淺談高速鐵路長大隧道施工控制測量技術(shù)(何虎)

1、淺談高速鐵路長大隧道施工控制測量技術(shù)南岳公路項目部:何虎【摘要】長大高鐵隧道對測量的精度要求較高,隧道的貫通誤差直接影響著整個工程的質(zhì)量。本文通過就長昆客專五標(biāo)磨把公隧道控制測量經(jīng)驗,對長大隧道的洞內(nèi)導(dǎo)線布網(wǎng)、埋點(diǎn)、施測方法等一一進(jìn)行闡述?！娟P(guān)鍵詞】高鐵隧道控制測量高速鐵路的速度均在250千米/時以上,對線性、地形的要求較高,因此隧道在山領(lǐng)地區(qū)的比例很大,且長大隧道較多。為確保貫通精度,隧道內(nèi)外施工測量控制網(wǎng)的建立是非常有必要的,測量控制網(wǎng)布設(shè)的好壞,精度的高低,直接影響到貫通精度能否滿足設(shè)計要求。對于高速鐵路施工,隧道的貫通起著至關(guān)重要的作用,下面就對磨把公隧道的洞內(nèi)外控制測量談一點(diǎn)體會。1

2、、工程概況磨把公隧道位于湖南省隆回縣境內(nèi),線路于鴨田鎮(zhèn)福合村西側(cè)約500米處進(jìn)入隧道,出口位于劉塘村東北方向。隧道進(jìn)口里程DK226+812,出口里程DK229+960,隧道全長3148m,為單洞雙線隧道;隧道內(nèi)最大埋深270m,最小埋深24m。隧道進(jìn)口至DK227+459.428199段位于半徑為11000的左偏曲線上,DK227+459.428199出口段位于直線上;隧道內(nèi)縱坡為人字坡,進(jìn)口至DK229+600段為19.95的上坡,DK229+600至出口段為3.6的下坡。2、控制測量的基本情況2.1工具(見表1表1 2.2控制測量項目(見表2表2 2.3測點(diǎn)埋設(shè)及要求2.3.1洞外獨(dú)立控

3、制網(wǎng),根據(jù)高速鐵路測量規(guī)范,按GPS二等加密點(diǎn)埋設(shè),如下圖所示: 標(biāo)石斷面圖2.3.2洞內(nèi)控制網(wǎng),根據(jù)現(xiàn)場實際情況,將導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)在仰拱填充面上,如下圖所示: 洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)斷面圖3、洞外控制測量3.1 洞外平面控制測量平面控制網(wǎng)測量采用GPS靜態(tài)測量模式,GPS接收機(jī)的標(biāo)稱精度指標(biāo)符合±(5mm+1ppm×D。隧道洞外GPS平面控制測量等級應(yīng)符合表3的要求。表3 平面控制測量設(shè)計要求 3.1.1 GPS洞外控制網(wǎng)布設(shè)洞外平面控制網(wǎng)原則上沿隧道進(jìn)出口連線方向布設(shè),控制線路中m線,平面控制網(wǎng)由洞口子控制網(wǎng)和洞口子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)組成,同時考慮GPS觀測對控制點(diǎn)的要求。根據(jù)現(xiàn)場實際踏勘,

4、磨把公隧道進(jìn)出口GPS點(diǎn)由兩個大地四邊形網(wǎng)形構(gòu)成,網(wǎng)形圖如下圖所示: 3.1.2 選點(diǎn)和埋石控制點(diǎn)考慮滿足GPS觀測的要求,又要考慮適合隧道控制測量對控制點(diǎn)的要求。在磨把公隧道左側(cè)100米山脊處埋設(shè)一個GPSJM5009,用于往洞內(nèi)投點(diǎn)。再增設(shè)2個GPSJM5006、JM5007點(diǎn)與之通視,且距離大于500米作為方向線。磨把公隧道出口GPS布點(diǎn)如下圖所示: JM5009洞內(nèi)投點(diǎn)磨把公隧道出口方向邊2方向邊1隧道控制點(diǎn)標(biāo)心釘為金屬標(biāo)志制作材料,上部為不銹鋼,下部采用普通鋼筋焊接而成?？刂泣c(diǎn)采用現(xiàn)場灌注混凝土的方式埋設(shè)。埋設(shè)深度大于1.2 m。如下圖所示: 磨把公隧道共布設(shè)8個GPS點(diǎn),保證每個洞

