CN113932768B - 一种用于铁路隧道待测断面的测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及铁路隧道结构修复技术领域，提供了一种用于铁路隧道待测断面的测量方法，包括：确定与既有中线平行的参照线，获取所述参照线相对所述既有中线的第一位置参数；以所述参照线为基准，架设并对中整平全站仪；水平转动所述全站仪的照准部，以使所述照准部的视准轴垂直于所述参照线；竖直偏转所述照准部，测量并获取所述待测断面测量点的第二位置参数。使用全站仪作为测量工具，通用性更高，使用面广，减少了测量成本，经济性好。同时利用与既有中线平行的参照线代替既有中线作为基准设置全站仪，无需利用洞内控制点，减少了测量所需的原始数据，测量过程快速，可利用轨道运行天窗期快速进行，不影响铁路正常运行，提高了测量效率。

Description

一种用于铁路隧道待测断面的测量方法

技术领域

本申请涉及铁路隧道结构修复技术领域，尤其涉及一种用于铁路隧道待测断面的测量方法。

背景技术

铁路投入运营的隧道分布在全球各地，在不同水文环境及地质条件等外部因素的共同作用下，经过长时间的服役，隧道局部出现不同程度的病害及缺陷，成为列车安全运行的巨大隐患。铁路隧道的病害类型主要包括：渗漏水病害(包括冻害)、衬砌结构裂损病害、基底破损病害以及其他类型病害等，而这其中渗漏水病害和衬砌结构裂损病害是影响隧道安全性的主要因素。而对铁路隧道病害进行加固的首要步骤是对加固处的断面进行测量，以获得断面数据。当前对隧道断面测量已有大量的相关研究，但现有方法均难以在天窗点有效时间内，高效、简易地快速测量隧道断面。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例在于提供一种高效、简易的用于铁路隧道待测断面的测量方法。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种用于铁路隧道待测断面的测量方法，包括：

确定与既有中线平行的参照线，获取所述参照线相对所述既有中线的第一位置参数；

以所述参照线为基准，架设并对中整平全站仪，获取全站仪的设站位置参数；

水平转动所述全站仪的照准部，以使所述照准部的视准轴垂直于所述参照线；

竖直偏转所述照准部，测量并获取所述待测断面测量点的第二位置参数。

一些实施方案中，所述既有中线为隧道中轴线；或，所述既有中线为线路中线。一些实施方案中，所述参照线包括：

第一平行线，所述第一平行线为任意一条铁路钢轨的延伸线或平行于所述钢轨上的两件钢轨扣件之间的连线；

在所述铁路钢轨或所述钢轨扣件上架设所述全站仪，所述第一位置参数即为所述全站仪的设站位置参数。

一些实施方案中，所述参照线包括：

第二平行线，所述第二平行线为任意一条接触网线的延伸线或平行于所述接触网线上的两件接触网吊柱之间的连线；

在所述接触网线正下方或所述接触网吊柱正下方架设所述全站仪，所述第一位置参数经过简易数值变换即为所述全站仪的设站位置参数。

一些实施方案中，所述参照线包括：

第三平行线，所述第三平行线为轨道板边线；

在相对所述轨道板边线的垂直方向上平移预设距离架设所述全站仪，所述第一位置参数经过简易数值变换即为所述全站仪的设站位置参数。一些实施方案中，水平转动所述全站仪的照准部，以使所述照准部的视准轴垂直于所述参照线的步骤，具体包括；

