隧道監(jiān)控量測(cè)的位移非接觸量測(cè)系統(tǒng)方法報(bào)告

目錄1、概述12、監(jiān)控量測(cè)方法22.1接觸量測(cè)2量測(cè)內(nèi)容22.1.2量測(cè)方法32.2非接觸量測(cè)42.3小結(jié)53、非接觸量測(cè)方法介紹53.1全站儀自由設(shè)站方式6工作原理6誤差影響因素和精度73.1.3觀測(cè)儀器83.1.4目前存在問題93.1.5小結(jié)93.2近景攝影測(cè)量103.2.1普通相機(jī)近景攝影10數(shù)字近景攝影測(cè)量113.2.3近景攝影量測(cè)存在問題133.3巴賽特收斂系統(tǒng)133.3.1工作原理133.3.2存在問題143.4激光斷面儀非接觸量測(cè)143.4.1測(cè)量原理143.4.2存在問題153.5新3-D隧道測(cè)量系統(tǒng)153.6小結(jié)164、幾種非接觸量測(cè)方法的比較164.1操作過程164.2適應(yīng)條件174.3主要監(jiān)測(cè)領(lǐng)域184.4誤差和精度194.5經(jīng)濟(jì)適用性204.6小結(jié)205、結(jié)論235.1結(jié)論235.2本課題研究的內(nèi)容231、概述隧道工程是一門快速發(fā)展中的年輕學(xué)科，近年來，隨著世界科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸、水利、水電、采掘、城市地下交通及空間利用等，對(duì)隧道工程在數(shù)量、質(zhì)量和難度上提出了更高的要求，大規(guī)模的地下工程、公（鐵）路隧道的修建，大大促進(jìn)了隧道設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)，根據(jù)隧道工程自身的特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)理論和施工方法得到了不斷的完善，從施工方法來說礦山法逐漸由新奧法所代替。新奧法自20世紀(jì)50年代由奧地利學(xué)者臘布希維茲（L.V.Rabcewicz）教授提出了以后，逐漸在歐州、美國和日本等許多西方發(fā)達(dá)國家的隧道與地下工程中獲得極為迅速的發(fā)展，已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)的標(biāo)志之一。我國近30多年來，通過科研、設(shè)計(jì)、施工相結(jié)合，在多座公（鐵）路隧道工程修建中，根據(jù)中國的特點(diǎn)成功地應(yīng)用了新奧法，取得了較多的經(jīng)驗(yàn)，積累了大量的數(shù)據(jù)，現(xiàn)已進(jìn)入普遍推廣使用階段。目前，新奧法幾乎成為在軟弱的破碎圍巖地段修建隧道的一種基本方法，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)原理，以維護(hù)和利用圍巖的自穩(wěn)能力為基點(diǎn)，將錨桿和噴射混凝土集合在一起作為主要支護(hù)手段，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，以便控制圍巖的變形與松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，形成了以錨桿、噴射混凝土和隧道圍巖為三位一體的承載結(jié)構(gòu)，共同支承山體壓力。新奧法施工的基本原則：少擾動(dòng)、早錨噴、勤量測(cè)、緊封閉。其中一項(xiàng)原則就是勤量測(cè)，通過對(duì)圍巖與支護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)，及時(shí)反饋圍巖—支護(hù)復(fù)合體的力學(xué)動(dòng)態(tài)及其變化狀況，為二次支護(hù)提供合理的架設(shè)時(shí)機(jī)；通過監(jiān)控量測(cè)及時(shí)反饋的信息來指導(dǎo)隧道和地下工程的設(shè)計(jì)與施工。因此，隧道施工監(jiān)控量測(cè)是現(xiàn)代隧道及地下工程理論的重要標(biāo)志之一，也是掌握圍巖動(dòng)態(tài)變化過程的手段和進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、施工的依據(jù)。作為新奧法施工的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它既是施工安全的保障措施，又是優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力、降低材料消耗的重要手段。大量的工程實(shí)踐證明，量測(cè)手段配合其它測(cè)量工作，能使設(shè)計(jì)、施工達(dá)到更滿意的效果，對(duì)提高工效、降低成本、保證安全均有非常重要的作用。正在建設(shè)中的六安至武漢高速公路安徽段地處皖西大別山區(qū)，是國家重點(diǎn)公路上海至武威公路的重要支線，是連接華東與中、西部地區(qū)的交通大通道，與國道105、國道312、省道318、省道210、省道209一起，形成大別山區(qū)公路網(wǎng)的骨架。本工程的實(shí)施，使得大別山腹地增加一條快捷、安全的陸路大通道。對(duì)安徽省乃至國家公路網(wǎng)的完善均起著積極的促進(jìn)作用；另外，本工程的交通戰(zhàn)備與戰(zhàn)略地位也十分重要，其實(shí)施使得南京與武漢之間增加一條快捷、安全的戰(zhàn)備通道。本工程起自霍丘縣大顧店，接在建的合肥經(jīng)六安至葉集高速公路，自東北向西南途經(jīng)金寨縣的江店、洪沖、槐樹灣、古碑、丁埠、斑竹園，止于安徽省與湖北省省界長嶺關(guān)，接擬建的六安至武漢公路湖北段，路線經(jīng)過丘陵崗地、山嶺重丘等各種地形地貌，按四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，全封閉，全立交，設(shè)計(jì)車速100km/h，路基寬26m，全長約90.km。沿線地形自K18＋300～終點(diǎn)為中低山區(qū)，屬于大別山區(qū)，地形陡峭，起伏劇烈，路線區(qū)域標(biāo)高在200m以上，高差50m～150m。該段共有8處隧道，其中7處分離式隧道，左、右線共長18852m，1處連拱隧道，長度為269m。在六武高速公路上，南嶺隧道長2045m，屬于長隧道，新開嶺隧道長3229m，屬于特長隧道，隨著掌子面的不斷推進(jìn)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)工作的難度越來越大，需要的量測(cè)時(shí)間越來越長，對(duì)施工干擾也越來越大，特別是收斂量測(cè)，更是困難重重，為此，需要開發(fā)出一套快速量測(cè)系統(tǒng)。2、監(jiān)控量測(cè)方法2.1接觸量測(cè)2.1.1量測(cè)內(nèi)容接觸量測(cè)的主要量測(cè)內(nèi)容為拱頂下沉量測(cè)和凈空收斂量測(cè)。①拱頂下沉量測(cè)隧道拱頂內(nèi)壁的絕對(duì)下沉量稱為拱頂下沉值，單位時(shí)間內(nèi)拱頂下沉值稱為拱頂下沉速度。其測(cè)點(diǎn)布置位于收斂量測(cè)同一斷面內(nèi)，拱頂下沉量測(cè)也屬位移量測(cè)，對(duì)于埋深較淺、固結(jié)程度低的地層，水平成層的場(chǎng)合，這項(xiàng)量測(cè)比收斂值量測(cè)更為重要，其量測(cè)數(shù)據(jù)是判斷支護(hù)效果，指導(dǎo)施工工序，保證施工質(zhì)量和安全的最基本的資料。②凈空收斂隧道圍巖周邊各點(diǎn)趨向隧道中心的變位稱為凈空收斂，隧道收斂位移量測(cè)主要是指對(duì)隧道壁面兩點(diǎn)間水平距離的變形量的量測(cè)即隧道周邊兩點(diǎn)的相對(duì)位移。2.1.2量測(cè)方法(1)拱頂下沉量測(cè)采用鋼掛尺和水準(zhǔn)儀進(jìn)行。