国外隧道施工测量技术的现状和发展(1)

第２７卷第１期２００７年２月隧造建设ＴｕｎｎｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２７（１）：７６～７９．８６Ｆｅｂ．，２００７国外隧道施工测量技术的现状和发展肖书安（瑞士安伯格工程咨询公司，瑞士ＲｅｇｅｎｓｄｏｒｆＣＨ一８１０５）摘要：在隧道施工中，将提高工效的宗旨贯穿于从初始开挖到最后的竣工验收，是每个施工企业所追求的目标，隧道工程的成功与否与隧道断面开挖的准确程度有着极大的关系。

通过介绍瑞士尤特利（Ｕｅｔｌｉｂｅｒｇ）隧道在施工测量中应用ＴＭＳＳｏｌｕｔｉｏｎ隧道测量系统的详细内容和方法，对国内的建设和监理单位对隧道综合测量技术的认识和了解有一定意义。

关键词：瑞士尤特利山隧道；施工测量；ＴＭＳＳｏｌｕｔｉｏｎ隧道测量系统中图分类号：Ｕ４５２．１＋３文献标识码：ＢＡｃｔｕａｌｉｔｉｅｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｕｒｖｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＷｅｓｔＣｏｕｎｔｒｉｅｓＸＩＡｏＳｈｕ—ａｎ（ＡｍｂｅｒｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓＬｔｄ．，Ｒｅｇｅｎｓｄｏ矿ＣＨ８１０５，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｄａｙ，ｔｈｅｐｕｒｓｕｉｔｏｆｓａｖｉｎｇｃｏｓｔａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｈｏｌｅｐｅｒｉｏｄｆｒｏｍｂｅｇｉｎｎｉｎｇｈｅａｄｉｎｇｔｏｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｓｔｈｅｆｉｎａｌａｉｍｏｆａｌｌｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｏｆａｎｅｎｔｉｒｅｔｕｎｎｅｌｐｒｏｌｅｃｔｄｅｐｅｎｄｓｔｏｓｏｍｅｅｘｔｅｎｔｏｎｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＴＭＳＳｏｌｕｔｉｏｎｔｕｎｎｅｌｓｕｒｖｅｙｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＵｅｔｌｉｂｅｒｇｔｕｎｎｅｌｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｕｓｅｆｕｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｃｏｎ—ｔｒａｃｔｏｒｓａｎｄｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｓｉｎＣｈｉｎａｔｏａｃｑｕａｉｎｔｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｓｉｖｅｔｕｎｎｅｌｓｕｒｖｅｙｓｙｓｔｅｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｅｔｌｉｂｅｒｇｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｕｒｖｅｙ；ＴＭＳＳｏｌｕｔｉｏｎｔｕｎｎｅｌｓｕｒｖｅｙｓｙｓｔｅｍＯ前言隧道测量技术在过去的十多年里有了长足的发展，其主要表现是自动化程度越来越高、测量仪器的体积越来越小、重量越来越轻、测量速度越来越快以及工效越来越高。

在大地测量和工程测量方面，具有代表性的发展是全站仪和ＧＰＳ的广泛应用，以及这两种技术的融合。

隧道测量技术是指针对隧道勘察设计，施工和竣工验收以及隧道运营期间所开展的有关测量活动，这些测量工作有些与通常意义上的工程测量有关，如隧道施工控制测量，贯通测量，放样测量，断面测量等，有些与地质勘察和灾害监测有关，如隧道施工地质超前预报探测和变形监测；还有一些与工程质量检测有关，如混凝土厚度检测，混凝土质量检测，隧道衬砌背后回填检测，运营隧道内表面状态检测。

随着科技的不断进步，测量工作所涵盖的范围越来越广，测量工作对工程的成败和盈亏起着举足轻重的地位。

本文以瑞士当前正在施工的尤特利山高速公路隧道为例，介绍有关隧道施工测量技术的发展和最新进展。

１隧道施工测量技术的发展隧道施工测量主要是指施工放样测量，断面测量和竣工收方测量。

施工放样测量以线路中线测量为其核心和基本，随着隧道施工技术的发展和对施工质量以及精度要求的提高，施工放样测量所涵盖的领域越来越广，今天当讨论施工放样测量时，很自然地会联想到掌子面炮孔放样、超前注浆孔位放样、激光导向测量、隧道轮廓线放样、钢拱定位、锚杆定位测量、模板放样以及避车洞／横通道放样等。