将所述全站仪的测量模式调整为无棱镜模式，将所述全站仪的照准部后视所述参照线延伸方向的远处，以使所述照准部的视准轴平行于所述参照线；

将所述照准部水平偏转90°或270°并锁紧，以使所述视准轴与所述参照线垂直。

一些实施方案中，竖直偏转所述照准部，测量并获取所述待测断面测量点的第二位置参数的步骤，具体包括：

竖直偏转所述照准部，所述照准部沿所述待测断面的周向采集所述第二位置参数；

将所述第二位置参数导入CAD中进行断面图绘制。

一些实施方案中，上一所述待测断面与下一所述待测断面的测量间隔为1m～3m。

一些实施方案中，所述第一位置参数的坐标形式为A1(x1,y1,z1)，

其中：x1为所述参照线相对所述既有中线的水平距离，y1为所述待测断面的里程数，z1为所述参照线相对所述既有中线的第一高度。

一些实施方案中，所述第二位置参数的坐标形式为A2(x2,y2,z2)，

其中：x2为所述待测断面测量点相对所述设站位置参数的水平距离，y2为所述待测断面的里程数，z2为所述待测断面测量点相对所述设站位置参数的第二高度。

本申请实施例提供的一种用于铁路隧道待测断面的测量方法，使用全站仪作为测量工具，通用性更高，使用面广，减少了测量成本，经济性好。同时利用与既有中线平行的参照线代替既有中线作为基准设置全站仪，无需利用洞内控制点，减少了测量所需的原始数据，测量过程快速，提高了测量效率。

附图说明

图1为本申请一实施例的全站仪设站的示意图；

图2为图1的另一视角的示意图，其中示意性地展示了隧道中轴线以及线路中线的位置；

图3为本申请一实施例的全站仪测量待测断面测量点的示意图；

图4为本申请一实施例的待测断面测量点的第二位置参数拟合成CAD的示意图；

图5为本申请一实施例在待测断面上安装有波纹板的结构示意图；

图6为本申请一实施例的用于铁路隧道待测断面的测量方法的示意图。

附图标记说明：

待测断面1；待测断面测量点11；隧道中轴线2；钢轨3；线路中线4；全站仪5；波纹板6。

具体实施方式

需要说明的是，本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中，术语“上”、“下”、“竖直方向”、“水平方向”方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。术语“第一/第二”仅仅是是区别不同的对象，不表示二者之间具有相同或联系之处。

本申请实施例提供一种用于铁路隧道待测断面的测量方法，请参见图6，包括：

S1、确定与既有中线平行的参照线，获取参照线相对既有中线的第一位置参数；

S2、以参照线为基准，架设并对中整平全站仪；

S3、水平转动全站仪的照准部，以使照准部的视准轴垂直于参照线；

S4、竖直偏转照准部，测量并获取待测断面测量点的第二位置参数。

当前对隧道断面测量已有大量的相关研究，如使用激光断面仪结合专业数据处理软件能够快速得到隧道的相关参数、采用全站仪极坐标法结合CASIO可编程计算器进行断面测量、采用全站仪三维坐标法计算断面横向支距进行断面绘制、以及采用三维激光扫描仪法对隧道进行全景扫描，再通过后期处理数据获得断面参数。激光断面仪虽然工作原理简单，但是不同断面需要逐一设站，同时断面仪功能单一，经济效益不高；而全站仪极坐标法及三维坐标法虽然精度较高，但都需要使用洞内控制点，或使用中桩点位才能开始测量，受控制点位约束，且效率较低；三维激光扫描的方法虽然获取的数据全面、直观，现场作业效率高，但是后期数据处理难度大，且成本较高。另外，隧道病害整治施工一般不涉及隧道测量，很难得到隧道内控制点数据；同时这种病害整治一般都在天窗点内进行，要用上述方法在一个天窗点内完成多处病害点断面测量难度较高。

本申请实施例的测量方法一方面使用全站仪作为测量工具，通用性更高，使用面广，减少了测量成本，经济性好。另一方面，本申请实施例的测量方法在不获取隧道内控制点数据的情况下，利用既有中线与既有中线平行的参照线的位置关系，并以参照线代替既有中线作为基准设置全站仪。无需利用洞内额外设置的控制点，减少了测量所需的原始数据，测量过程快速、高效，提高了测量效率，测量一个断面耗时短，可利用轨道运行的天窗期快速进行，不会影响铁路的正常运行，具有极大的推广价值。

下面对本申请实施例用于铁路隧道待测断面的测量方法的各个步骤进行具体地说明。

S1、确定与既有中线平行的参照线，获取参照线相对既有中线的第一位置参数。

一般情况下，测量断面时要求断面方向垂直于既有中线方向，在断面测量精度要求不太高时，可采用自由设站方式进行横断面的测量，待测断面的垂直度依靠司镜员估计。而对于测量精度要求较高的条件下，需要将仪器按安置在线路中桩处才便于测量，这就限制了相关仪器的安置范围，此时不能采用自由设站的方法进行测量。因此，本申请实施例通过确定与既有中线平行的参照线，获取参照线与既有中线的第一位置参数，能够为设站的基准变换做准备。

