特長(zhǎng)隧道洞內(nèi)控制測(cè)量實(shí)施方案

1、特長(zhǎng)隧道洞內(nèi)控制測(cè)量實(shí)施方案郭志強(qiáng)(鐵道部第十八工程局秦嶺隧道工程指揮部300022)劉欣張靈斌(中國(guó)航空工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院100086)【摘要】本文根據(jù)秦嶺(線)隧道采用TBM施工的特點(diǎn)，提出了為確保隧道高精度貫通而實(shí)施的洞內(nèi)測(cè)量的可行性具體方案。西康鐵路秦嶺隧道(線)采用TBM施工。隧道全長(zhǎng)18.5 km，兩端獨(dú)頭掘進(jìn)距離長(zhǎng)(近10 km)，再加上TBM一次成洞，對(duì)貫通精度要求比較高，給洞內(nèi)控制測(cè)量帶來(lái)了很大的困難。本文介紹這項(xiàng)工程中控制測(cè)量實(shí)施方案。一、控制測(cè)量設(shè)計(jì)眾所周知，隧道貫通面上貫通誤差的影響值，由洞外、洞內(nèi)控制測(cè)量?jī)刹糠纸M成。由于洞外采用GPS網(wǎng)作控制來(lái)保證洞外控制精度，因此本

2、設(shè)計(jì)只對(duì)洞內(nèi)控制測(cè)量進(jìn)行設(shè)計(jì)。為保證高精度貫通，本設(shè)計(jì)按總橫向中誤差150 mm(鐵路測(cè)量規(guī)則規(guī)定為250 mm)，高程中誤差25 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。按測(cè)規(guī)規(guī)定的分配原則，分配給洞內(nèi)橫向中誤差為120 mm，洞內(nèi)高程中誤差17 mm。1. 平面(橫向)測(cè)量設(shè)計(jì)由于線隧道采用TBM施工，其通視條件較好，為提高測(cè)量精度，導(dǎo)線邊長(zhǎng)盡量長(zhǎng)，故本方案按邊長(zhǎng)為650 m的導(dǎo)線測(cè)量方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。這時(shí)洞內(nèi)橫向貫通誤差為：按上述布設(shè)方案，Rx，dy計(jì)算如下：(1) 洞內(nèi)R2x計(jì)算依據(jù)各導(dǎo)線點(diǎn)至貫通面的豎直距離計(jì)算的結(jié)果為R2x900062125。(2) 洞內(nèi)dy2計(jì)算由于洞內(nèi)導(dǎo)線沿隧道中線布設(shè)，隧道為直線隧道，則d

3、y=0,即dy20。(3) 洞內(nèi)測(cè)角精度計(jì)算由于采用測(cè)距標(biāo)稱精度為（2 mm+210-6D）的全站儀測(cè)距，洞內(nèi)測(cè)邊誤差遠(yuǎn)小于1/100 000。因?yàn)閐y20，則m2yi=0，所以其中,m為洞內(nèi)測(cè)角精度。代入數(shù)據(jù)，得則m0.83。實(shí)際采用0.7，即洞內(nèi)按一等導(dǎo)線要求和精度指標(biāo)進(jìn)行施測(cè)可滿足在120 mm內(nèi)貫通要求。2. 高程測(cè)量設(shè)計(jì)洞內(nèi)兩開(kāi)挖洞口間長(zhǎng)度按19 km計(jì)，則高程控制測(cè)量的高差中數(shù)偶然中誤差為：(三等水準(zhǔn)限差)所以洞內(nèi)高差控制測(cè)量按三等水準(zhǔn)要求即可滿足高程貫通中誤差影響值為17 mm的要求。從安全角度考慮，實(shí)際操作可按二等水準(zhǔn)要求施測(cè)。3. 貫通誤差預(yù)計(jì)(1) 橫向貫通誤差預(yù)計(jì)由式當(dāng)m