隧道施工放样测量通常需要借助经纬似全站仪来完成，普通型的经纬仪／全站仪虽能较好地满足线路中线测量的需要，但对于隧道施工中的结构放样测量由于缺乏相应的测量软件和自动化功能，测量效率低，难以满足现代化的隧道施工放样测量的需要。

为了满足隧道施工放样测量的多种需求，瑞士安伯格技术公司开发了基于ＬＥＩＣＡＴＰＳｌｌ００／１２００系列全站仪的隧道施工放样测量软件ＴＭＳＳＥＴＯＵＴ，集多种放样任务于一“人”，大大地提高了隧道施工放样测量的效率。

收稿日期：２００６—１０—２６；修回日期：２００７—０１—１１作者简介：肖书安（１９６２一），男，湖北武汉人，德国克劳斯技术大学工学博士，安伯格工程咨询公司中国区经理。

万方数据第１期肖书安国外隧道施工测量技术的现状和发展隧道断面测量主要包括断面放样、超欠挖控制、净空检查等，实际断面形状测量及断面图绘制等内容。

隧道断面测量在过去的十多年里有了长足的发展，对于今天的隧道施工来说，隧道断面测量已不是什么新鲜的东西。

尽管如此，很有必要回顾一下隧道断面测量技术的发展。

数字化的隧道断面测量开始于上世纪的８０年代初期，伴随着计算机技术和电子测距仪（ＥＤＭ）的发展，专门针对隧道断面测量的专用测量仪器ＡＭＴＰＲＯＦＩＬＥ２０００断面仪被研制出来，这种仪器大大提高了隧道断面测量的工效。

９０年代，又推出了更新一代的断面测量产品ＡＭＴＰＲＯＦＩＬＥ３０００和ＡＭＴＰＲＯ—ＦＩＬＥ４０００型，这两种型号的产品于９０年代中期被介绍到中国，在中国的许多重点工程中得到了应用，对指导隧道施工和质量控制等方面发挥了重要的作用，如二滩水电站、小浪底水电枢纽工程、秦岭铁路隧道、陕西高速公路隧道等，其中二滩水电站和小浪底水电枢纽工程由国外施工企业负责施工总承包，其在对中国分包施工企业的施工质量管理和控制等方面的许多做法给中国企业留下了深刻的印象。

进入２１世纪以后，随着全自动全站仪技术的发展，使得以全站仪为基础的隧道断面测量成为可能。

一种全新的ＴＭＳ隧道测量系统应运而生，ＴＭＳＳｏｌｕ－ｔｉｏｎ隧道测量系统采用世界知名的全站仪为硬件平台，吸取隧道及地下工程方面的研发经验，将先进的测量知识与专业工程技术完美融合，创造出灵活、创新的系统，实现一机多用，能同时完成隧道断面测量和施工放样测量等多种测量任务。

２００４年以高速激光扫描为基础的隧道测量技术——ＴＭＳＴｕｎｎｅｌＳｃａｎ开始在瑞士和德国等地应用于隧道的施工测量和竣工验收测量，其效率又远远快于以全站仪为硬件核心的ＴＭＳ，每秒测量点数超过５０万个。

下面以瑞士尤特利山高速公路隧道为例，介绍隧道施工测量技术的应用。

２尤特利山隧道工程概况尤特利山高速公路隧道是一座位于瑞士苏黎世西南方位的双洞三车道公路隧道，是苏黎世西环绕城高速公路的重要组成部分，该隧道长４．４ｋｍ，最大埋深３２０ｍ，隧道为单向坡，东低西高，纵坡为１．６％，通过隧道的车流量按每天７万辆设计，西环绕线的修建将大大减少苏黎世市的过境运输和近郊通勤客流量（图１）。

图１尤特利山隧道在苏黎世西环绕线中所处的位置Ｆｉｇ．１ＬｏｃａｔｉｏｎｏｆＵｅｔｌｉｂｅｒｇＴｕｎｎｅｌｉｎＺｕｒｉｃｈｗｅｓｔｂｙ—ｐａｓｓ尤特利山隧道穿过埃滕堡山和尤特利山，这两座山丘相互平行，山丘的中问部分由近水平状的硬砂岩层和较软的泥灰岩交替互层组成。