示例性的，一实施例中，请参见图1和图2，既有中线为隧道中轴线；或，既有中线为线路中线。也就是说，既有中线可以是线路中线，即隧道内轨道任意一条线路的中轴上沿线路运行方向的地面延伸线；既有中线也可以是隧道中轴线，即隧道的中轴上沿线路运行方向的地面延伸线。

可以理解的是，与既有中线平行的参照线可以利用隧道内现有设施作为参照。例如，隧道内的钢轨、钢轨扣件、接触网线、接触网吊柱、轨道板边线等。

示例性的，一实施例中，请参见图1，参照线包括第一平行线。第一平行线为任意一条铁路钢轨3的延伸线或平行于钢轨3的两件钢轨扣件之间的连线。由于钢轨3的延伸线方向平行于既有中线的方向，因此隧道内任意一条钢轨3均可作为参考线。通过在钢轨3上表面标记至少两个特征点，则这两个特征点之间的连线即可作为参考线。由于钢轨3的延伸线位于地面上，与既有中线的位置关系转换简单，因此钢轨3的延伸线作为参考线设站的效率较高。类似地，也可利用钢轨扣件上的钢轨接头夹板、钢轨接头螺栓作为标记的特征点，因此当某些钢轨3不便于标定参考线时，采用两平行于钢轨3的两件钢轨扣件之间的连线也能作为参考线。

示例性的，一实施例中，参照线包括第二平行线，第二平行线为任意一条接触网线的延伸线或平行于接触网线上的两件接触网吊柱之间的连线。由于接触网线的延伸线方向平行于既有中线的方向，因此任意一条接触网线的延伸线均可作为参考线。类似的，接触网吊柱结构明显，因此也可利用平行于接触网线的两件接触网吊柱之间的连线作为参考线。

示例性的，一实施例中，参照线包括第三平行线，第三平行线为轨道板边线。也就是说，第三平行线为轨道板边缘的直线，由于轨道板边线结构明显并与既有中线平行，也可作为参照线。

S2、以参照线为基准，架设并对中整平全站仪。

由于步骤S1获取了参照线的与既有中线的第一位置参数，直接利用参照线为基准，在隧道洞内控制点数据难以获得以及隧道中桩不便于设站的情况下，能够提高全站仪设站测量效率，测量过程更快。

一实施例中，以第一平行线为参照线，在铁路钢轨或钢轨扣件上架设全站仪，第一位置参数即为全站仪的设站位置参数。也就是说，全站仪直接架设在任意一条铁路钢轨或钢轨扣件上，第一位置参数即为全站仪相对既有中线的设站位置参数。同时，全站仪直接架设在第一平行线上有利于后续快速找到垂直于既有中线的待测断面。

第一位置参数的表示形式不限，可以采用直角坐标系、极坐标系进行表示。示例性的，一实施例中，请参见图1和图2，第一位置参数的坐标形式为A1(x1,y1,z1)，其中：x1为参照线相对既有中线的水平距离，y1为待测断面1的里程数，z1为参照线相对既有中线的第一高度。

可选地，一实施例中，请参见图1和图2，对于单洞双线隧道，作为基准的既有中线可以是左侧线路中线，可设其坐标为(0m，里程数，0m)，以其中一条钢轨3的延伸线作为参照线，按照中国标准轨距1435mm计算，全站仪5架设对中在钢轨3之后，设站位置参数可设为(-0.7175m，里程数，0m)。

一实施例中，以第二平行线为参照线，在接触网线正下方或接触网吊柱正下方架设全站仪，第一位置参数经过简易数值变换即为全站仪的设站位置参数。由于全站仪设置在接触网线或接触网吊柱的正下方，示例性的，作为基准的既有中线可以是线路中线，同时可认为全站仪的水平方向上的位置与线路中线在水平方向上的位置上一致，则接触网线相对线路中线的第一位置参数为(0m，里程数，z1)，其中z1为接触网线相对线路中线的第一高度。将全站仪设置在接触网正下方地面上，通过对第一高度z1清零的简易数值变换，设站位置参数坐标可设为(0m，里程数，0m)。