在量測(cè)斷面的拱頂埋設(shè)測(cè)點(diǎn)，將鋼尺或收斂計(jì)掛在拱頂測(cè)點(diǎn)作為標(biāo)尺，后視點(diǎn)可設(shè)在穩(wěn)定襯砌上，用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)，通過計(jì)算求出連續(xù)兩次量測(cè)的拱頂高程，將前后兩次量測(cè)的數(shù)據(jù)相減得拱頂下沉值，如圖2-1。如拱頂下沉值為正，則表示拱頂下沉；若拱頂下沉值為負(fù)，表示拱頂向上位移。圖2-1拱頂下沉量測(cè)示意圖(2)凈空收斂量測(cè)圍巖凈空位移量測(cè)傳統(tǒng)上采用機(jī)械式或機(jī)械-電子式收斂計(jì)等接觸方法進(jìn)行,測(cè)量時(shí)將收斂計(jì)一端萬向頭掛靠于測(cè)點(diǎn)上，另一端萬向頭掛于另一測(cè)點(diǎn)，旋動(dòng)測(cè)微器，通過觀察視窗觀察刻度線，使張力調(diào)整到固定拉力，記下鋼尺讀數(shù)加上測(cè)距微讀數(shù)，即得測(cè)點(diǎn)相對(duì)位移值，隧道內(nèi)測(cè)線布置如圖2-2所示。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的收斂計(jì)種類很多，應(yīng)當(dāng)根據(jù)隧道跨度的不同和各隧道所要求的量測(cè)精度的不同來選擇。收斂值是指已知兩測(cè)點(diǎn)間在某一時(shí)間段內(nèi)距離的改變量。令t1時(shí)刻觀察值為L1，t2時(shí)刻觀測(cè)值為L2，則收斂值△u=L1-L2，此值除以時(shí)間差△t=t2-t1,即為收斂速度。必須指出，前后兩次觀測(cè)時(shí)的量測(cè)方法相同，即收斂計(jì)懸掛方向相同，鋼尺張緊力調(diào)整過程相同，這樣可以消除儀器懸掛、調(diào)整張力等系統(tǒng)讀數(shù)，以利提高量測(cè)精度。傳統(tǒng)的接觸量測(cè)方法具有成本低、簡便可靠、能適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)施工干擾大，人為因素對(duì)測(cè)量精度影響較大，測(cè)量速度慢，越來越難以滿足隧道特長、大跨、施工快速、安全等要求。圖2-2圍巖變形監(jiān)測(cè)測(cè)線布置常規(guī)的接觸量測(cè)有以下問題：A、監(jiān)控量測(cè)工作難度大，由于隧道高度大，拱腳部位的收斂往往無法量測(cè)，拱頂掛尺也非常困難；B、量測(cè)時(shí)間長，施工干擾大，雖然監(jiān)控量測(cè)已作為一道工序被安排在施工組織設(shè)計(jì)中，但還是希望時(shí)間越短越好；C、對(duì)于大斷面隧道，如緊急停車帶，接觸量測(cè)幾乎不可能，即使勉強(qiáng)能夠?qū)嵤?，量測(cè)精度也差，而這些段落往往是施工最危險(xiǎn)段落。2.2非接觸量測(cè)近年來，特長隧道、大跨度隧道日益增大，施工方法多變，這給隧道周邊位移量測(cè)帶來了不同程度的困難，并對(duì)位移量測(cè)方法和精度提出更高的要求。為此，最近發(fā)展了非接觸量測(cè)技術(shù)，目前主要包括：全站儀自由設(shè)站非接觸量測(cè)，近景攝影量測(cè)，巴賽特收斂系統(tǒng)量測(cè)，激光斷面儀量測(cè)。非接觸監(jiān)測(cè)是指在不接觸被測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的情況下，獲取被測(cè)點(diǎn)的空間位移信息的方法。通過量測(cè)得到隧道內(nèi)周邊某點(diǎn)的三維坐標(biāo)X，Y，Z，以便分析其三維絕對(duì)位移△X，△Y，△Z；同時(shí)也可通過兩點(diǎn)的三維坐標(biāo)，計(jì)算洞內(nèi)的收斂位移，其精度也能滿足隧道測(cè)量的要求。三維非接觸式圍巖凈空位移量測(cè)技術(shù)，對(duì)施工干擾小、測(cè)量速度快、測(cè)量精度高，特別是對(duì)于大跨、特長隧道，更能顯示出其方便、準(zhǔn)確、靈活、快速、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)的接觸式量測(cè)方法的缺點(diǎn)。隨著隧道施工深入，三維非接觸式圍巖量測(cè)技術(shù)會(huì)逐步完善成熟，必定在隧道施工中得到全面推廣應(yīng)用。2.3小結(jié)對(duì)非接觸量測(cè)方法(全站儀自由設(shè)站方式、近景攝影測(cè)量方式、巴塞特收斂系統(tǒng)、激光斷面儀方式)進(jìn)行調(diào)研，分析其工作原理、工程適用條節(jié)以及精度的影響因素，為在六武高速公路上特長隧道(例如新開嶺隧道長3229m)，選出更方便和更精確的測(cè)量方法，以提高施工速度和安全性，同時(shí)，對(duì)信息化施工提拱更及時(shí)、準(zhǔn)確的參考資料。主要內(nèi)容包括：基于全站儀的非接觸量測(cè)，分析其測(cè)量原理和精度的影響因素。對(duì)近景攝影測(cè)量方式、巴塞特收斂系統(tǒng)、激光斷面儀方式的測(cè)量原理和精度的影響因素以及適用條件進(jìn)行分析。以上幾種非接觸量測(cè)方法進(jìn)行比較研究，選出適合六武高速公路上隧道的非接觸量測(cè)方法，并運(yùn)用到工程實(shí)際中。3、非接觸量測(cè)方法介紹傳統(tǒng)的方法是采用專門的鋼尺收斂計(jì)，由人工在隧道開挖斷面上的監(jiān)控點(diǎn)上量取。量測(cè)時(shí)須多人配合，對(duì)鋼尺施加規(guī)定的拉力，記錄施測(cè)時(shí)的溫度以便對(duì)尺長進(jìn)行修正。該方法計(jì)算繁瑣，不便對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和管理，量測(cè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。盡管收斂計(jì)本身的讀數(shù)精度很高，但在量測(cè)過程中，受到設(shè)備安裝等各種因素的限制，實(shí)際精度容易受人為因素制約和影響。同時(shí)，隨著隧道工程的發(fā)展，隧道設(shè)計(jì)凈空不斷增大，這種方法的弱點(diǎn)越來越明顯，與施工相互干擾；量測(cè)質(zhì)量不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生人為誤差，難以保證施工安全；量測(cè)速度慢，當(dāng)隧道跨度大于15m時(shí)，由于鋼尺的抖動(dòng)、拉伸、溫差、自重等因素及工作條件惡化使測(cè)量難以進(jìn)行，這些缺點(diǎn)使鋼尺式收斂計(jì)難以滿足隧道快速、大跨、安全施工的技術(shù)要求。因此，研究和探索在隧道施工條件下，用非接觸量測(cè)的方法對(duì)隧道圍巖變形進(jìn)行量測(cè)、分析和預(yù)報(bào)的實(shí)用系統(tǒng)，成為國內(nèi)外隧道工程界研究和關(guān)注的課題，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前，已經(jīng)應(yīng)用和正處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段的非接觸量測(cè)方式，主要有：全站儀自由設(shè)站法、近景攝影測(cè)量法、巴賽特收斂系統(tǒng)、激光斷面儀等非接觸量測(cè)方法。3.1全站儀自由設(shè)站方式3.1.1工作原理隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全站儀在工程施工測(cè)量中得到了普及，大大提高了測(cè)量的精度和速度，特別是近幾年來，全站儀應(yīng)用自動(dòng)精確照準(zhǔn)、鎖定跟蹤聯(lián)機(jī)控制、免棱鏡測(cè)距等許多新技術(shù)，給隧道測(cè)量工作帶來了一場(chǎng)技術(shù)革命，為圍巖凈空位移量測(cè)提供了新的量測(cè)工具和技術(shù)手段。