隧道的洞口段和两个山丘之问的明挖段均位于松散的富含水的软岩地层，其中尤特利山隧道的中央硬岩部分的施工采用隧道掘进机导洞施工＋背切扩孔式隧道掘进机扩挖。

而隧道洞口段软岩部分的施工则需要采用带有超前加固作用的管棚施工法或步步成环的侧壁导坑施工法。

图２显示采用背切扩孔式掘进机施工示意图。

图２背切扩孔式掘进机施工示意图Ｆｉｇ．２Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｕｎｎｅｌｂｏｒｅｅｘｔｅｎｄｅｒｗｉｔｈｕｎｄｅｒｃｕｔｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ背切扩孔式掘进机是这种技术在世界上的首次应用，隧道施工于２００１年开始，主体工程施工于２００６年３月顺利完成，背切扩孔式掘进机施工方法取得了很大的成功，整个施工作业进展顺利，没有遇到大的困难万方数据隧道建设２００７年２月第２７卷和挫折。

３尤特利山隧道施工测量３．１概述尤特利山隧道施工联营体将施工测量工作分包给了专业测量公司完成，实践证明这个举措是非常正确和有效的，也将成为未来施工测量的发展趋势。

安伯格技术公司承担了隧道施工测量的任务，使用了高度智能化的ＴＭＳ隧道测量系统，该系统由ＬＥＩＣＡＴＰＳｌｌ００系列全站仪及运行其上的ＴＭＳＳＥＴＯＵＴ和ＴＭＳＰＲＯＦＩＬＥ软件包组成，它的应用为高效生产提供了一套有力、灵活的综合测量工具，隧道施工测量包括断面测量、炮孔放样测量、模板、钢拱安装测量、隧道内设施安装放样、横通道、通风竖井的位置放样测量等。

ＴＭＳ隧道测量系统的概念就是能根据生产任务的需要，在预先定义的数据的指导下自动完成测量工作，这样，就使得那些没有测量专业背景的隧道施工人员也可以顺利执行测量任务。

从而保证最大限度地节省完成测量工作所需要的时间，大大提高生产工效和降低成本，施工现场完全不需要等待测量员，工作交给隧道现场的施工人员去完成同样可以获得精确、高效的测量成果。

在尤特利山隧道工程施工过程中共有８套ＴＭＳ隧道测量系统在现场全天候服务。

ＴＭＳＯＦＦＩＣＥ是这套系统的核心平台，测量员负责输入和管理设计数据，如平面图、开挖断面的几何形状（理论断面）、横向坡度、钢拱的位置、喷射混凝土的厚度等。

测量员把在计算机上准备好的工程数据传输到全站仪上的记忆卡上，在需要的时候将控制测量的遥控器交给隧道施工人员，接下来的工作就完全由施工人员自己去完成，任何人都不必担心测量成果的可靠性，因为这正是整个测量系统的设计目标——“傻瓜式”的操作流程和“专业化”的测量成果。

３．２用ＴＭＳ进行炮孔放样图３是采用ＴＭＳ进行炮孔放样示意图。

按照隧道钻爆作业的质量要求，炮孔放样需要按设计图进行打眼、掏槽孔深度和孔位、周边孔外插角、孑Ｌ间距和平行度、精度以及实际打眼总数都有详细而准确的描述和要求。

常规的炮孔放样是先由测量员按照设计图在工作面上用油漆标出位置，钻孔的深度和插角都由操作钻机的施工人员人为控制，这样的做法一般速度慢、精度差，从而直接造成隧道断面的超／欠挖。

在尤特利山隧道是使用ＴＭＳ按照预先就在办公室中定义好的炮孔布置图开始逐个放样炮孔点位。

在钻孔的过程中，红色的激光自动地指出炮孔点位，并且调整凿岩台车的位置以达到正确钻孔插角。

图３炮孔放样示意Ｆｉｇ．３Ｓｅｔｏｕｔｏｆｓｈｏｔｈｏｌｅｐａｔｔｅｒｎ３．３断面测量在尤特利山隧道，断面测量任务使用ＴＭＳＰＲＯ－ＦＩＬＥ同样使工作变得简单，机载应用程序ＴＭＳＰＲＯｓｃａｎ可在无反射棱镜测距模式下，全自动的扫描表面。

ＴＭＳＰＲＯｓｃａｎ内置了标准测量顺序和过程，可引导无测量经验的施工员正确完成操作、获得精确的专业测量结果。