多测回测角软件在长大隧道导线测量中的应用

王晓辉

（中铁十八局集团第四工程有限公司 天津 300350）

随着国民经济建设的发展，我国交通基础设施得到了迅猛发展，长大隧道修建的机会越来越多。在众多长度隧道施工建设中，洞内平面控制测量工作的重要性日益突出[1～3]。平面测量工作的精度直接决定了长大隧道能否正确贯通，测量效率对隧道修建工期的影响也举足轻重[4]。隧道洞内施工平面控制的主要方式为导线测量。随着隧道的向前不断推进，按照一定间距在洞内布设导线点，随布随测，导线测量的灵活度得到充分体现，能够满足隧道施工的要求[5]。然而，之前在进行隧道洞内导线测量时主要采用常规形式的全站仪进行，需要测量人员进行不同导线点位的照准，同时配备一定辅助人员进行记录，最后进行内业的人工处理。由于隧道施工节奏较快，作业环境相对较差，对测量人员造成了严重的作业压力，稍有不慎，就会出现照准错误，或者计算错误等，效率总体来说不高[6]。随着高精度带马达全站仪和徕卡多测回测角软件的出现，这一现状将得到有效缓解乃至彻底解决。本文基于新建杭州经绍兴至台州铁路（杭绍台铁路）东茗长大隧道工程，拟将当前最为先进的高精度带马达全站仪、徕卡多测回测角软件相整合，引入到长大隧道洞内导线测量之中，实现高新技术长大隧道洞内导线测量内外业一体化作业，此技术可为类似工程提供有益借鉴。

1 全自动全站仪及徕卡多测回测角软件介绍

高精度带马达全站仪结合徕卡多测回测角软件，是目前铁路工程导线测量应用较为广泛的一种方法，也是一次技术上的进步，具有操作简单、观测过程规范、限差设置灵活、能自动观测、自动记录和后处理完善、规范等特点，内业既可以自动生成电子表格，也可以自动生成支持科傻等多种软件的平差格式文件，效率非常高，精度也能保证，而且还节省时间[7]。

进入到高精度带马达全站仪自动观测界面后，转动望远镜瞄准初始学习的第一个目标点，然后按F1“开始”，仪器即开始对学习过的目标点依次进行自动测量，如图1所示。开始自动观测之后，必须保证仪器和目标棱镜之间通视，若目标被遮挡，仪器将按照设定次数重新测量，超过次数后仪器提示是否跳过该点。

图1 高精度带马达全站仪全站仪作业界面

2 洞内导线测量平差计算原理

导线测量平差计算是根据全站仪所测导线中两相邻边之间的水平角和相邻两导线点间的水平距离计算出起算点与待求点之间的坐标增量，然后根据精度要求，分配角度和距离闭合差距或附合差，最后根据角度和距离的平差结果，计算待定点的坐标[8～9]。

待定点的坐标由下列公式计算：

式中：XA、AY——导线点A的坐标；

XB、YB——导线点B的坐标；

ΔXAB、ΔYAB——相邻两导线点A、B的坐标增量，按下式计算：

式中：DAB——相邻两导线点的平距，m；

αAB——根据相邻两导线之间的水平角和已知起算点的起始方位角算得待定点的方位角。

3 应用实例

3.1 工程概况

新建杭州经绍兴至台州铁路（简称：“杭绍台铁路”）位于浙江省中东部，其中东茗隧道全长18226.15 m，为全线控制性工程。隧道进口至DK98+363.0972段落位于R=8500 m右偏曲线上，其余段落位于直线上。隧道进口至DK100+800段落纵坡为3‰上坡，DK100+800至DK111+450段落纵坡为10‰上坡，DK111+450至出口纵坡为6.5‰下坡。本隧道设置3座施工斜井，1号斜井与正洞交汇里程为DK100+400，斜井长度315 m，2号斜井与正洞交汇里程为DK105+920，斜井长度555 m，3号斜井与正洞交汇里程为DK109+308，斜井长度1010 m，2#斜井与1#斜井之间正洞长5500 m，线路设计双线，线间距5.0 m，行车速度350 km/h。