4、0.7，導(dǎo)線平均邊長(zhǎng)為650 m時(shí)，my=102 mm120 mm(洞內(nèi)分配值)。由于m洞外50 mm(秦嶺隧道GPS控制網(wǎng)成果書(shū)中提供值)，則鑒于上述預(yù)計(jì)是按支導(dǎo)線公式計(jì)算，而實(shí)施中采用導(dǎo)線網(wǎng)方案，其精度顯然高于前者，因此本估算方案有較大的安全余地。這時(shí)，按本設(shè)計(jì)方案實(shí)施洞內(nèi)控制測(cè)量所能達(dá)到的預(yù)計(jì)橫向貫通中誤差為114 mm，遠(yuǎn)小于鐵路測(cè)量技術(shù)規(guī)定所規(guī)定的250 mm，可以達(dá)到隧道高精度貫通的設(shè)想。(2) 高程貫通誤差預(yù)計(jì)由式L取值19 km,當(dāng)按三等水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，m3 mm，則mh=13.08 mm17 mm（洞內(nèi)分配中誤差）；(高程中誤差)。由于是按二等水準(zhǔn)要求實(shí)測(cè)，則mh=4.36 mm

5、mh總=18.5 mm 3. 0 mm (三等水準(zhǔn)限差)所以洞內(nèi)高差控制測(cè)量按三等水準(zhǔn)要求即可滿足高程貫通中誤差影響值為17mm 的要求。從安全角度考慮, 實(shí)際操作可按二等水準(zhǔn)要求施測(cè)。3. 貫通誤差預(yù)計(jì)(1) 橫向貫通誤差預(yù)計(jì)由式m y =m BQ R 2x當(dāng)m B= 0. 7, 導(dǎo)線平均邊長(zhǎng)為650 m 時(shí),m y = 102 mm 120mm (洞內(nèi)分配值)。由于m 洞外= 50mm (秦嶺隧道GPS 控制網(wǎng)成果書(shū)中提供值) , 則m 總= m 2洞外+ m 2y= 502+ 1022= 114 mm 150mm鑒于上述預(yù)計(jì)是按支導(dǎo)線公式計(jì)算, 而實(shí)施中采用導(dǎo)線網(wǎng)方案, 其精度顯然高于前

6、者, 因此本估算方案有較大的安全余地。這時(shí), 按本設(shè)計(jì)方案實(shí)施洞內(nèi)控制測(cè)量所能達(dá)到的預(yù)計(jì)橫向貫通中誤差為114 mm , 遠(yuǎn)小于鐵路測(cè)量技術(shù)規(guī)定所規(guī)定的250 mm , 可以達(dá)到隧道高精度貫通的設(shè)想。(2) 高程貫通誤差預(yù)計(jì)由式3 3 1998 年第11 期測(cè)繪通報(bào) 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.m $h= m $ LL 取值19 km , 當(dāng)按三等水準(zhǔn)測(cè)量時(shí),m $= 3 mm , 則m $h= 13. 08mm 17 mm (洞內(nèi)分配中誤差) ;m h總= 182+ 13. 08

7、2 = 22 mm 25mm (高程中誤差)。由于是按二等水準(zhǔn)要求實(shí)測(cè), 則m $h= 4. 36 mmm h總= 18. 5 mm 25 mm故按本設(shè)計(jì)采用二等水準(zhǔn)觀測(cè)能滿足水準(zhǔn)高精度貫通要求。二、洞內(nèi)控制測(cè)量的實(shí)施1. 調(diào)研與培訓(xùn)為確保本隧道的橫向和高程的高精度貫通, 以及仰拱預(yù)制塊定位準(zhǔn)確, 根據(jù)需要可派人員到有關(guān)單位和院校進(jìn)行調(diào)研和技術(shù)培訓(xùn), 以處理和解決有關(guān)技術(shù)難題,提高業(yè)務(wù)水平, 從而提高洞內(nèi)控制測(cè)量精度和減少內(nèi)外業(yè)工作強(qiáng)度, 測(cè)量人員必須持有上崗證。2. 儀器設(shè)備本隧道控制測(cè)量采用的儀器應(yīng)滿足下列精度要求:測(cè)角精度小于或等于1, 測(cè)距精度不大于 (2 mm + 210- 6D )

