高精度全站仪在隧道拱顶沉降与收敛测量中的应用

高精度全站仪在隧道拱顶沉降与收敛测量中的应用

张良

中兵勘察设计研究院有限公司

摘要：高精度全站仪在隧道拱顶沉降与收敛测量中的应用，具有重要的意义和优势。它能够提供准确、实时的测量数据，帮助工程师了解隧道的结构变形情况，并及时发现异常，预警结构安全风险。同时，全站仪还能进行多参数监测和动态监测，进一步提升测量的全面性和灵活性。高精度全站仪在隧道拱顶沉降与收敛测量中具有重要的应用价值。

关键词：高精度全站仪；隧道拱顶沉降；收敛测量；应用；

引言

隧道工程是城市交通建设中重要的组成部分，隧道结构的安全和稳定性对于保障交通运行和人民生命财产安全至关重要。而隧道拱顶沉降和收敛是衡量隧道结构变形的重要指标，因此需要采用精确可靠的测量方法进行监测。高精度全站仪作为一种先进的测量设备，具有较高的测量精度和自动化程度，可广泛应用于隧道拱顶沉降与收敛测量中。它能够快速、精确地获取大量的测量数据，并通过计算分析得到结构变形的情况。本文将重点研究高精度全站仪在隧道拱顶沉降与收敛测量中的应用，探讨其优点和应用。

1隧道拱顶沉降与收敛测量的重要性

1.1隧道拱顶沉降测量的重要性：

隧道拱顶沉降是指由于地表荷载和地下水位变化等原因引起的隧道顶部下沉的现象。拱顶沉降的过大或过快会导致隧道结构的失稳和破坏，可能引发事故和灾难。通过对隧道拱顶沉降的定量测量，可以及时发现沉降情况，评估隧道结构的安全性，为工程管理和维护提供科学依据。

1.2隧道收敛测量的重要性

隧道收敛是指由于地层变形和地下水流动等因素引起的隧道结构整体收缩、收拢的现象。隧道收敛的过大或过快会导致隧道结构的变形和破坏，甚至影响到周围建筑物和地面交通，给人们的生活带来巨大风险。测量和监测隧道收敛的情况，可以及时发现变形趋势和异常情况，预警隐患，采取相应的工程措施，确保隧道的安全运行。

2高精度全站仪的介绍

高精度全站仪是一种先进的测量设备，广泛应用于土木工程、建筑工程、隧道工程等领域。它结合了全站仪和精密水平仪的功能，具有快速、精确、全自动的特点。高精度全站仪采用电子导线和光学测量相结合的方法进行测量。它利用电子记录仪和激光器发射的红外信号，通过测量目标点上的反射光来确定目标点的坐标和角度。高精度全站仪具有以下特点：1）高精度：高精度全站仪具有较高的测量精度，能够实现毫米级别的测量精度，满足隧道拱顶沉降和收敛测量的要求。2）全自动测量：高精度全站仪具有全自动测量功能，只需简单设置测量参数后，即可自动完成测量操作，减少了人为因素对测量结果的影响。3）快速便捷：高精度全站仪能够在短时间内完成大量的测量任务，提高了测量效率和工作效率。4）数据处理和存储：高精度全站仪配备了专业的数据处理软件，能够实现数据的实时处理和存储，方便后续的分析和报告生成。5）可视化界面：高精度全站仪的操作界面直观清晰，配备触摸屏和可视化界面，使操作更加简便和直观。

3高精度全站仪在隧道拱顶沉降测量中的应用

3.1测量原理和方法

高精度全站仪利用光学测量原理，通过发射激光器的红外信号，测量目标点上的反射标志光来确定其坐标和角度斜距和竖角。测量过程中，首先在拱顶和参考点上设置测站，然后通过全站仪测量拱顶和参考点之间的距离和角度，计算出拱顶相对于参考点的坐标高度位置。在隧道使用过程中，可以根据间隔一定时间，再次进行测量，从而比较测量结果得到拱顶的沉降情况。