5、口有兩個洞口投點(diǎn),每個洞口投點(diǎn)有兩個后視方向,聯(lián)測精測網(wǎng)CPI點(diǎn)4個。3.1.3觀測數(shù)據(jù)采集GPS控制網(wǎng)采用Trimble雙頻GPS接收機(jī),靜態(tài)作業(yè)模式作業(yè),接收機(jī)標(biāo)稱精度應(yīng)不低于±(5mm+1ppm×D,且檢定合格。作業(yè)前應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行相關(guān)檢測,作業(yè)過程中應(yīng)保持接收設(shè)備工作狀態(tài)良好。觀測前,應(yīng)按設(shè)計的控制網(wǎng)網(wǎng)形、衛(wèi)星可見預(yù)報表、GPS接收機(jī)數(shù)量、交通情況編制GPS觀測計劃;并根據(jù)確定的作業(yè)模式,配置預(yù)置作業(yè)任務(wù)參數(shù);作業(yè)中應(yīng)通過報話機(jī)和移動電話及時溝通信息。觀測應(yīng)按設(shè)計控制網(wǎng)網(wǎng)形進(jìn)行,洞口子網(wǎng)和聯(lián)系網(wǎng)可統(tǒng)一觀測,每條基線應(yīng)觀測2個時段,時段長度應(yīng)大于90分鐘。觀測時,為

6、減小對中及相位中心誤差,應(yīng)對GPS天線進(jìn)行統(tǒng)一定向,第一時段指北定向,第二時段指南定向。GPS觀測應(yīng)選擇衛(wèi)星數(shù)目多、衛(wèi)星升降少、GDOP值較小且穩(wěn)定的觀測窗口施測,觀測符合表4要求。表4 GPS測量作業(yè)技術(shù)要求表 3.1.4數(shù)據(jù)處理以同步觀測區(qū)為單位進(jìn)行獨(dú)立基線解算和質(zhì)量檢核。以無約束平差確定有效觀測量為基礎(chǔ),進(jìn)行三維無約束平差和二維約束平差。基線解算采用Leica 公司的“ Leica Geo Office Combined ”軟件進(jìn)行解算,解算結(jié)果應(yīng)滿足軟件規(guī)定的指標(biāo)要求,基線觀測值均應(yīng)按規(guī)范的要求進(jìn)行重復(fù)基線檢核和異步環(huán)閉合差檢核。GPS 外業(yè)觀測后應(yīng)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算;檢核觀測成果的質(zhì)

7、量,應(yīng)用基線處理軟件進(jìn)行基線解算,基線向量的質(zhì)量應(yīng)滿足下列規(guī)定。 (1由獨(dú)立基線構(gòu)成的異步環(huán)各坐標(biāo)分量及全長閉合差應(yīng)滿足以下各式的要求:n W x 3 n W y 3n W z 3 n W 33式中:x W 、y W 、z W 坐標(biāo)分量閉合差;W 環(huán)的全長閉合差; n 閉合環(huán)的邊數(shù);標(biāo)準(zhǔn)差,=(22d b a +,其中a 取5mm ,b 取1ppm ,d 按環(huán)平均邊長計算。當(dāng)閉合環(huán)中長、短邊的長度相差較大時,宜按邊長和等級規(guī)定的精度計算每條邊的,并按誤差傳播定律計算環(huán)閉合差的限差。 (2重復(fù)觀測的基線較差(s d 應(yīng)滿足下式要求:22s d 式中:標(biāo)準(zhǔn)差,d 按基線長度計算。根據(jù)隧道洞口子網(wǎng)和

8、子網(wǎng)間聯(lián)系網(wǎng)的不同特點(diǎn),洞口子網(wǎng)基線構(gòu)成的異步環(huán)三維閉合差限差應(yīng)小于20mm;子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)基線構(gòu)成的異步環(huán)相對閉合差應(yīng)符合表5要求:表5 異步環(huán)相對閉合差限差限差單位:ppm (3采用同濟(jì)大學(xué)TGPPS6.02軟件進(jìn)行平差計算。無約束平差中基線向量各分量的改正數(shù)絕對值應(yīng)滿足下面要求;VX3 VY3 VZ3整網(wǎng)約束平差基線向量改正數(shù)與無約束平差的同名基線向量改正數(shù)較差應(yīng)符合下列規(guī)定:d vx2d vy2d vz2約束平差后平面控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表6的規(guī)定。表6 二等GPS控制網(wǎng)測量的主要技術(shù)要求 注:當(dāng)基線長度短于500m時,邊長中誤差應(yīng)小于5mm。根據(jù)約束平差后的控制點(diǎn)成果估計洞外控

