪竖直角功能监测其上下中心线是否重合，保证安装精度＜1.0mm，进而确保隧道贯通测量的精度。另外，适配器6相对于测量基座可360度旋转，实现觇标的发光方向根据观测需要灵活调整。该示意性实施例，通过适配器6的设置，实现了觇标与测量基座的稳定装配。

如图2、图4-图6所示，在一些实施例中，适配器6的下部还装有座套按钮62，座套按钮62包括按钮本体621和环向设置于按钮本体621外壁的定位凸缘622；定位凸缘622位于适配器6和铜座套61共同开设的容置孔64内，座套按钮62沿容置孔64的轴向往复运动，以使定位凸缘622的外壁凸进或脱离铜座套61的内腔；按钮本体621在沿容置孔64的轴向往复运动过程中不与铜座套61发生接触。

进一步说明，座套按钮62安装于适配器6的正面，适配器6的背面安装有按钮背板63，座套按钮62上装有抵压于按钮背板63上的弹出机构(未绘示)。适配器6与测量基座处于装配状态时，在弹出机构的弹力作用下，座套按钮62凸进铜座套61内腔的定位凸缘622与测量基座实现卡接限位，以将适配器6与测量基座紧密连接；按下座套按钮62，定位凸缘622脱离铜座套61的内腔，即不再对测量基座进行卡接限位，而按钮本体621在移动过程中不与铜座套61发生接触，因而能够方便将适配器6从测量基座上取下。

上述示意性实施例，通过座套按钮62的设置，实现了觇标与测量基座之间的拆装便利性，省时省力，提高工作效率。

为充分说明本发明的有益效果，对港珠澳大桥沉管隧道的西人工岛洞外控制点至贯通面E29管节进行贯通测量，测量总长度约6km；采用720m双线形联合锁网测量完成后，再采用1300m长边导线网进行测量检核。进一步说明，长边导线洞外采用一点一方向，洞内在左右行车道各布设一个全导线网，并相互联接，布设网形如图7所示。

双线形联合锁网与长边导线网的贯通测量结果对比如下表：

经上述对比可知，右车道贯通面横向贯通X坐标差8.5mm，纵向贯通Y坐标差3.7mm；左车道贯通面横向贯通X坐标差9.6mm，纵向贯通Y坐标差4.0mm，两个车道坐标差大小相近，说明长边导线网与双线形联合锁网的测量结果都具有较高的精度和可靠性。然而，在隧道长度相同的前提下，长边导线网因其布设的导线点更少，其经济效益更高、实用性更强，尤其对长隧道、特长隧道而言，随着隧道长度的增加，长边导线贯通测量的优势更为突出，测量精度和效率得以显著提升；因而长边导线贯通测量方法能够推动超长隧道精密工程测量的发展和工程应用。

进一步地，对长边导线贯通测量的理论精度与实测精度进行统计对比分析，依照如图7所示的网形和观测精度，利用科傻软件，对隧道进行精度模拟估算。经实测，发现实测的精度要远高于理论评估精度，再次验证长边导线贯通测量成果可靠性。长边导线贯通测量理论与实测精度对比如下表。

点名	导线边数	理论总误差/mm	实测总误差/mm
				JX	0	1.20	1.20
RR3	1	4.37	2.56
				RR10	2	9.10	5.53
RR17	3	14.95	8.77
				RR25	4	20.87	12.39
RR29	5	22.25	14.01

通过对本发明的隧道长边导线贯通测量方法的多个实施例的说明，可以看到本发明至少具有以下一种或多种优点：

1、通过觇标的设置，有效降低隧道内观测条件的影响，增长隧道内导线观测边长达到降低导线设站数量的目的；

2、本发明的隧道长边导线贯通测量方法，适用于隧道内任何布网形式下的隧道横向贯通测量；在现有隧道内导线观测边长不超过800m的技术现状下，突破性地将其增长至1500m，且确保观测目标清晰稳定，显著提升隧道横向贯通测量精度；本发明的隧道长边导线贯通测量方法，其经济效益更高、实用性更强，能够推动超长隧道精密工程测量的发展和工程应用。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.利用全站仪在隧道内测试所能达到的最远有效测距；

S2.设置初始观测点，设计导线边长，根据所述导线边长设立若干导线点；

S3.在所述初始观测点处架设所述全站仪，以第一导线点为测量点，在所述测量点处架设觇标；

S4.调试所述觇标至最佳观测亮度；

S5.将电子手簿与所述全站仪连接，设置水平角观测限差指标；

S6.人工照准所述觇标以观测水平角并记录于所述电子手簿内，所述电子手簿实时自动校核精度；

S7.所述水平角观测完成并计算合格后，拆下所述觇标换上棱镜；

S8.测量温度气压并记录于所述电子手簿内，人工照准所述棱镜以观测距离并记录于所述电子手簿内；

S9.距离观测完成后，将所述全站仪迁至当前所述测量点处，以下一导线点为新测量点，在所述新测量点处架设所述觇标，按照S4-S8步骤重复观测，直至所有所述导线点观测完毕。

2.根据权利要求1所述的隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，在步骤S2中，所述导线边长的布设范围为1100-1500m。

3.根据权利要求1所述的隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，在步骤S5中，所述水平角观测限差指标设为：半测回归零差不大于3″，一测回内2C互差不大于6″，同一方向值各测回互差不大于3″。

4.根据权利要求1所述的隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，所述觇标包括：

外壳，所述外壳的正面镶嵌有透光板；

排灯，所述排灯安装于所述外壳的内部，所述排灯包括多条平行设置的灯带，所述灯带均位于同一平面上，并沿所述外壳的竖向中心线对称布设；所述灯带发出的光照向所述透光板的方向。

5.根据权利要求4所述的隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，所述灯带为红色灯带，每一所述灯带的电功率为2.6W，亮度为120-200流明。

6.根据权利要求5所述的隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，所述灯带的数量为12条，每一所述灯带经所述透光板透射的发光长度为250mm、宽度为5mm，相邻灯带之间的间距为2mm。

7.根据权利要求4所述的隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，所述觇标还包括用于控制所述灯带亮灭的控制开关，所述控制开关安装于所述外壳的背面。

8.根据权利要求4所述的隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，所述觇标还包括安装于所述外壳背面的DC插座，所述DC插座的输入端与外部电源连接，输出端与所述排灯连接。

9.根据权利要求8所述的隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，所述觇标还包括适配器，所述适配器的上部与所述外壳的底部连接，所述适配器的下部内装铜座套，以通过所述铜座套将所述适配器安装于所述导线点预设的测量基座上。

10.根据权利要求9所述的隧道长边导线贯通测量方法，其特征在于，所述适配器的下部还装有座套按钮，所述座套按钮包括按钮本体和环向设置于所述按钮本体外壁的定位凸缘；所述定位凸缘位于所述适配器和所述铜座套共同开设的容置孔内，所述座套按钮沿所述容置孔的轴向往复运动，以使所述定位凸缘的外壁凸进或脱离所述铜座套的内腔；所述按钮本体在沿所述容置孔的轴向往复运动过程中不与所述铜座套发生接触。

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