全站儀三維非接觸圍巖凈空位移量測(cè)新技術(shù)，其基本原理是利用全站儀自由設(shè)站遠(yuǎn)距離測(cè)量點(diǎn)位不同時(shí)段的三維坐標(biāo)，將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入算機(jī)通過軟件進(jìn)行后處理，最后輸出測(cè)點(diǎn)的三維位移矢量或測(cè)點(diǎn)相對(duì)收斂值，準(zhǔn)確、快速地為施工提供參考數(shù)據(jù)。全站儀自由設(shè)站測(cè)量和反射模片粘貼示意圖，如圖3-1所示。（a）（b）圖3-1全站儀測(cè)量示意圖全站儀自由設(shè)站三維觀測(cè)原理，是從任意測(cè)站點(diǎn)觀測(cè)已知點(diǎn)的方向和距離，通過極坐標(biāo)法算出該測(cè)站儀器中心的坐標(biāo)，并以此推算出其余被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后運(yùn)用坐標(biāo)變換原理算出這些測(cè)點(diǎn)在某一統(tǒng)一坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。由于隧道圍巖位移觀測(cè)的特殊性，儀器安置要求不影響隧道施工，所以采用自由設(shè)站法，既可避免由于人為測(cè)量儀器高、儀器對(duì)中達(dá)不到圍巖變形測(cè)量的精度，又不影響施工，而且設(shè)站靈活。3.1.2誤差影響因素和精度測(cè)量儀器、觀測(cè)者、外界條件三方面的因素是引起誤差的主要來源，因此，我們把這三方面的因素綜合起來稱為觀測(cè)條件。不難想象，觀測(cè)條件的好壞與觀測(cè)成果的質(zhì)量有著密切的聯(lián)系。當(dāng)觀測(cè)條件好一些時(shí)，觀測(cè)中所產(chǎn)生的誤差平均說來就可能相應(yīng)地小一些，因而觀測(cè)成果的質(zhì)量就會(huì)高一些。反之，觀測(cè)條件差一些時(shí)，觀測(cè)成果的質(zhì)量就會(huì)低一些。如果觀測(cè)條件相同，觀測(cè)成果的質(zhì)量也就可以說是相同的。所以說，觀測(cè)成果的質(zhì)量高低也就客觀地反映了觀測(cè)條件的優(yōu)劣。但是，不管觀測(cè)條件如何，在整個(gè)觀測(cè)過程中，由于受到上述種種因素的影響，觀測(cè)的結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的誤差。從這一意義上來說，在測(cè)量中產(chǎn)生誤差是不可避免的。當(dāng)然，在客觀條件允許的限度內(nèi)，測(cè)量工作者可以而且必須確保觀測(cè)成果具有較高的質(zhì)量。1.測(cè)量儀器近年來，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，全站儀在測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，全站儀的型號(hào)、精度、廠家不一，但他們的測(cè)量原理是一致的，同時(shí)影響測(cè)量誤差和精度的因素是相似的。觀測(cè)量的觀測(cè)誤差的大小對(duì)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的精確程度有很大的影響，對(duì)全站儀來說水平方向角H，豎直角V，斜距S為三個(gè)觀察量，提高它們的精度，減少各自的觀察中誤差是必要的，所以在量測(cè)時(shí)應(yīng)選擇質(zhì)量好、精度高的全站儀，以便提高測(cè)量結(jié)果的精度。如表3-1所示，幾種不同型號(hào)的全站儀。表3-1不同型號(hào)全站儀2.觀測(cè)人員隧道位移監(jiān)測(cè)時(shí)，聘用高素質(zhì)和技能的測(cè)量人員是非常必要的。測(cè)量人員責(zé)任心強(qiáng)、技術(shù)嫻熟、細(xì)心，能構(gòu)大大提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和工作效率。3.觀測(cè)條件觀測(cè)條件的好壞直接影響測(cè)量結(jié)果的精度。近年來，特長隧道和大跨度隧道日益增多，施工難度增大，隧道內(nèi)的工作條件差。例如，隧道采光條件差；隧道內(nèi)灰塵大，能見度低；現(xiàn)場(chǎng)的反射模片被擾動(dòng)等因素，不僅影響全站儀測(cè)量精度而且增加測(cè)量時(shí)間。全站儀自由設(shè)站量測(cè)隧道三維位移的精度研究，受到了不少研究人員的重視，通過結(jié)合高精度三維測(cè)量方法和合適的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，提出全站儀雙站自由設(shè)站三維坐標(biāo)非接觸量測(cè)、單站獨(dú)立坐標(biāo)測(cè)線、雙站獨(dú)立坐標(biāo)測(cè)線等理論和方法，設(shè)計(jì)制作專門的測(cè)量反射標(biāo)志膜片保護(hù)裝置，保證監(jiān)測(cè)成果的精度和可靠性，使測(cè)量點(diǎn)位精度可≤1mm，達(dá)到了隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求。雖然不少學(xué)者對(duì)全站儀的精度分析做了一些研究，但是對(duì)全站儀的誤差影響因素和誤差控制沒有進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和分析，尤其是對(duì)隧道測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)三維坐標(biāo)的測(cè)量，還沒有提出系統(tǒng)的誤差控制方法，所以，需要對(duì)全站儀自由設(shè)站的誤差影響因素和誤差控制方法進(jìn)行研究。3.1.3觀測(cè)儀器1、系統(tǒng)組成系統(tǒng)的組成系統(tǒng)統(tǒng)主要由全全站儀(LeiccaTCRRA,11101、1102系列)、臺(tái)式PCC電腦或便便攜式計(jì)算算機(jī)、打印印機(jī)、全站站儀機(jī)載軟軟件、后處處理軟件、反反射膜片等等組成。系系統(tǒng)的組成成及原理見見圖3-2圖3-2全站儀非接觸量量測(cè)系統(tǒng)2、功能和特點(diǎn)系統(tǒng)作業(yè)時(shí)可自自由設(shè)站，無無需在隧道道中心安置置儀器，雙站測(cè)量量時(shí)，在隧道兩兩邊設(shè)站即即可。不干干擾施工，操作簡便便，提供數(shù)據(jù)據(jù)及時(shí)，能滿足隧隧道工程施施工的不同同需要。系統(tǒng)能提供圍巖巖收斂計(jì)算算結(jié)果、位位移實(shí)測(cè)曲曲線、統(tǒng)計(jì)計(jì)回歸曲線線和速率分分析比較、位位移速率和和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)報(bào)結(jié)果,相應(yīng)圖形形自動(dòng)繪制制和顯示。當(dāng)當(dāng)圍巖收斂斂位移或速速率超過限限差時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)發(fā)出警告預(yù)預(yù)報(bào),及時(shí)地為為隧道的安安全施工和和施工組織織提供直接接依據(jù)。同同時(shí)，系統(tǒng)還提提供了數(shù)據(jù)據(jù)庫查詢，可對(duì)隧道道斷面上的的水文地質(zhì)質(zhì)情況及其其他屬性數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行查查詢分析。為為發(fā)揮全站站儀一機(jī)多多用的潛力力，本系統(tǒng)還還同時(shí)開發(fā)發(fā)了斷面測(cè)測(cè)量、炮眼眼放樣等多多種功能。3.1.4目前存在問題目前，全站儀自自由設(shè)站非非接觸量測(cè)測(cè)方法研究究雖然取得得了一些成成果并在一一些實(shí)際工工程中得到到了應(yīng)用，但但是沒有形形成一個(gè)系系統(tǒng)化的量量測(cè)方法，以以及科學(xué)化化的判定圍圍巖穩(wěn)定性性判定方法法。