8、 , 水準(zhǔn)儀的精度應(yīng)高于或等于1 mm km , 采取銦鋼水準(zhǔn)尺。測(cè)量?jī)x器按國(guó)家規(guī)定每年送國(guó)家授權(quán)檢定部門檢定, 合格后方能使用。3. 控制點(diǎn)的埋設(shè)控制點(diǎn)埋設(shè)應(yīng)做到點(diǎn)位穩(wěn)定, 無(wú)施工干擾。4. 洞內(nèi)外聯(lián)測(cè)洞內(nèi)外聯(lián)測(cè), 應(yīng)選在陰天, 氣溫穩(wěn)定, 無(wú)風(fēng)情況下進(jìn)行。水平角觀測(cè)在不同時(shí)段采用方向觀測(cè)法測(cè)2 組, 每組15 個(gè)測(cè)回。測(cè)距采用對(duì)向觀測(cè), 其中豎直角觀測(cè)四個(gè)測(cè)回, 測(cè)距6 次, 邊長(zhǎng)歸算考慮氣象改正, 投影改正。投影面高度最好為隧道中線平均高程(GPS 網(wǎng)投影高程面)。高程測(cè)量嚴(yán)格按照鐵路測(cè)量規(guī)則二等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行, 采用往返不同線路進(jìn)行施測(cè), 在往返閉合差滿足要求時(shí), 取返往平均值。5.

9、 洞內(nèi)控制測(cè)量(1) 布網(wǎng)洞內(nèi)控制測(cè)量采用閉合環(huán)的方式, 每個(gè)導(dǎo)線環(huán)邊數(shù)不大于6 條(如圖1 所示)。圖1秦嶺( 線) 隧道控制測(cè)量點(diǎn)位布置示意圖(2) 施測(cè)洞內(nèi)控制測(cè)量應(yīng)在施工不影響時(shí)進(jìn)行, 并加強(qiáng)通風(fēng), 保證照明充分, 提高清晰度。以良好的施測(cè)環(huán)境, 確保測(cè)量的精度。洞內(nèi)導(dǎo)線向前延伸, 施測(cè)時(shí)必須聯(lián)測(cè)兩個(gè)以上同等級(jí)控制點(diǎn), 在確定前面點(diǎn)位正確無(wú)誤后方可向前延伸。三、保證隧道高精度貫通的輔助措施筆者認(rèn)為在正確測(cè)量方案的基礎(chǔ)上, 測(cè)量方案準(zhǔn)確無(wú)誤地實(shí)施是確保隧道高精度貫通關(guān)鍵所在, 為此在進(jìn)行 線測(cè)量時(shí)將采用如下輔助措施:1. 盡量減少貫通誤差, 在進(jìn)出口掌子面相距2 3km 時(shí), 在TBM

10、后面打橫通道與 線導(dǎo)坑聯(lián)接, 利用線導(dǎo)坑將進(jìn)出口洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行聯(lián)測(cè), 計(jì)算出兩端施工中線和高程的相對(duì)差值, 提前進(jìn)行正線掘進(jìn)方向和高程調(diào)整, 以減少實(shí)際貫通誤差。2. 利用 線導(dǎo)坑的控制測(cè)量成果, 即采用 線調(diào)整后的坐標(biāo)值, 利用橫通道與 線導(dǎo)線組成閉合條件, 來(lái)計(jì)算 線控制點(diǎn)的坐標(biāo)值, 進(jìn)而調(diào)整中線及掘進(jìn)方向,保證 線高精度貫通。4 3測(cè)繪通報(bào)1998 年第11 期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 他年我若為青帝,抱枝桃花一處開(kāi) 中點(diǎn)單覘法三角高程測(cè)量及其精度分析作者：王莉 張偉 杜