一实施例中，以第三平行线为参照线，在相对轨道板边线的垂直方向上平移预设距离架设全站仪，第一位置参数经过简易数值变换即为全站仪的设站位置参数。通常情况下，全站仪设站激光对中应当在轨道板边线，当轨道板与底座板存在高差不好架设仪器时，可通过简易测量工具，例如直尺，相对轨道板边线的垂直方向平移预设距离，例如平移10～15cm，以便于激光对中架设全站仪，同时在远处也用直尺量出轨道板边线的垂直方向平移10～15cm的位置，以便于全站仪激光照准此点，完成定向设站。

示例性的，对于单洞双线隧道，作为基准的既有中线可以是左侧线路中线，可设其坐标为(0m，里程数，0m)，以其中一条钢轨3的轨道板边线作为参照线，则轨道板边线相对线路中线的第一位置参数为(x1，里程数，0m)。其中x1为轨道板边线相对线路中线的水平距离。为便于架设仪器，全站仪5可架设对中在轨道板边线水平平移0.1m的位置处，通过对x1的简易数值变换，设站位置参数可设为(x1-0.1m，里程数，0m)或(x1+0.1m，里程数，0m)。

S3、水平转动全站仪的照准部，以使照准部的视准轴垂直于参照线。

将照准部的视准轴垂直于参照线，也就相当于视准轴垂直于既有中线，因此，此时全站仪测量的待测断面将垂直于既有中线，测量结果精度较高。

具体地，一实施例中，将全站仪的测量模式调整为无棱镜模式，将全站仪的照准部后视参照线延伸方向的远处，以使照准部的视准轴平行于参照线。将照准部水平偏转90°或270°并锁紧，以使视准轴与参照线垂直。在S2步骤的基础上，全站仪已经架设在第一平行线上或第二平行线的正下方，此时全站仪的照准部仅需水平偏转90°或270°，就可将照准部的视准轴垂直于参照线，即直接找到待测断面与既有中线垂直的方向，此时司镜员无需通过估计断面的垂直度，待测断面的测量结果精度较高，提高了测量的作业速度。

示例性的，请参见图1和图2，以一侧钢轨3的延伸线作为参照线，全站仪5采用无棱镜模式后视这条钢轨3的远处，激光照准到这条钢轨3的中线上，水平转动照准部，水平度盘读数为90°或270°时锁紧照准部，即可找到与既有中线垂直方向的待测断面1。

S4、竖直偏转照准部，测量并获取待测断面测量点的第二位置参数。

在S3步骤的基础上，照准部的视准轴已垂直于参照线，后续通过沿竖直方向偏转照准部，即可测量并获取待测断面测量点的第二位置参数。

具体地，一实施例中，竖直偏转照准部，照准部沿待测断面的周向按照预设间距采集第二位置参数。将第二位置参数导入CAD中进行断面图绘制。CAD断面图参见图4所示。需要说明的是，预设间距中的间距大小并不是固定的，而是根据待测断面的实际情况预先设定的间距。示例性的，沿着待测断面一周尽可能密集的采集内衬点的第二位置参数，尤其是存在结构形态突变的地方，如隧道边墙与水道盖板交界处等地方。如此，可以提高第二位置参数导入CAD后，断面图绘制的测量完整性和测量精度。

第二位置参数的表示形式不限，可以采用直角坐标系、极坐标系进行表示。示例性的，一实施例中，请参见图3，第二位置参数的坐标形式为A2(x2,y2,z2)，其中：x2为待测断面测量点11相对设站位置参数的水平距离，y2为待测断面1的里程数，z2为待测断面测量点11相对设站位置参数的第二高度。