3.2数据采集和处理

高精度全站仪能够实时采集拱顶沉降的数据，无需等待和延迟。测量过程中，全站仪会立即记录和保存相关的测量数据，确保数据的即时性和准确性。这为隧道工程的监测和决策提供了即时的参考依据。高精度全站仪配备了大容量的存储空间，可以持续记录大量的测量数据。隧道拱顶沉降测量通常需要长时间的观测和多次测量，高精度全站仪能够满足长期记录的需求，并能够存储多个测点之间的关联信息，方便后续数据分析和对比。高精度全站仪配备专业的数据处理软件，可以对采集到的数据进行自动化的计算、分析和展示。通过数据处理软件，可以快速地得出拱顶沉降的测量结果，并将其呈现为可视化的图表或报告形式，方便工程师和决策者直观地理解和使用这些数据。

3.3精度评估和误差分析

在进行隧道拱顶沉降测量时，需要对测量精度进行评估，并进行误差分析。高精度全站仪通常具有较高的测量精度，能够实现毫米级别的测量精度。在进行实际测量前，需要进行系统校准和误差修正，减小系统和操作误差对测量结果的影响。同时，在测量过程中，需要注意排除环境因素和人为误差，保证测量结果的可靠性和准确性。

4高精度全站仪在隧道收敛测量中的应用

4.1测量原理和方法

高精度全站仪采用光学测量原理，通过发射激光器的红外信号，测量目标点上的反射光来确定其坐标和角度。在进行隧道收敛测量时，首先在隧道内部事先设置一系列的测量基准点，然后以这些基准点为参照，通过全站仪测量参考点和隧道内其他位置之间的距离和角度，计算出隧道各个部位的相对位置变化。

4.2数据采集和处理

高精度全站仪可以实时采集隧道收敛的数据。它能够通过自动记录仪或计算机软件将测量数据进行存储和处理。在测量过程中，全站仪会自动记录和保存相关的测量数据，包括坐标、角度、距离、时间等信息。同时，全站仪配备专业的数据处理软件，可以对采集到的数据进行计算、分析和展示，从而得出隧道收敛变形的测量结果。

4.3分析变形情况和结构安全性评估

高精度全站仪不仅可以测量隧道的收敛变形，还可以同时测量多个参数，如隧道的倾斜、位移、扭曲等。这些综合测量数据能够为隧道结构的全面分析和评估提供更多的信息，帮助工程师深入了解隧道的变形情况。高精度全站仪不仅可以进行定期的测量，还可以进行实时或近实时的动态监测。通过与其他传感器（如倾角传感器、应变计等）的联动，全站仪可以实时监测隧道的变形状态，对于及时发现变形异常和紧急情况具有重要意义。同时，动态监测也可以帮助工程师了解隧道的长期稳定性和变形趋势。高精度全站仪可以长期进行隧道收敛测量，并将测量数据存储于数据库中。随着时间的推移，可以积累大量的历史数据，形成完整的隧道变形数据库。这些历史数据可以被用于评估结构的健康状态、预测未来的变形趋势以及指导长期维护和管理决策。

结束语

高精度全站仪在隧道拱顶沉降与收敛测量中的应用，具有重要的意义和优势。它能够提供准确、实时的测量数据，帮助工程师了解隧道的结构变形情况，并及时发现异常，预警结构安全风险。同时，全站仪还能进行多参数监测和动态监测，进一步提升测量的全面性和灵活性。总之，高精度全站仪在隧道拱顶沉降与收敛测量中具有重要的应用价值。它的准确性、实时性和多功能性，为隧道工程提供了有效的测量手段和技术支持。相信随着科技的发展和应用的推广，高精度全站仪将在未来的隧道工程中发挥更重要和广泛的作用。

参考文献

[1]樊祥君,方传海,王星星等.公路隧道拱顶沉降数据采集及监测精度确定方法探讨[J].公路交通技术,2022,38(06):108-115.

[2]张小苏,李丛,张勇等.国产高精度全站仪精度评定与分析[J].测绘工程,2022,31(05):70-74+80.

[3]范兵,李改,易小江等.高精度全站仪在城市建筑基坑变形监测中的应用[J].重庆建筑,2021,20(06):32-34.

[4]张代,刘海宽,胡锋等.高精度全站仪在基坑变形监测中的应用[J].河南科技,2017(09):111-113.

[5]姚署霖,孙小珍.隧道拱顶沉降的预测与分析[J].建筑,2016(10):74-75.