11、寧 上傳：net_studio 來(lái)源：網(wǎng)易水利 2006-01-18 00:020 前 言目前，隨著測(cè)距技術(shù)的發(fā)展，精度的提高，以及測(cè)距儀、全站儀的普及，三角高程測(cè)量作為高程控制測(cè)量的一種有效手段，正逐步受到廣大測(cè)繪工作者的青睞。在三角高程測(cè)量方法中，現(xiàn)階段主要采用的是直返覘法用往返觀測(cè)測(cè)定相鄰點(diǎn)的高差的方法；而應(yīng)用中點(diǎn)單覘法（在兩置覘點(diǎn)中間安置儀器測(cè)定覘點(diǎn)間高差的方法）的人卻較少。雖然直返覘法在建立平面控制網(wǎng)的同時(shí)，為求這些待定平面點(diǎn)的高程而建立三角高程控制網(wǎng)時(shí)較為方便，但由于平面控制點(diǎn)大多建在制高點(diǎn)上，用其作為高程控制點(diǎn)，使用較為不便，一般平面控制網(wǎng)與高程控制網(wǎng)均分開(kāi)布設(shè)，高程點(diǎn)布設(shè)在利于

12、保存、使用的地方，此時(shí)運(yùn)用中點(diǎn)單覘法來(lái)進(jìn)行三角高程測(cè)量，較之直返覘法有較強(qiáng)的靈活性與實(shí)用性。中點(diǎn)單覘法三角高程測(cè)量有以下幾個(gè)特點(diǎn)：a 測(cè)站不需對(duì)中，不需量取儀器高；b 采用適當(dāng)方法，可不量取覘標(biāo)高；c 測(cè)站選在中部時(shí)，可減弱大氣折光的影響；d 減少勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作業(yè)速度等。1 中點(diǎn)單覘法三角高程測(cè)量原理及精度分析1.1 高差計(jì)算公式的推導(dǎo)如圖1所示，為求A、B兩點(diǎn)間的高差，將全站儀置于A、B兩點(diǎn)大致中間位置的D點(diǎn)處，則圖1故A點(diǎn)至B點(diǎn)的高差為：式中：s經(jīng)氣象改正后的斜距；z天頂距的觀測(cè)值；V覘標(biāo)高；R測(cè)區(qū)地球平均曲率半徑；K大氣折光系數(shù)。由于前、后視高差觀測(cè)是在相近條件下進(jìn)行的，可認(rèn)為其折光系

13、數(shù)，kAkB，令kA=kB=k，代入式（3）得：中點(diǎn)單覘法三角高差測(cè)量時(shí)，每一測(cè)站均應(yīng)獨(dú)立施測(cè)兩次，滿足要求后，取其平均值作為最后成果，即式中：hAB第一次觀測(cè)高差；hAB第二次觀測(cè)高差。由上述可知，中點(diǎn)單覘法三角高差測(cè)量時(shí)，不需對(duì)中和量取儀器高。1.2 中誤差計(jì)算式對(duì)式(4)進(jìn)行全微分，得：由于式(6)等號(hào)右邊前四項(xiàng)括號(hào)中的第二項(xiàng)較小、相對(duì)于第一項(xiàng)而言，可忽略不計(jì)，并顧及DA=sAsinzA、DB=sBsinzB，則得：運(yùn)用誤差傳播定律，考慮到觀測(cè)量之間相互獨(dú)立，得：由于采用中點(diǎn)單覘法進(jìn)行三角高程測(cè)量時(shí)，儀器大致在兩置覘點(diǎn)的中部且一般距離較短，則可近似認(rèn)為m2sA=m2sB=m2s；并顧及m

