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摘要：远程控制隧道自动化施工测量技术研究成果，集自动化数据采集、数据计算分析、数据智能管理、数据无线传输、数据异常报警以及远程监控等一体的隧道施工测量系统，包含隧道控制网测量，隧道中线放样，开挖轮廓线及炮眼放样，初支和二衬定位测量，断面测量等隧道施工测量全部内容，提高了长大隧道内恶劣环境下的测量效率和测量精度，提升了长大隧道的施工测量科技水平。
关键词：远程控制；隧道；自动化；测量技术；
引言：随着隧道施工技术水平不断提升，以及提高山区线路等级标准和保护生态自然环境的需要，长大隧道建设将成为我国铁路、公路以及城市交通领域中的重要发展方向。
然而，在长大隧道施工中，测量工作是一项极其重要的施工环节，任务重、环境差、精度高，测量控制不好，将会造成技术事故和质量事故。长大隧道施工测量任务之重，因为隧道施工测量内容多，且测量频率高，包含着炮眼放样、掌子面开挖轮廓线放样、隧道中线放样、高程测量、初支拱架放样、二衬台车定位测量及衬支断面和二衬断面测量等，并且隧道施工测量计算工作量大而杂，隧道的轮廓线是由多个不同圆心、不同半径圆弧所组成、断面大小不一、所经线路有直线、缓和曲线、圆曲线和竖曲线等多种线型，导致了相应的测量计算工作量大而复杂，给现场技术人员计算工作带来了较大困难，而且在隧道施工现场较恶劣的环境下，现场计算容易出错，这是导致测量技术事故的主要原因。隧道内测量环境差，不仅表现在光线暗、粉尘大、水气大等不利因素，影响人工架设仪器精度和照准目标精度，更重要的是，隧道施工属于高危行业，隧道内重型机械来回通行，掌子面涌水、坍塌、掉块、粉尘、有毒气体等，长时间在隧道内进行测量作业，将严重影响技术人员身心健康，同时也存在较大的安全风险。
研发“远程控制隧道自动化施工测量技术”，实现隧道内测量机构自动采集所需数据，通过无线通讯技术将数据实时传输至后台管理中心，后台管理中心将通过软件计算分析后，再将隧道内需要放样的数据以及需要调整的数据实时地发送至现场测量机构，并下达指令监控现场测量机构来完成各项测量任务；真正实现隧道施工现场测量自动化、无人化的目的。
1.远程控制隧道自动化测量技术研究
1.1 依托工程项目概况
南昆铁路增建第二线工程百合隧道位于山心至思林区间，设计为人字坡，纵坡为4.7‰和-4.8‰，隧道分别位于半径800m、半径1200m、半径2000m的曲线上和直线上，全长4695米。施工工期为2年，设置斜井1处，施工作业面4处。工期紧，测量工作量大，贯通面多，测量控制难度大，给施工测量提出了更高的技术要求。
1.2工作原理
远程控制隧道自动化施工测量技术，是通过无线通讯技术，将隧道内的测量机构的测量数据实时发送至后台管理中心的远程监控机构，远程监控机构通过软件计算分析，将隧道内需要放样的数据以及需要调整的数据实时地发送至隧道内的测量机构中，测量机构根据远程监控指令进行现场测量作业，从而达到完成隧道内各项施工测量及测量检核任务。
主要包括有远程控制隧道自动化施工测量装置（测量机构和远程监控机构），和后台管理中心的隧道施工测量软件系统；其工作原理如下图1、图2。
图1 远程控制隧道自动化测量装置设计原理图
图2 远程控制隧道自动化测量软件系统设计图
1.3具体实施过程
（1）在后台管理中心建立隧道施工测量数据库，主要包括线路平纵面资料、隧道断面资料及隧道控制网测量资料数据等，实现隧道测量数据智能化管理；
（2）在隧道施工作业区域内安装测量机构，全站仪、无线通讯模块、外置电源用Y型电缆连接，全站仪通过周边的控制点上的棱镜进行自由设站；具体安装及测量如图3、图4所示：
图3 洞内测量机构联接图
图4 洞内测量机构设站及测量图
（3）在后台监控室内安装测量监控机构，将远程监控机构中手持式监控终端、监控无线通讯模块和监控外置电源通过Y型电缆连接起来，如图5所示：
图5 远程监控机构联接图
（4）在后台监控室启动测量控制终端，测试通讯连接信号；与测量机构信号连接正常后，启动测量程序模块，可根据隧道内所需要测量的项目，进行启动相应的测量程序，如要测量掌子面炮眼位置，即进入测量炮眼放样程序模块，如测量二衬断面，即进入断面测量程序模块；控制终端发出指令，隧道内测量机构则按照指令来完成所需要的各项测项目任务，如图6隧道断面实时测量及监控图所示。
图6 隧道断面自动化测量系统及测量实时显示图
2.远程控制隧道自动化测量技术创新点
2.1 测量工装上创新
（1）开发了测量无线通讯模块，实现了隧道内与远程监控室数据双向实时传输：
（2）开发了测量远程监控机构装置；实现了测量数据智能化管理和远程控制隧道内各项施工测量的需求。
2.2测量软件上创新
（1）在远程监控装置的控制终端上开发了识别徕卡全站仪电子气泡等传感器参数的同步软件，解决了在监控室能够实时查看隧道内全站仪在工作过程中电子水平气泡是否处于精平状态的技术难题，全站仪在测量过程中的稳定性精度得到有效监控。
图7 远程监控全站仪工作状态
（2）开发了集数据采集、放样、计算、分析、预警、数据传输于一体的隧道施工测量软件系统管理平台，提高了测量工作效率和测量数据计算的可靠性；测量异常情况实时预警。
图8 测量异常数据红色预警
3.远程控制自动化测量技术应用前景
远程控制自动化测量技术通过在南百铁路百合隧道研发与应用，测量效率有了明显的提高，施工测量质量及精度得到了有效监控，避免了因隧道超挖所带来的初支混凝土材料浪费以及欠挖初支和二衬侵限造成返工现象。该技术在公路隧道、城市地铁、城市地下管廊以及引水隧道等方面都有着广阔的应用前景。
4.结语
本文阐述的远程控制隧道自动化施工测量技术在长大隧道施工过程中的研发应用，打破了传统的人工测量模式，实现了远程监控、自动化控制、自动化测量的创新格局，大大地提高了隧道内的施工测量工作效率，减轻了现场技术人员的工作强度，减少了技术人员在隧道内较恶劣环境下的测量作业时间，大大降低了人身安全风险。极大地提升了长大隧道施工的科技水平。
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作者简介：
孙永星、1987年3月、男、工程师、施工测量及施工管理
论文作者:孙永星1,李强2,王明刚3,李郴4
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/23
标签：测量论文; 隧道论文; 机构论文; 远程控制论文; 数据论文; 断面论文; 远程监控论文; 《基层建设》2018年第5期论文;