大陽山隧道獨立控制網(wǎng)布設(shè)方案

一、工程概況：大陽山隧道起迄里程為DK104+100～DK113+500，全長9400米，大陽山隧道DK104+254.866～DK104+744.866和DK105+096.817～DK105+586.817段位于緩和曲線上，DK104+744.866～DK105+096.817段位于半徑R=9000的圓曲線上。隧道縱坡為人字坡,坡度為4‰和7.5‰。二、地形地貌：〔LXS-3〕標段線路走行于湟水河河谷、黃土塬、梁、峁及低中山，地勢西高東低，河谷階地地勢較平緩，低中山地勢起伏較大，地面高程介于1850-2200m之間，沿線多為村莊或耕地。相對高程20-150m，區(qū)內(nèi)黃土廣布。相對位置：大陽山隧道包括蘆草溝斜井及腦溝斜井，隧道進口位于青海省民和縣境內(nèi)，隧道出口、蘆草溝斜井、腦溝斜井位于青海省樂都縣境內(nèi)。三、測量依據(jù)《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》〔鐵建設(shè)[2006]189號〕；《新建鐵路工程測量標準》〔TB10101-99〕；《工程測量標準》〔GB50026-2007〕；《國家一、二等水準測量標準》〔GB/T12897-2006〕；《全球定位系統(tǒng)GPS鐵路測量規(guī)程》〔TB10054-97〕；《蘭新第二雙線精密工程控制測量網(wǎng)LXS-3標段測量網(wǎng)設(shè)計文件》；四、測量儀器及人員隧道洞外GPS測量采用Trimble5700接收機1套、TrimbleR7接收機3套標，稱精度：5+0.5ppm×D；水準測量采用TrimbleDiNi數(shù)字水準儀，標稱精度：0.3mm，在使用前必須經(jīng)專門機構(gòu)檢測，測量精度滿足施工要求。大陽山隧道施工獨立控制網(wǎng)的測設(shè)由中交一航局蘭新鐵路甘青段工程經(jīng)理部一工區(qū)精測隊組織施測。五、隧道洞外控制測量大陽山隧道測區(qū)范圍內(nèi)交通不便，通訊不暢，氣候枯燥，溫差變化大，工作條件艱苦。洞外控制網(wǎng)假設(shè)采用常規(guī)測量方法建立，不僅難以實現(xiàn)，而且建網(wǎng)效率低、費用高。全球定位系統(tǒng)GPS由于其具有較高的相對定位精度、控制點間無須通視，在隧道施工控制中只需在洞口處及其附近布點和建網(wǎng)速度快、效率高等優(yōu)點，在隧道施工洞外測量控制中已被普遍應(yīng)用，因此大陽山隧道施工的洞外控制，也采用GPS方法建立該隧道施工的洞外平面控制網(wǎng)。1．洞外平面控制測量隧道洞外、洞內(nèi)控制測量技術(shù)要求測量部位測量方法測量等級測角精度〔〃〕適用長度〔km〕邊長相對精度洞外導(dǎo)線測量二1．06～201/200000三1．84～61/150000四2．5＜４1/100000GPS測量B1．5≥６C2．0＜６洞內(nèi)導(dǎo)線測量二1.07～201/100000三1.85～71/50000四2.5≤51/20000注：1.本表所列適用長度系指相鄰兩開挖洞口間的長度；導(dǎo)線測量的使用長度系按導(dǎo)線邊、角獨立測量2組計算。2．GPS測量欄內(nèi)測角精度指進洞聯(lián)系邊方向中誤差。1.1洞外平面控制測量精度：隧道平面控制網(wǎng)布設(shè)的目的，是保證地下兩相向開挖工作面的正確貫穿，控制網(wǎng)的測量精度主要取決于隧道貫穿精度、隧道長度與形狀、開挖面的數(shù)量以及施工方法等因素。綜合考慮以上因素，根據(jù)上表隧道洞外、洞內(nèi)控制測量技術(shù)要求中的相關(guān)規(guī)定和類似長大隧道測量控制的成功經(jīng)驗，本次大陽山隧道洞外平面控制網(wǎng)的精度等級設(shè)計為GPSB級網(wǎng)。1.2隧道洞外控制網(wǎng)布設(shè)：隧道GPS施工控制網(wǎng)一般由洞口點群所組成的洞口網(wǎng)和兩洞口之間的聯(lián)系網(wǎng)組成。在進行大陽山隧道控制網(wǎng)網(wǎng)型設(shè)計前，應(yīng)詳細收集大陽山隧道所在地的地形圖、已有的控制測量等資料，并實地踏勘了大陽山隧道進、出口、蘆草溝斜井及腦溝斜井的地形概貌。