9、制測量和洞內(nèi)導(dǎo)線測量對各開挖洞口間橫向貫通誤差的影響值進(jìn)行估算,分別分析精測網(wǎng)施工坐標(biāo)系和隧道工程獨(dú)立坐標(biāo)系成果對隧道貫通誤差的影響,以決定最終成果的使用,并根據(jù)客觀情況對洞內(nèi)測量要求提出建議。七、3.2 洞外高程控制測量 3.2.1洞外高程控制網(wǎng)布設(shè)高程控制網(wǎng)布設(shè)應(yīng)根據(jù)實地交通狀況和1:10000地形圖按隧道進(jìn)出口位置布設(shè)。在布網(wǎng)過程中,應(yīng)首先按地圖交通路線進(jìn)行實地踏勘,然后選擇最優(yōu)路線進(jìn)行測量。 3.2.2選點(diǎn)和埋石每個洞口設(shè)置3個洞口水準(zhǔn)點(diǎn),選擇在洞口附近土質(zhì)堅實、通視良好、施測便利、高程適宜和便于保存之處;三個洞口水準(zhǔn)點(diǎn)中的兩個設(shè)置在洞口附近,兩點(diǎn)之間距離按安置一次儀器能進(jìn)行觀測為原則

10、,另一個設(shè)置在更為安全的區(qū)域,便于復(fù)核聯(lián)測,聯(lián)測隧道范圍內(nèi)所有的二等水準(zhǔn)控制點(diǎn)。磨把公隧道出口二等水準(zhǔn)布置點(diǎn)如下圖所示:洞口二等水準(zhǔn)點(diǎn)JMB5006洞口二等水準(zhǔn)點(diǎn)JMB5005 洞口水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)規(guī)格同平面點(diǎn)。3.2.3水準(zhǔn)觀測水準(zhǔn)觀測采用天寶Dini03電子水準(zhǔn)儀統(tǒng)一按國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范(GB/T12897-2006二等標(biāo)準(zhǔn)施測。水準(zhǔn)儀的標(biāo)稱精度均為每公里高差偶然中誤差±0.3mm。采用單路線往返觀測,同一條水準(zhǔn)路線的往返觀測應(yīng)采用相同的人員、儀器、轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承,沿相同水準(zhǔn)路線。沿公路施測時應(yīng)使用大于5公斤的鑄鐵尺墊,在山路地段施測應(yīng)采用尺樁或突出巖石作為立尺轉(zhuǎn)點(diǎn);使用尺撐扶尺,

11、水準(zhǔn)尺氣泡居中;使用干濕溫度計測定氣溫。水準(zhǔn)觀測要求:視線長度3m、50m,前后視距差1.5m,前后視距累積差6.0m,視線高度0.55m、2.8m,測站限差:兩次讀數(shù)差0.4mm,兩次讀數(shù)所測高差之差0.6mm,檢測間歇點(diǎn)高差之差兩次讀數(shù)差1.0mm,觀測時偶數(shù)站按后-前-前-后,奇數(shù)站按前-后-后-前的順序進(jìn)行,每一測段應(yīng)為偶數(shù)站。水準(zhǔn)測量精度應(yīng)滿足表7規(guī)定。表7 水準(zhǔn)測量觀測的主要技術(shù)要求 表中:R為測段長度,L為附合線路長度,F為環(huán)線長度。二等水準(zhǔn)臨時間歇點(diǎn)要求:在間歇時要求設(shè)置2至3個間歇點(diǎn)并作為臨時水準(zhǔn)點(diǎn)處理,間歇點(diǎn)設(shè)置要求,第一個間歇點(diǎn)與第二個間歇點(diǎn)間距要求在400m以上,第二個