主要存存在以下問問題：1.對(duì)全站儀的精度度影響因素素和誤差控控制方法沒沒有全面的的進(jìn)行研究究分析，且且測(cè)量的數(shù)數(shù)值的準(zhǔn)確確性沒有得得到可靠的的驗(yàn)證。2.目前，全站儀自自由設(shè)站量量測(cè)主要還還是對(duì)隧道道內(nèi)的收斂斂進(jìn)行量測(cè)測(cè)，分析隧隧道內(nèi)各點(diǎn)點(diǎn)的相對(duì)位位移，對(duì)隧隧道內(nèi)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的絕對(duì)位位移即三維維位移量測(cè)測(cè)分析較少少。3.對(duì)于全站儀量測(cè)測(cè)的測(cè)點(diǎn)三三維坐標(biāo)值值，用來分分析隧道的的穩(wěn)定性，目目前還沒有有一個(gè)定量量的判定基基準(zhǔn)和科學(xué)學(xué)的評(píng)價(jià)方方法。4.為了達(dá)到全站儀儀自由設(shè)站站量測(cè)快速速、精確的的要求，利利用計(jì)算機(jī)機(jī)的便利，通通過編程應(yīng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)現(xiàn)代化。3.1.5小結(jié)調(diào)研表明，用全全站儀進(jìn)行行隧道施工工階段圍巖變變形監(jiān)測(cè)在在技術(shù)上是是可行的，其其自動(dòng)化程程度高，操操作簡便，只只需對(duì)儀器器給出少量量指令，即即可自動(dòng)完完成對(duì)目標(biāo)標(biāo)的觀測(cè)和和數(shù)據(jù)采集集，然后由由計(jì)算機(jī)進(jìn)進(jìn)行所有的的后處理工工作，包括括對(duì)測(cè)量數(shù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)儲(chǔ)、分析計(jì)計(jì)算、預(yù)測(cè)測(cè)預(yù)報(bào)、管管理和輸出出。減少了了因手工操操作而引起起的人為誤誤差，系統(tǒng)統(tǒng)精度高，滿足隧道變形監(jiān)測(cè)精度要求，很好地適應(yīng)了隧道開挖中惡劣的施工條件，達(dá)到了及時(shí)反饋信息的目的。由于為自由設(shè)站，所以進(jìn)行隧道三維位移量測(cè)時(shí)，實(shí)用條件廣泛，特別是對(duì)于大跨度公路隧道、地下鐵道、海底隧道等隧道量測(cè)中具有明顯優(yōu)勢(shì)，不僅滿足測(cè)量精度，同時(shí)減少了施工的干擾，提高了工作效率，為隧道施工圍巖變形監(jiān)測(cè)的非接觸量測(cè)和自動(dòng)化開拓了新的途徑。由于上述優(yōu)點(diǎn)，全全站儀自由由設(shè)站方法法，目前，在在許多特長長、大跨隧隧道中得到到應(yīng)用，但但其精度的的影響因素素和誤差控控制方法還還沒有得到到解決，所所以，目前前，全站儀儀大多僅用用于隧道周周邊收斂量量測(cè)，沒有有實(shí)現(xiàn)周邊邊測(cè)點(diǎn)絕對(duì)對(duì)三維位移移量測(cè)。同同時(shí)，缺少少科學(xué)的判判定基準(zhǔn)和和判定方法法來實(shí)現(xiàn)隧隧道圍巖穩(wěn)穩(wěn)定性判斷斷，所以，需需要對(duì)存在在的問題進(jìn)進(jìn)行不斷的的研究，使使其實(shí)現(xiàn)系系統(tǒng)化、科科學(xué)化和現(xiàn)現(xiàn)代化。3.2近景攝影測(cè)量基本原理：近景景攝影是對(duì)對(duì)不能接近近或不能進(jìn)進(jìn)行常規(guī)直直接量測(cè)的對(duì)象，用用攝影機(jī)或或普通照相相機(jī)從不同同攝影站(線兩端點(diǎn))分別攝影影，或用兩兩架同樣攝攝影機(jī)進(jìn)行行同時(shí)攝影，獲獲取主體像像對(duì)，然后后在立體測(cè)測(cè)圖儀上測(cè)測(cè)繪出究對(duì)對(duì)象的線劃劃圖；或者者用解析法法建立數(shù)字字模型以得得數(shù)據(jù)成果果，據(jù)以研研究和分析析問題。3.2.1普通相機(jī)近景攝攝影1.普通照相機(jī)攝影影該技術(shù)手持普通通相機(jī)，不不設(shè)固定攝攝站，在隧隧道內(nèi)不同同位置對(duì)被被測(cè)斷面進(jìn)進(jìn)行拍照，可可在整個(gè)面面上布設(shè)多多個(gè)(幾十個(gè)都都可)變形觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，放一一、二把基基尺；拍照照后將相片片或負(fù)片掃掃描成數(shù)字字圖形輸入入計(jì)算機(jī)，用用鼠標(biāo)量測(cè)測(cè)像坐標(biāo)(也可用坐坐標(biāo)量測(cè)儀儀量測(cè)相片片)，輸入幾幾個(gè)參數(shù)后后，計(jì)算機(jī)機(jī)自動(dòng)算出出各變形點(diǎn)點(diǎn)的物空坐坐標(biāo)。各次次觀測(cè)攝站站和基尺位位置可以任任意選擇，但但變形點(diǎn)的的編號(hào)不能能變更，計(jì)計(jì)算機(jī)能自自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)產(chǎn)生位移的的標(biāo)志點(diǎn)，并并使其各期期坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一致，算算出各變形形點(diǎn)的三維維位移矢量量(其工作流流程4-1所示)。設(shè)置變形點(diǎn)標(biāo)志、放置基尺設(shè)置變形點(diǎn)標(biāo)志、放置基尺照明拍照沖洗相片、掃描輸入計(jì)算機(jī)輸入?yún)?shù)鼠標(biāo)量測(cè)各像點(diǎn)相片坐標(biāo)計(jì)算并輸出各點(diǎn)物空坐標(biāo)位移分析并輸出各點(diǎn)三維位移矢量輸出各點(diǎn)、基尺、設(shè)站位置圖圖4-1普通相機(jī)近景攝攝影工作程程序目前，對(duì)手持普普通相機(jī)自自由設(shè)站攝攝影測(cè)量做做了大量的的研究，該該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)由圖像量量測(cè)系統(tǒng)，立立體重建計(jì)計(jì)算系統(tǒng)、位位移分析系系統(tǒng)和位移移及變形的的繪圖系統(tǒng)統(tǒng)四個(gè)子系系統(tǒng)組成。通通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)內(nèi)實(shí)驗(yàn)，分分析得出其其精度可到到達(dá)1.55mm。2.該方法的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)為：①外業(yè)工作簡單、快快捷、人員員作業(yè)安全全，對(duì)施工工進(jìn)展影響響小，(外業(yè)拍照照時(shí)間僅為為機(jī)械式收收斂量測(cè)時(shí)時(shí)間的1/100)。②內(nèi)業(yè)測(cè)算工作可可全部實(shí)現(xiàn)現(xiàn)計(jì)算機(jī)程程序運(yùn)行，計(jì)計(jì)算手段先先進(jìn)，操作作便于掌握握稍有一定定計(jì)算機(jī)操操作基礎(chǔ)的的人便可操操作運(yùn)行，并并且計(jì)算精精度高，數(shù)數(shù)據(jù)可靠。③.能及時(shí)、全面、客客觀地反映映斷面各點(diǎn)點(diǎn)及整個(gè)隧隧道的變形形動(dòng)態(tài)。3.