3.2 洞内导线测量规划

由于本隧道占本标段线路全长的96%，隧道内导线测量任务重，洞内交叉作业工序多，专门留给导线测量的时间有限，洞内导线测量只能在掌子面钻孔或安装拱架时洞内通视条件较好的情况下进行观测，采用传统的手动观测，效率低下。而采用徕卡TS16带马达的全站仪自动观测，可以在提高效率的同时，还可以避免人工照准误差的发生。以东茗隧道3#斜井为例，根据《高速铁路工程测量规范》以及洞内的实际通视情况，在洞外布设两个GPS点（CPII320B、CPII320-3）作为设站及后视点，然后用多测角测回软件将洞内布设的双导线依次进行观测，洞内双导线按200 m左右间距进行布设。东茗隧道3#斜井与正洞导线联测网形布置如图2所示。

图2 斜井与正洞导线联测网形平面布置图

3.3 测量仪器及软件配备

测量采用的仪器是带马达的徕卡TS16，测角精度1″，测距标准精度1mm+1ppm，它具有自动搜索、识别、观测、记录和计算等功能。仪器加装徕卡多测回测角机载软件，具有自动测量、自动记录，节省时间、减少现场记录人员，自动生成电子手簿及平差格式文件，效率高[10]，传统全站仪测量与全自动带马达全站仪测量作业时间对比情况如表1所示。

表1 不同类型全站仪测量时间对比

由表1可以看出：全自动带马达全站仪自动观测、自动记录，需要的测量人员少，节省时间。如果方向数和测回数增加，则更有优势。

3.4 测量数据及成果

3#斜井及正洞均采用双导线，导线间距200 m左右，仪器首先在洞口GPS投点CPII320B设站，后视CPII320-3，前视斜井内第一对双导线点3XJ003、3XJ004，手动顺序照准棱镜基座后，启动自动测量程序，仪器开始自动进行观测，一个测站完成，然后将仪器迁至下一站，用同样的方法将洞内要测的导线点全部测完。第一设站多测回观测测量数据平均值如表2所示。

东茗隧道3#斜井洞内按双导线布置，斜井长度1000 m，小里程侧正洞长1708 m，大里程侧正洞长1657 m，导线测量等级为二等，测回数6个测回，角度闭合差限差8.5sec、测距相对中误差为1/250000、导线全长相对闭合差1/100000，部分内业平面闭合差计算结果如表3所示。由平差结果可知，东茗隧道3#斜井洞内导线测量外业成果可靠。

表2 第一设站多测回观测统计结果

表3 平面闭合差计算结果

4 技术经济效果评价

（1）徕卡TS16带马达全站仪购买价为22万元，加装机载中国版多测角测回软件和计算机后处理软件为3万元，总价为25万元，比普通全站仪价格高10多万元，比精度更高的TS60带马达的全站仪价格少10万元左右。

（2）用带马达的全站仪进行导线观测，每个测站观测时间5 min左右，手动观测每个测站测量时间为20 min左右，每个测站自动观测比手动观测少用约15 min，还可减少一名记录人员。

（3）高精度带马达的全站仪进行隧道内导线测量，不受测量人员人为因素的影响，且对和施工形成的干扰相对较少，能减轻劳动强度、提高作业速度，具有较强的灵活性与实用性，尤其是在大长隧道辅助坑道的测量中有较大的优越性。

（4）高精度带马达的全站仪结合徕卡多测回测角软件在东茗隧道测量的应用，测量速度快、效率高、精度高，为隧道项目间接创造了经济效益，该技术可以在其他隧道施工中进行推广。

5 结 语

通过将高精度带马达全站仪结合徕卡多测回测角软件应用于杭绍台铁路东茗隧道导线测量中应用，总结几点体会：

（1）高精度带马达全站仪与徕卡多测回测角软件配套使用，可以很好的适用于长大隧道洞内导线测量工作，效率高，出错率低。

（2）在长大隧道洞内导线测量前期，通过合理规划主洞和辅助坑道导线网布设，可以为高精度带马达全站仪与徕卡多测回测角软件整合应用创造有利的作业条件，进而提高测量精度。

（3）下一步将深入挖掘高精度带马达全站仪与徕卡多测回测角软件整合技术在长大隧道洞内更为复杂的平面控制测量网形中的使用，以扩大其适用范围。