12、和第三個間歇點(diǎn)間距在兩站測量范圍內(nèi),同時間歇點(diǎn)的規(guī)格要以ø30以上的螺紋鋼筋,長度大于600mm,并保證不易被破壞位置;間歇后測量首先檢測三個歇點(diǎn)間高差,在滿足限差要求后方可進(jìn)行余下水準(zhǔn)路線測量,如果三個間歇點(diǎn)間有兩個點(diǎn)間高差超出限差,必須進(jìn)行重新測量。3.2.4數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)處理采用電子水準(zhǔn)儀自帶軟件將原始數(shù)據(jù)處理為高差距離文件,水準(zhǔn)網(wǎng)平差采用鐵三院研發(fā)的TSDI_HRSADJ精密工程測量平差系統(tǒng)或武漢大學(xué)的“科傻地面控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”(COSAWIN進(jìn)行嚴(yán)密平差,并采用清華山維數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計算對比。每千米高差偶然中誤差M按下式計算:M=± 41L n式中

13、:L水準(zhǔn)測量的路線長度(km;水準(zhǔn)路線測段往返高差不符值(mm;n往返測的水準(zhǔn)路線的測段數(shù)。水準(zhǔn)點(diǎn)成果最后取位至0.1mm。4、洞內(nèi)控制測量4.1洞內(nèi)平面控制測量4.1.1洞內(nèi)觀測方法洞內(nèi)平面控制測量采用萊卡1201全站儀進(jìn)行觀測。觀測方法為測回法,磨把公隧道洞內(nèi)導(dǎo)線平面控制網(wǎng)為四等,根據(jù)項目部儀器精度情況觀測4個測回即可,但是考慮到隧道觀測環(huán)境較差,觀測6個測回,保證隧道貫通精度滿足設(shè)計要求。導(dǎo)線測量滿足表8規(guī)定。表8 四等導(dǎo)線測量主要技術(shù)要求 4.1.2洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)從洞口GPS投點(diǎn)開始,按線路方向間距200米布設(shè),在仰拱填充面左右側(cè)各埋設(shè)一點(diǎn),距電纜槽邊約2米的位置。導(dǎo)線點(diǎn)如下

14、圖所示:洞口導(dǎo)線點(diǎn)R00X洞口導(dǎo)線點(diǎn)L00X導(dǎo)線點(diǎn)采取預(yù)埋或沖擊鉆鉆眼埋設(shè)。埋設(shè)高度低于仰拱填充面10cm 左右,確保施工過程中不被破壞。 4.1.3觀測數(shù)據(jù)采集磨把公隧道洞內(nèi)導(dǎo)線數(shù)據(jù)采集采用測回法觀測,觀測6個測回。水平角觀測宜采用方向觀測法,并符合表9規(guī)定。表9 水平角方向觀測法的技術(shù)要求 其值應(yīng)滿足表中一測回內(nèi)2C互差的限值。邊長測量應(yīng)符合表10規(guī)定。表10邊長測量技術(shù)要求 注:1、一測回是全站儀盤左、盤右各測量一次的過程測距邊的斜距應(yīng)進(jìn)行氣象和儀器常數(shù)改正。氣壓、氣溫讀數(shù)取位應(yīng)符合表11的規(guī)定。表11氣壓、氣溫讀數(shù)取位要求 4.1.4數(shù)據(jù)記錄如下表所:水平角觀測手簿(測回法儀器: TC

15、RP1201 點(diǎn)名:R004 觀測者:何虎記錄者:柴中原日期:2012 年12 月 5 日開始: 14 時18 分結(jié)束: 14 時43 分 4.1.5數(shù)據(jù)處理觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過處理計算,看有沒有指標(biāo)超限的,看是否要補(bǔ)測。原始數(shù)據(jù)合格后,平面控制網(wǎng)采用手算平差,并采用清華山維數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計算對比?，F(xiàn)以磨把公隧道出口第五次洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)加密為例。各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。磨把公隧道出口洞內(nèi)控制網(wǎng)(第五次 計算:何虎復(fù)核:朱立斌日期:2012.12.064.2洞內(nèi)高程控制測量高程控制測量按二等水準(zhǔn)規(guī)范測定,點(diǎn)位與洞內(nèi)平面控制網(wǎng)共點(diǎn),觀測方法、數(shù)據(jù)采集、平差與洞外高程控制網(wǎng)施測方法一致。得出的高程成果再用全站儀進(jìn)行復(fù)核最終磨把公隧道的貫通誤差:平面控制網(wǎng)里程方向3.9cm,左右方向1