該方法的缺缺點(diǎn)①對(duì)隧道內(nèi)的光線線要求高，拍拍照時(shí)必須須保證洞內(nèi)內(nèi)采光；②攝影圖像必須包包含整個(gè)斷斷面，但是是，對(duì)于大大斷面開挖挖很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)；③對(duì)沖洗照片的質(zhì)質(zhì)量沒法控控制，沖洗洗后的照片片必須清晰晰才能構(gòu)進(jìn)進(jìn)行圖形分分析，否則則很難保證證測(cè)量結(jié)果果的準(zhǔn)確性性，對(duì)于洞洞內(nèi)有灰塵塵的情況很很難保證圖圖像的清晰晰度；4.精度的影響因素素洞內(nèi)內(nèi)采光；像像標(biāo)的圖形形和色彩；；布設(shè)標(biāo)志志、標(biāo)尺的的不合理引引起的鏡頭頭畸變；圖圖像的清晰晰度；鼠標(biāo)標(biāo)設(shè)定相片片測(cè)點(diǎn)不精精確性等因因素。根據(jù)據(jù)精度影響響因素可知知，在現(xiàn)在在的大跨、特特長隧道中中，普通相相機(jī)很難實(shí)實(shí)現(xiàn)位移精精確量測(cè)。3.2.2數(shù)字近景攝影測(cè)測(cè)量隨著科技的進(jìn)步步和發(fā)展，利利用數(shù)碼相相機(jī)和計(jì)算算機(jī)圖像處處理技術(shù)對(duì)對(duì)隧道圍巖巖變形收斂斂進(jìn)行量測(cè)測(cè)的方法正正在迅速的的發(fā)展，這這種方法統(tǒng)統(tǒng)稱數(shù)字近近景攝影測(cè)測(cè)量。國外，在此項(xiàng)技技術(shù)方面的的研究要早早于國內(nèi)。從90年代開始，日本就采用圖像處理技術(shù)進(jìn)行隧道斷面形狀、變形的測(cè)試等等。如日本的京都大學(xué)，提出的用數(shù)值相機(jī)進(jìn)行隧道凈空收斂量測(cè)的研究成果，其精度可以達(dá)到1mm，滿足了隧道凈空收斂量測(cè)的要求。1.測(cè)量原理最近開發(fā)的利用用攝影測(cè)量量法進(jìn)行隧隧道凈空的的收斂量測(cè)測(cè)，基本的的測(cè)定原理理是基于空空間交線法法。測(cè)定時(shí)時(shí)，在隧道道側(cè)壁上設(shè)設(shè)置測(cè)點(diǎn)，對(duì)對(duì)某一空間間的同一個(gè)個(gè)測(cè)點(diǎn)，利利用兩臺(tái)或或多臺(tái)數(shù)值值相機(jī)及其其相應(yīng)的附附屬配件從從各種方向向進(jìn)行覆蓋蓋攝影，至至少根據(jù)兩兩個(gè)己知控控制點(diǎn)的坐坐標(biāo)，來解解求出目標(biāo)標(biāo)待測(cè)點(diǎn)的的三維坐標(biāo)標(biāo)。此方法法的發(fā)展就就是圖像三三角測(cè)量法法。為了獲獲取高質(zhì)量量的圖像，數(shù)數(shù)值相機(jī)上上裝備有強(qiáng)強(qiáng)力的閃光光燈，并有有專用的校校正測(cè)點(diǎn)的的調(diào)節(jié)裝置置。2.攝影方式攝影方式主要采采用兩種，一一種是將數(shù)數(shù)值相機(jī)安安裝在全站站儀上，進(jìn)進(jìn)行全方位位的攝影，如圖4-2，另一種種是用2臺(tái)~3臺(tái)數(shù)值相相機(jī)同時(shí)進(jìn)進(jìn)行攝影如如圖4-3。圖4-2全站儀與數(shù)值相相機(jī)組合攝攝影示意圖圖圖4-3多臺(tái)數(shù)值相機(jī)攝攝影示意圖圖3.圖像分析方式1)在國外，主要是是日本，把把攝制的圖圖像用精密密的比較儀儀進(jìn)行解析析。從測(cè)定定結(jié)果來看看，精度在在0.3mmm～0.5mmm，時(shí)間是一一個(gè)斷面約約30~440分鐘。該該方法在Lotsschbeerg隧道、Adleer隧道等都都取得了很很好的成果果。2)在國內(nèi)，西南交交通大學(xué)對(duì)對(duì)數(shù)值相機(jī)機(jī)在隧道量量測(cè)中的應(yīng)應(yīng)用作了初初步的研究究，通過計(jì)計(jì)算機(jī)圖像像處理技術(shù)術(shù)，對(duì)所測(cè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行三三維坐標(biāo)分分析，并編編制了相應(yīng)應(yīng)的程序，通通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出出，其量測(cè)測(cè)精度可達(dá)達(dá)到為1mmm，滿足足隧道收斂斂變形量測(cè)測(cè)要求。3.數(shù)碼攝影非接觸觸量測(cè)缺點(diǎn)點(diǎn)1)對(duì)洞內(nèi)的測(cè)量環(huán)環(huán)境要求高高，測(cè)量時(shí)時(shí)必須保證證洞內(nèi)光線線充足，對(duì)對(duì)于有大量量灰塵的施施工環(huán)境，數(shù)數(shù)碼攝影很很難進(jìn)行量量測(cè)；2)數(shù)碼攝影的圖像像必須包括括整個(gè)斷面面，但對(duì)于于大斷面隧隧道，要想想得到測(cè)點(diǎn)點(diǎn)斷面測(cè)點(diǎn)點(diǎn)清晰的圖圖像是很困困難的，如如果相機(jī)離離測(cè)點(diǎn)近就就不能顯示示整個(gè)斷面面，如果相相機(jī)離測(cè)點(diǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)就不能能得到清晰晰的圖像，從從而影響測(cè)測(cè)量精度；；3)目前，數(shù)碼攝像像圖像處理理非接觸方方式還處于于實(shí)驗(yàn)室研研發(fā)階段，其其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的的適應(yīng)性還還沒有得到到解決，現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)時(shí)的測(cè)量精精度還沒有有進(jìn)行論證證；4)對(duì)市場(chǎng)上銷售的的數(shù)碼相機(jī)機(jī)的焦距很很掌握，對(duì)對(duì)測(cè)點(diǎn)的三三維位移數(shù)數(shù)據(jù)分析增增加了困難難。3.2.3近景攝影量測(cè)存存在問題1.全站儀攝影測(cè)量量操作過程程復(fù)雜，對(duì)對(duì)施工干擾擾大，且需需要專門的的坐標(biāo)量測(cè)測(cè)儀器，價(jià)價(jià)格昂貴，很很難被施工工單位接受受；普通相相機(jī)和數(shù)碼碼攝影測(cè)量量，雖然操操作簡便、對(duì)對(duì)施工干擾擾小、價(jià)格格便宜，但但是，還處處于實(shí)驗(yàn)室室研發(fā)階段段，沒有得得到現(xiàn)場(chǎng)可可靠的論證證；2.對(duì)于CDD法、CRD法和雙側(cè)側(cè)壁導(dǎo)坑法法等施工方方法進(jìn)行大大斷面隧道道施工，用用近景攝影影進(jìn)行非接接觸量測(cè)比比較困難。3.近景攝影量測(cè)對(duì)對(duì)隧道內(nèi)的的工作環(huán)境境要求高，對(duì)對(duì)于隧道內(nèi)內(nèi)有大量灰灰塵的情況況，得到清清晰的圖片片比較困難難，從而不不能保證測(cè)測(cè)量精度。4.近景攝影測(cè)量的的現(xiàn)場(chǎng)誤差差控制還沒沒有得到解解決，其現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量量精度不能能保證滿足足隧道圍巖巖位移測(cè)量量的要求?？傊?，近景攝影影技術(shù)在國國內(nèi)，還處于實(shí)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)發(fā)階段，數(shù)數(shù)碼攝影實(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的的研發(fā)環(huán)境境和現(xiàn)場(chǎng)的的施工環(huán)境境有很大的的差別，所所以，對(duì)其其現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)測(cè)精度和誤誤差的控制制，還沒有有得到可靠靠的研究，目前，很難廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際中。