一实施例中，上一所述待测断面与下一所述待测断面的测量间隔为1m～3m。当需要对隧道连续多个断面进行数据测量时，特别是在对铁路隧道病害进行加固的断面进行测量时，若病害整治范围较大，可将相邻两待测断面的间隔设置在1m～3m之间。示例性的，一实施例中，断面采集的密度间隔设置为2m，此时仪器里程处前后待测断面测得点的坐标形式为(x2，里程数+2，z2)，((x2)’，里程数-2，(z2)’)，采集数据过程中把握Y坐标不变，也就是沿既有中线延伸方向的坐标不变，采集到的数据即为这一里程处前后间隔2m的断面数据。

由于隧道内常出现拱腰及拱顶处衬砌背后大范围空洞及欠厚严重的病害情况，若采用凿除衬砌重筑方式处理，施工周期长并且风险较大，而采用预制式钢波纹板6套衬对隧道结构进行加固补强的技术因整治效果好，且被广泛应用于隧道工程中，波纹板6套衬加固补强结构如图5所示。因此，采用本申请提供的测量方法测得的第二位置参数并经过内业数据处理得到的CAD断面图，可用于定制对铁路隧道病害进行加固的波纹板6，此种测量方法得到的CAD断面图精度较高，能够很好地完成波纹板6制作。同时，将制作完成的波纹板6安装后，还可用上述方法对隧道断面进行复测，用以对波纹板6安装完成后的限界分析。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于铁路隧道待测断面的测量方法，其特征在于，包括：

确定与既有中线平行的参照线，获取所述参照线相对所述既有中线的第一位置参数，能够为设站的基准变换做准备；

以所述参照线为基准，架设并对中整平全站仪，获取全站仪的设站位置参数；其中，所述第一位置参数为所述全站仪的设站位置参数，或所述第一位置参数经过简易数值变化为所述全站仪的设站位置参数；

水平转动所述全站仪的照准部，以使所述照准部的视准轴垂直于所述参照线；

竖直偏转所述照准部，测量并获取所述待测断面测量点的第二位置参数。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述既有中线为隧道中轴线；或，所述既有中线为线路中线。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述参照线包括：

第一平行线，所述第一平行线为任意一条铁路钢轨的延伸线或平行于所述钢轨上的两件钢轨扣件之间的连线；

在所述铁路钢轨或所述钢轨扣件上架设所述全站仪，所述第一位置参数即为所述全站仪的设站位置参数。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述参照线包括：

第二平行线，所述第二平行线为任意一条接触网线的延伸线或平行于所述接触网线上的两件接触网吊柱之间的连线；

在所述接触网线正下方或所述接触网吊柱正下方架设所述全站仪，所述第一位置参数经过简易数值变换即为所述全站仪的设站位置参数。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述参照线包括：

第三平行线，所述第三平行线为轨道板边线；

在相对所述轨道板边线的垂直方向上平移预设距离架设所述全站仪，所述第一位置参数经过简易数值变换即为所述全站仪的设站位置参数。

6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，水平转动所述全站仪的照准部，以使所述照准部的视准轴垂直于所述参照线的步骤，具体包括；

将所述全站仪的测量模式调整为无棱镜模式，将所述全站仪的照准部后视所述参照线延伸方向的远处，以使所述照准部的视准轴平行于所述参照线；

将所述照准部水平偏转90°或270°并锁紧，以使所述视准轴与所述参照线垂直。

7.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，竖直偏转所述照准部，测量并获取所述待测断面测量点的第二位置参数的步骤，具体包括：

竖直偏转所述照准部，所述照准部沿所述待测断面的周向采集所述第二位置参数；

将所述第二位置参数导入CAD中进行断面图绘制。

8.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，上一所述待测断面与下一所述待测断面的测量间隔为1m～3m。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的测量方法，其特征在于，所述第一位置参数的坐标形式为A1(x1,y1,z1)，

其中：x1为所述参照线相对所述既有中线的水平距离，y1为所述待测断面的里程数，z1为所述参照线相对所述既有中线的第一高度。

10.根据权利要求1～8任意一项所述的测量方法，其特征在于，所述第二位置参数的坐标形式为A2(x2,y2,z2)，

其中：x2为所述待测断面测量点相对所述设站位置参数的水平距离，y2为所述待测断面的里程数，z2为所述待测断面测量点相对所述设站位置参数的第二高度。