14、2zA=m2zB=m2z，m2vA=m2vB=m2v，由上式可得：式中：mh中點(diǎn)單覘法三角高差的中誤差；ms測(cè)邊中誤差；mz天頂距觀測(cè)中誤差；mk大氣折光系數(shù)測(cè)定中誤差；mv覘標(biāo)高量取中誤差；Z天頂距的觀測(cè)值；D水平距離，D=scosz；R測(cè)區(qū)地球平均曲率半徑；取206265.則，高差平均值的中誤差為：1.3 精度分析及結(jié)論設(shè)ms=10 mm、mz=1.8、mk=0.05、mv=1 mm，取不同的平距D和天頂距Z，按式(10)計(jì)算高差平均值的中誤差，結(jié)果列于表1中。表1平 距D（m）前后視距差（m）高 差 平 均 值 的 中 誤 差 （mm）每 公 里 的 高 差 中 誤 差 （mm/km）2

15、001002.942.231.651.446.584.993.683.22402.912.191.601.386.524.903.573.09202.912.191.591.386.514.893.563.0802.912.191.591.376.504.893.553.073001003.102.441.921.745.664.453.503.18403.072.401.871.695.614.383.423.09203.072.401.871.695.614.373.413.0803.072.391.861.685.604.373.403.084001003.312.702.242.095

16、.244.273.543.31403.292.672.202.055.194.223.483.25203.282.662.202.055.194.213.473.2403.282.662.202.045.194.213.473.235001503.603.052.652.535.094.313.753.581003.563.002.602.485.034.253.683.50403.542.972.572.445.014.213.633.45203.542.972.562.435.004.203.623.4403.532.972.562.435.004.203.623.446001503.89

17、3.383.032.935.024.373.913.781003.853.342.992.884.984.323.863.72403.833.312.952.844.944.283.813.67203.833.312.952.844.944.273.813.6603.823.312.952.844.944.273.803.667001504.213.743.433.345.034.484.103.991004.173.713.393.294.994.434.053.93404.153.683.363.264.964.394.013.90204.143.673.353.254.954.394.0

18、03.8904.143.673.353.254.954.394.003.898001504.554.133.843.765.094.614.304.201004.524.093.803.725.054.574.254.16404.494.063.773.685.024.544.224.12204.484.053.763.685.014.534.214.1104.484.053.763.675.014.534.204.119001504.914.524.274.195.184.774.504.421004.884.484.234.155.144.734.454.37404.854.454.194

19、.125.114.704.424.34204.844.454.194.115.114.694.414.3304.844.444.184.115.104.684.414.3310002005.344.984.754.685.344.984.754.681505.294.934.704.635.294.934.704.631005.264.894.664.595.264.894.664.59405.234.864.634.565.234.864.634.56205.224.864.624.555.224.864.624.5505.224.854.614.545.224.854.614.541100

20、2005.735.405.195.135.475.154.954.891505.695.355.145.085.425.104.904.841005.655.315.105.035.395.074.864.80405.625.285.065.005.365.044.834.77205.615.275.064.995.355.034.824.7605.615.275.054.995.355.024.814.7512002006.145.835.645.585.615.335.155.091506.095.785.595.535.565.285.105.051006.065.745.545.495

21、.535.245.065.01406.025.715.515.455.505.215.034.98206.025.705.505.445.495.205.024.9706.015.695.495.435.495.205.014.9613002006.566.286.096.045.765.505.345.301506.516.226.045.995.715.465.305.251006.476.186.005.945.685.425.265.21406.446.155.965.915.655.395.235.18206.436.145.955.905.645.385.225.1706.426.

22、135.945.895.635.385.215.1614002006.996.736.566.515.915.685.545.501506.946.676.506.455.875.645.505.451006.906.636.466.415.835.605.465.42406.866.596.426.375.805.575.425.38206.856.586.416.365.795.565.415.3706.856.576.406.355.795.555.415.3615002007.447.197.036.986.075.875.745.701507.387.136.976.926.035.825.695.651007.347.086.926.885.995.785.655.62407.307.046.88