3.3巴賽特收斂系統(tǒng)統(tǒng)巴賽特收斂系統(tǒng)統(tǒng)是一種新新型的隧道道剖面收斂斂自動(dòng)量測(cè)測(cè)系統(tǒng)，以以它的設(shè)計(jì)計(jì)人Dr.RRichaardBBasettt的姓氏氏命名。3.3.1工作原理理巴賽特系統(tǒng)的工工作原理主主要體現(xiàn)在在其數(shù)據(jù)的的測(cè)量裝置置方面。它它由多個(gè)桿桿件單元（一一個(gè)長的和和一個(gè)短的的組合成為為一對(duì)桿件件單元）首首尾互相鉸鉸接安裝在在待測(cè)剖面面四周，構(gòu)構(gòu)成一個(gè)測(cè)測(cè)量環(huán)，桿桿件單元內(nèi)內(nèi)置一種特特制的高精精度電解質(zhì)質(zhì)傾角傳感感器，每對(duì)對(duì)長短臂的的一個(gè)鉸接接點(diǎn)通過固固定件與洞洞壁相固定定，另一個(gè)鉸鉸接點(diǎn)是浮浮動(dòng)的。當(dāng)當(dāng)洞壁發(fā)生生變形時(shí)，必必定使變形形區(qū)內(nèi)的幾幾個(gè)固定點(diǎn)點(diǎn)產(chǎn)生（空空間）位移移，也帶動(dòng)動(dòng)相關(guān)的長長短臂活動(dòng)動(dòng)，即長短短臂產(chǎn)生角角度變化。這這時(shí)分別安安裝在長、短短臂上的傾傾角傳感器器就可測(cè)出出這種微小小的角度變變化。如果果洞壁多處處發(fā)生變形形，每處變變形對(duì)長短短臂的作用用是疊加的的，即傾角角傳感器所所感知的變變化是總變變化。根據(jù)據(jù)傾角變化化和各相應(yīng)應(yīng)長短臂的的長度就可可算出各固固定點(diǎn)的位位移，再參參照各固定定點(diǎn)連線就就可近似代代表洞壁的的輪廓線，與與之相連接接的計(jì)算機(jī)機(jī)可快速計(jì)計(jì)算、顯示示各次測(cè)量量結(jié)果，將將這些過程程中的計(jì)算算結(jié)果分別別與首次測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)比比較可獲得得隧道輪廓廓?jiǎng)討B(tài)變化化顯示，效效果非常直直觀，對(duì)分分析數(shù)據(jù)變變化動(dòng)向很很由幫助。當(dāng)當(dāng)變化量超超過設(shè)定值值時(shí)，還可可以自動(dòng)報(bào)報(bào)警，提醒醒要加強(qiáng)對(duì)對(duì)施工過程程控制或調(diào)調(diào)整施工。巴巴賽特收斂斂系統(tǒng)是一一種高精度度、自動(dòng)化化監(jiān)測(cè)隧道道變形的系系統(tǒng)，整個(gè)個(gè)系統(tǒng)從數(shù)數(shù)據(jù)自動(dòng)采采集到計(jì)算算結(jié)果的顯顯示完全實(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)機(jī)化，巴賽賽特收斂系系統(tǒng)的安裝裝與結(jié)果顯顯示見下圖：1長臂桿2.短短臂桿3.傳感器4.定點(diǎn)鉸5.浮點(diǎn)鉸系統(tǒng)可安裝成閉閉合回路型型或開口型型。采用閉閉合型安裝裝時(shí)，應(yīng)用用Boddditchh法進(jìn)行誤誤差修正；；開口型系系統(tǒng)須定期期進(jìn)行常規(guī)規(guī)測(cè)量數(shù)據(jù)據(jù)獲取參照照坐標(biāo)，除除非系統(tǒng)的的一端認(rèn)為為是固定不不變的。3.3.2存在問題巴賽特收斂系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)施工方方法的適應(yīng)應(yīng)性差，對(duì)對(duì)于盾構(gòu)法法和二次襯襯砌斷面量量測(cè)較好，但但很難適用用于臺(tái)階法法、CD法、CRD法和雙測(cè)測(cè)壁導(dǎo)坑法法等分部開開挖的施工工方法中，同同時(shí)，巴賽賽特收斂系系統(tǒng)不能同同時(shí)實(shí)現(xiàn)隧隧道內(nèi)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的三維位位移量測(cè)，所所以這種量量測(cè)方法應(yīng)應(yīng)用有其一一定的局限限性。3.4激光斷面儀非接接觸量測(cè)3.4.1測(cè)量原理理激光隧道多功能能檢測(cè)儀測(cè)測(cè)量原理為為極坐標(biāo)法法，它是一一種建立在在無合作目目標(biāo)激光測(cè)測(cè)距技術(shù)和和精密數(shù)字字測(cè)角技術(shù)術(shù)之上的極極坐標(biāo)測(cè)量量法。以某某物理方向向(如水平方方向)為起算方方向，按一一定間距(角度或距距離)依次測(cè)定定儀器旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中心與實(shí)實(shí)際開挖輪輪廓線的交交點(diǎn)之間的的矢徑(距離)及該矢徑徑與水平方方向的夾角角，如圖4-4。將這些些矢徑端點(diǎn)點(diǎn)依次相連連即可獲得得實(shí)際開挖挖的輪廓線線。同時(shí)它它與計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)緊密密相結(jié)合加加上專門設(shè)設(shè)計(jì)的圖象象處理軟件件，能迅速速得到隧道道斷面圖并并與設(shè)計(jì)斷斷面圖進(jìn)行行對(duì)比，可可以快速給給出檢測(cè)報(bào)報(bào)告，判斷斷隧道斷面面尺寸。圖4-4激光斷面儀儀測(cè)量原理理3.4.2存在問題激光斷面面儀目前精精度不高，對(duì)對(duì)隧道圍巖巖位移收斂斂量測(cè)可靠靠性差；由由于每次測(cè)測(cè)量時(shí)只能能放在隧道道中心同一一位置，于于是不能實(shí)實(shí)現(xiàn)自由設(shè)設(shè)站，對(duì)隧隧道施工干干擾大；不不能實(shí)現(xiàn)隧隧道測(cè)點(diǎn)三三維位移量量測(cè)。3.5新3-D隧道測(cè)量量系統(tǒng)日本新開發(fā)并投投入使用的的新3-D隧道測(cè)量量系統(tǒng)是用用來在隧道道內(nèi)測(cè)量被被測(cè)點(diǎn)之間間的距離。根根據(jù)對(duì)各被被側(cè)點(diǎn)上固固定反射靶靶位置的總總基準(zhǔn)測(cè)定定，將得到到的數(shù)據(jù)經(jīng)經(jīng)過座標(biāo)計(jì)計(jì)算來求得得這一距離離。圖4-5所示的這一新系系統(tǒng)可達(dá)到到常規(guī)測(cè)定定方法的測(cè)測(cè)定精度，同同時(shí)還有如如下優(yōu)點(diǎn)：：(1)該法保證工工作人員高高度的安全全性，只要要將小反射射靶固定在在測(cè)點(diǎn)之后后，就無需需在高處或或擁擠的掘掘進(jìn)處直接接測(cè)定。(2)反射靶與交交通安全標(biāo)標(biāo)志所用的的板相同，與與常用的玻玻璃反射柱柱體相比，價(jià)價(jià)格要低得得多。(3)測(cè)量時(shí)無需需停止挖掘掘，因?yàn)椴徊恍枰獛てこ哌M(jìn)入操操縱空間。(4)從一個(gè)儀器器所在點(diǎn)可可同時(shí)為幾幾個(gè)截面測(cè)測(cè)定。(5)即使在環(huán)狀狀切割法開開挖隧道時(shí)時(shí)，測(cè)定也也可在開挖挖后立即開開始。(6)由于數(shù)據(jù)通通過數(shù)據(jù)收收集裝置直直接轉(zhuǎn)入辦辦公室計(jì)算算機(jī)，因而而測(cè)得的數(shù)數(shù)據(jù)可迅速速得到處理理。圖4-5新3-D隧道測(cè)量量系統(tǒng)示意意圖3.6小結(jié)通過對(duì)近景攝影影方式、巴巴賽特收斂斂系統(tǒng)、激激光斷面儀儀等非接觸觸量測(cè)方式式分析研究究可知，他他們都有其其自身的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用用到隧道監(jiān)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中中，并且有有很好的發(fā)發(fā)展前景，但但又有自身身的缺點(diǎn)，限限制其在隧隧道位移量量測(cè)中的推推廣。如果果對(duì)它們的的誤差影響響因素和局局限性進(jìn)行行進(jìn)一步的的研發(fā)，將將會(huì)給未來來的大跨、特特長隧道的的施工、運(yùn)運(yùn)營時(shí)的隧隧道收斂監(jiān)監(jiān)測(cè)帶來不不可估量的的經(jīng)濟(jì)效益益和社會(huì)效效益。4、幾種非接觸量測(cè)測(cè)方法的比比較傳統(tǒng)的接觸式量量測(cè)操作過過程復(fù)雜、測(cè)測(cè)量速度慢慢、施工干干擾大，且且應(yīng)用于特特長、大跨跨度隧道中中更加困難難，由此，測(cè)測(cè)量方式準(zhǔn)準(zhǔn)確、適應(yīng)應(yīng)性強(qiáng)、現(xiàn)現(xiàn)代化程度度高等性能能是未來隧隧道監(jiān)測(cè)研研究的目標(biāo)標(biāo)。近年來來，非接觸觸量測(cè)方式式越來越受受到隧道位位移監(jiān)測(cè)人人員的青睞睞，現(xiàn)對(duì)全全站儀自由由設(shè)站法、近近景攝影法法、巴賽特特收斂系統(tǒng)統(tǒng)、激光斷斷面儀這幾幾種非接觸觸量測(cè)方式式進(jìn)行對(duì)比比，為隧道道施工和運(yùn)運(yùn)營時(shí)期的的位移監(jiān)測(cè)測(cè)選擇合理理的量測(cè)方方式提供選選擇依據(jù)。4.1操作過程程1.全站自由設(shè)站法法：系統(tǒng)作業(yè)時(shí)，可可自由設(shè)站站，無須在在隧道中心心安置儀器器，雙站測(cè)測(cè)量時(shí)，在在隧道兩邊邊設(shè)站即可可。不干擾擾施工，操操作簡便，提提供數(shù)據(jù)及及時(shí)，能滿滿足隧道工工程施工的的不同需要要。通過后處理理分析軟件件，能提供供監(jiān)測(cè)點(diǎn)的的三維位移移矢量，同同時(shí)可計(jì)算算隧道測(cè)點(diǎn)點(diǎn)間的相對(duì)對(duì)位移，判判斷隧道的的收斂情況況。2.近景攝影：(1)攝影經(jīng)緯緯儀：在洞洞室內(nèi)設(shè)置置固定測(cè)站站形成基線線，需在被被攝物體上上設(shè)置控制制點(diǎn)，以及及各測(cè)點(diǎn)的的像空間坐坐標(biāo)要在立立體坐標(biāo)量量測(cè)儀上量量測(cè)，進(jìn)而而求算各點(diǎn)點(diǎn)的物空間間坐標(biāo)，于于是，操作作過程較復(fù)復(fù)雜，對(duì)施施工干擾大大，很難推推廣應(yīng)用。(2)普通相機(jī)機(jī)自由設(shè)站站：外業(yè)工工作簡單、快快捷、人員員作業(yè)安全全，對(duì)施工工進(jìn)展影響響小，內(nèi)業(yè)業(yè)測(cè)算工作作可全部實(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)機(jī)程序運(yùn)行行，計(jì)算手手段先進(jìn)，操操作便于掌掌握稍有一一定計(jì)算機(jī)機(jī)操作基礎(chǔ)礎(chǔ)的人便可可操作運(yùn)行行。但是，普普通相機(jī)需需要沖洗底底片，照片片的清晰程程度對(duì)其精精度和誤差差有很大的的影響，照照片上的量量測(cè)點(diǎn)不能能準(zhǔn)確選取取，故影響響測(cè)量的準(zhǔn)準(zhǔn)確性，隨隨著科學(xué)技技術(shù)和計(jì)算算機(jī)技術(shù)的的發(fā)展，普普通相機(jī)將將會(huì)被人們們所淘汰。(3)數(shù)碼近景攝攝影：用一一臺(tái)或多臺(tái)臺(tái)數(shù)值相機(jī)機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)隨時(shí)、隨隨地進(jìn)行拍拍攝，然后后利用計(jì)算算機(jī)通過圖圖像處理技技術(shù)，計(jì)算算監(jiān)測(cè)點(diǎn)三三維坐標(biāo)，或或測(cè)點(diǎn)的相相對(duì)位移。所所需設(shè)備簡簡單，操作作簡便，測(cè)測(cè)量結(jié)果精精度高，現(xiàn)現(xiàn)代化程度度高，具有有很好的發(fā)發(fā)展前景。3.巴賽特收收斂系統(tǒng)：：安裝測(cè)量構(gòu)件和和數(shù)據(jù)采集集器，通過過設(shè)定采集集器測(cè)量周周期自動(dòng)收收集數(shù)據(jù)，然然后運(yùn)用專專業(yè)的數(shù)據(jù)據(jù)處理軟件件，分析隧隧道凈空位位移。操作作過程簡便便，對(duì)施工工干擾小，現(xiàn)現(xiàn)代化程度度高，但需需要專門的的安裝技術(shù)術(shù)人員。4.激光斷面儀：無需反射模片，直直接在隧道道中心設(shè)置置儀器，即即可測(cè)量。測(cè)量速度快，能立刻獲得有關(guān)斷面形狀等特性參數(shù)，但是，不能實(shí)現(xiàn)自由設(shè)站，受隧道施工干擾大。4.2適應(yīng)條件件1.全站儀自由設(shè)站站法：1)斷面大小小的適應(yīng)性性：適合于于任何形狀狀和大小的的斷面，具具有廣泛的的適用性，特特別是對(duì)于于大斷面隧隧道的位移移監(jiān)控量測(cè)測(cè)，更能體體現(xiàn)其測(cè)量量方便性和和準(zhǔn)確性的的優(yōu)點(diǎn)。2)施工方法法的適應(yīng)性性：適合于于臺(tái)階法、CD法、CRD法和雙側(cè)側(cè)壁導(dǎo)坑法法等大斷面面隧道開挖挖的施工方方法，通過過自由設(shè)站站對(duì)施工干干擾小，能能夠及時(shí)、快快速、準(zhǔn)確確的進(jìn)行位位移量測(cè)。3)環(huán)境適應(yīng)應(yīng)性：對(duì)隧隧道內(nèi)的工工作環(huán)境適適應(yīng)能力強(qiáng)強(qiáng)，對(duì)隧道道內(nèi)的測(cè)量量環(huán)境質(zhì)量量要求不高高，特別是是對(duì)于隧道道內(nèi)有大量量灰塵的情情況，通過過自由設(shè)站站，照準(zhǔn)反反射模片即即可讀取數(shù)數(shù)據(jù)，采用用建立絕對(duì)對(duì)坐標(biāo)即可可實(shí)現(xiàn)隧道道內(nèi)三維位位移監(jiān)測(cè)。2.近景攝影：：1)斷面大小小的適應(yīng)性性：近景攝攝影得到的的圖像必須須包含隧道道整個(gè)斷面面，對(duì)于小小斷面隧道道通過調(diào)整整相機(jī)和被被測(cè)點(diǎn)之間間的距離可可以得到滿滿意的圖像像；對(duì)于大大斷面隧道道，如果想想使圖片內(nèi)內(nèi)包含整個(gè)個(gè)斷面，其其相機(jī)的距距離必須離離被測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，但是距距離越遠(yuǎn)其其圖片的清清晰度就越越差，圖像像處理時(shí)誤誤差就越大大，所以，近近景攝影非非接觸量測(cè)測(cè)對(duì)于大斷斷面隧道沒沒有優(yōu)勢(shì)。2)施工方法法的適應(yīng)性性：由于CD法、CRD法和雙側(cè)側(cè)壁導(dǎo)坑法法通常應(yīng)用用于大斷面面分部開挖挖，對(duì)于單單個(gè)導(dǎo)坑內(nèi)內(nèi)的位移量量測(cè)，近景景攝影量可可以滿足，但但是，當(dāng)拆拆掉支撐后后，近景攝攝影量測(cè)很很難拍出整整個(gè)斷面的的清晰圖像像，并進(jìn)行行處理，所所以其對(duì)施施工方法的的適應(yīng)性不不強(qiáng)，特別別是對(duì)大斷斷面隧道開開挖的施工工方法不太太適用。3)環(huán)境適應(yīng)應(yīng)性：圖像像處理時(shí)要要求圖像必必須清晰，否否則會(huì)影響響測(cè)量的精精度，所以以，近景攝攝影測(cè)量對(duì)對(duì)隧道內(nèi)的的采光條件件要求很高高，需要配配置專門的的照明設(shè)備備。同時(shí)，在在隧道開挖挖時(shí)，隧道道內(nèi)有大量量的灰塵是是不可壁面面的，隧道道內(nèi)可見度度很低，對(duì)對(duì)近景攝影影的映像非非常不利，要要想獲得清清晰的圖像像很困難，特特別是對(duì)于于長隧道和和特長隧道道?？傊?，近景攝影影測(cè)量對(duì)隧隧道內(nèi)條件件的適應(yīng)性性很差，無無論是施工工方法（CD、CRD法和雙側(cè)側(cè)壁法）還還是隧道內(nèi)內(nèi)的測(cè)量環(huán)環(huán)境等。但但是，位移移量測(cè)必須須要求快速速、及時(shí)和和精確，根根據(jù)近景攝攝影目前研研究的現(xiàn)狀狀可知，其其很難應(yīng)用用到實(shí)際工工程中進(jìn)行行非接觸量量測(cè)。3.巴賽特收斂系統(tǒng)統(tǒng)：根據(jù)收斂系統(tǒng)的的特點(diǎn)和測(cè)測(cè)量原理可可知，其適適合于隧道道全斷面開開挖的施工工方法，更更適合應(yīng)用用于盾構(gòu)法法施工或二二次襯砌后后的收斂量量測(cè)。對(duì)于于臺(tái)階法、CD、CRD法和雙側(cè)側(cè)壁法等，都都是分部開開挖的施工工方法，同同時(shí)，施工工時(shí)需要安安設(shè)很多錨錨桿和支撐撐，所以巴巴賽特收斂斂系統(tǒng)很難難實(shí)用。4.激光斷面儀：具具有對(duì)環(huán)境境很強(qiáng)的適適應(yīng)能力，適適合于任何何施工方法法和施工階階段。4.3主要監(jiān)測(cè)測(cè)領(lǐng)域1.全站自由設(shè)站法法：可以用于隧道內(nèi)內(nèi)測(cè)點(diǎn)的三三維位移監(jiān)監(jiān)測(cè)和隧道道收斂監(jiān)測(cè)測(cè)，判斷圍圍巖的穩(wěn)定定程度，為為設(shè)計(jì)和施施工提拱參參考資料，真真正實(shí)現(xiàn)信信息化施工工。對(duì)于大大斷面和特特長隧道施施工時(shí)的位位移量測(cè)有有其獨(dú)特的的優(yōu)勢(shì)，其其量測(cè)快速速對(duì)施工干干擾??；量量測(cè)及時(shí)，能能真實(shí)反應(yīng)應(yīng)圍巖位移移的變化情情況；根據(jù)據(jù)隧道內(nèi)各各點(diǎn)的三維維位移量測(cè)測(cè)，通過分分析橫向位位移的大小小，能構(gòu)判判斷隧道偏偏壓情況，分分析縱向位位移的變化化速率，可可以預(yù)測(cè)巖巖層內(nèi)的斷斷層情況。目目前，全站站儀自由設(shè)設(shè)站法在很很多大跨、特特長的隧道道工程圍巖巖位移監(jiān)測(cè)測(cè)中得到了了應(yīng)用。2.近景攝影影：應(yīng)用于隧道內(nèi)測(cè)測(cè)點(diǎn)的三維維位移監(jiān)測(cè)測(cè)和隧道內(nèi)內(nèi)收斂監(jiān)測(cè)測(cè)，判斷圍圍巖的穩(wěn)定定性，為設(shè)設(shè)計(jì)和施工工提拱參考考資料，實(shí)實(shí)現(xiàn)信息化化施工；通通過圖像處處理，繪制制隧道輪廓廓立體圖，為為判斷隧道道的超欠挖挖量測(cè)提供供有效的數(shù)數(shù)據(jù)。但是是，目前，近近景攝影非非接觸量測(cè)測(cè)技術(shù)還處處于實(shí)驗(yàn)室室研發(fā)階段段，實(shí)現(xiàn)其其在實(shí)際工工程中的應(yīng)應(yīng)用還需要要大量的研研究工作。3.巴賽特收收斂系統(tǒng)：：(1)在隧道開挖挖施工中，記記錄斷面變變形過程，驗(yàn)驗(yàn)證斷面變變形估計(jì)值值與實(shí)測(cè)值值的符合程程度或?yàn)閿鄶嗝娣€(wěn)定控控制及險(xiǎn)情情預(yù)報(bào)，及及時(shí)提供監(jiān)監(jiān)測(cè)信息；；(2)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物物（隧洞或或其它地下下洞室）因因附近施工工作業(yè)、邊邊坡移動(dòng)或或其他自然然破壞因素素影響而產(chǎn)產(chǎn)生的變形形；(3)對(duì)只能實(shí)施施遙測(cè)或運(yùn)運(yùn)行繁忙不不能中斷的的隧道斷面面穩(wěn)定監(jiān)測(cè)測(cè)；(4)對(duì)因?yàn)楦浇衅渌ńㄖこ淌┦┕亩Ｎ＜八淼雷宰陨戆踩牡谋O(jiān)測(cè)，這這種監(jiān)測(cè)往往往是在監(jiān)監(jiān)護(hù)隧道自自身安全的的前提下，及及時(shí)向?qū)Ψ椒绞┕げ块T門傳遞監(jiān)測(cè)測(cè)信息，使使其控制施施工強(qiáng)度，甚甚至改善施施工方案；；總之，巴賽特收收斂系統(tǒng)主主要測(cè)量斷斷面的變形形過程，很很難體現(xiàn)對(duì)對(duì)隧道內(nèi)測(cè)測(cè)點(diǎn)的三維維位移量測(cè)測(cè)，與全站站儀相比其其適用范圍圍小。4.激光斷面儀：通過隧道凈空斷斷面檢測(cè)，了了解隧道開開挖是否超超出或侵入入設(shè)計(jì)的開開挖輪廓，分分析超欠挖挖的部位及及超欠量；；在二次襯襯砌施作后后進(jìn)行凈空空斷面檢測(cè)測(cè)，可以檢檢測(cè)到襯砌砌是否侵入入相應(yīng)的設(shè)設(shè)計(jì)輪廓，同同時(shí)可以判判斷二次襯襯砌的厚度度；當(dāng)儀器器精度達(dá)到到要求時(shí)，可可進(jìn)行隧道道凈空收斂斂量測(cè)，判判斷位移穩(wěn)穩(wěn)定性。但但是，目前前激光斷面面儀精度一一般為2mmm，不滿滿足圍巖位位移收斂量量測(cè)的要求求，同時(shí)也也很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)隧道內(nèi)測(cè)測(cè)點(diǎn)三維位位移量測(cè)。4.4誤差和精精度1.全站儀自由設(shè)站站：采用科學(xué)的量測(cè)測(cè)方法和高高質(zhì)量的儀儀器，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)精度可以以≤1mm，滿滿足隧道收收斂測(cè)量的的精度。但但是，目前前，對(duì)全站站儀量測(cè)的的誤差影響響因素和誤誤差控制方方法進(jìn)行系系統(tǒng)的研究究，提出適適合于工程程現(xiàn)場(chǎng)的提提高測(cè)量精精度的方法法，對(duì)提高高三維位移移量測(cè)精度度是非常必必要的。2近景攝影法：①攝影經(jīng)緯儀：精精度可達(dá)到到1～5mm②普通相機(jī)：精度度可達(dá)到11.5mmm③數(shù)值相機(jī)圖形處處理：精度度可≤1mm，滿滿足隧道收收斂測(cè)量的的精度，但但僅在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室內(nèi)和現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)攝影條條件非常好好的情況下下才能達(dá)到到其精度。由于近景攝影測(cè)測(cè)量對(duì)環(huán)境境要求較高高，所以影影響測(cè)量精精度的因素素很多，例例如：洞內(nèi)內(nèi)測(cè)量環(huán)境境、圖像處處理時(shí)圖像像的清晰度度等。目前前，對(duì)近景景攝影量測(cè)測(cè)的誤差影影響因素和和控制還在在實(shí)驗(yàn)室研研究階段，所所能達(dá)到的的精度僅是是理想條件件下的精度度，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量量環(huán)境的精精度進(jìn)行分分析不多，所所以，近景景攝影非接接觸量測(cè)還還很難運(yùn)用用到工程實(shí)實(shí)際中。3.巴賽賽特收斂系系統(tǒng)：精度達(dá)1mm，但但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)位位移測(cè)量的的實(shí)用領(lǐng)域域具有一定定的局限性性