根據(jù)以往長大隧道洞外控制網(wǎng)布設(shè)的經(jīng)驗，對于直線隧道，洞口點應(yīng)選在隧道進出口處附近的中線上，另外再布設(shè)至少兩個定向點，除要求洞口點與定向點通視外，定向點間不要求通視，但定向點至洞口點間的距離應(yīng)在400m上，而且各個定向點應(yīng)選在大致相等的高度(程)上，以消除或減小垂線偏差對聯(lián)系進洞觀測方向的影響。對于曲線隧道，還應(yīng)把曲線的主要控制點，如曲線的主點、切線上的兩點包括在網(wǎng)中。隧道GPS網(wǎng)的布設(shè)，一般應(yīng)遵循“網(wǎng)中每個點至少獨立設(shè)站觀測兩次〞的原那么，此外還取決于所具有的接收機的數(shù)量和精度要求等因素，選點時應(yīng)使所選點位的環(huán)境適合GPS觀測，為了便于GPS接收機的安置和衛(wèi)星信號的接收，控制點周圍應(yīng)視野開闊、高度截止角15度以上不應(yīng)有障礙物；同時應(yīng)遠離強電磁源，周圍沒有大面積反射面等，以減弱多路徑效應(yīng)。我工區(qū)大陽山隧道進口端是以188.866m長的直線接1331.951m長度的曲線進洞，為此分別在隧道正洞洞外的直線段的延長線DK103+820處布設(shè)了1個投點GPS01；大陽山隧道出口端為直線段，為此在隧道正洞洞外布設(shè)了1個投點GPS14，另在蘆草溝斜井、腦溝斜井洞口各布設(shè)3個GPS平面控制點，除了上述的2個投點外，隧道控制網(wǎng)在進出洞口新布設(shè)了4個GPS平面控制點，同時也將設(shè)計院提供的局部CPI控制點也一并納入了兩個洞口子網(wǎng)，然后通過大地四邊形聯(lián)測將兩洞口的GPS子網(wǎng)聯(lián)系成一個整體的平面網(wǎng)。大陽山隧道進出洞口及斜井聯(lián)測的GPS網(wǎng)網(wǎng)形如圖1、圖2、圖3、圖4所示。圖1大陽山隧道進口側(cè)GPS網(wǎng)形示意圖圖2大陽山隧道出口側(cè)GPS網(wǎng)形示意圖圖3蘆草溝斜井GPS聯(lián)測網(wǎng)形示意圖圖4腦溝斜井GPS聯(lián)測網(wǎng)形示意圖上圖中，GPS01、GPS14分別為點分別為大陽山隧道進、出口處線路中線上的洞口投點。其中新埋設(shè)平面控制點14個，利用設(shè)計院提供的平面控制點4個。1.3控制點標志及控制點標石規(guī)格：控制點標志上部采用直徑為12～20mm，長度為20～30mm的不銹鋼材料,下部采用普通鋼筋焊接而成。其規(guī)格如圖5所示；圖5不銹鋼標志控制點標石埋設(shè)規(guī)格如圖6所以：圖6控制點標石埋設(shè)圖1.4GPS控制網(wǎng)施測：GPS野外數(shù)據(jù)采集采用靜態(tài)測量模式，大陽山隧道GPS控制網(wǎng)采用B級網(wǎng)觀測，GPS控制網(wǎng)測量的精度指標如表1所示，GPS測量作業(yè)的根本技術(shù)要求〔表1〕級別工程BCD靜態(tài)測量衛(wèi)星高度角(°)≥15≥15≥15有效衛(wèi)星總數(shù)≥5≥4≥4時段中任一衛(wèi)星有效觀測時間(min)≥30≥20≥15時段長度(min)≥90≥60≥45觀測時段數(shù)≥21～21～2數(shù)據(jù)采樣間隔(S)15～6015～6015～60PDOP或GDOP≤6≤8≤10GPS接收機的精度指標〔表2〕級別BCDa〔mm〕≤8≤10≤10b〔mm/km〕≤1≤5≤10a—接收機固定誤差〔mm〕；b—接收機比例誤差系數(shù)。1.5GPS作業(yè)前準備工作應(yīng)符合以下規(guī)定：①根據(jù)網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計所確定的作業(yè)模式，在接收機或控制器上配置預(yù)制參數(shù)，參與作業(yè)的接收機所配制的參數(shù)應(yīng)相同。②每天出工之前，必須檢查電池容量是否滿足作業(yè)要求，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備應(yīng)有足夠的存儲空間，儀器及其附件必須齊全。③天線安置應(yīng)符合以下要求：a〕天線應(yīng)利用腳架直接對中。b〕需在覘標的基板上安置天線時，應(yīng)先卸去覘標頂部，將標志中心投影至基板上，依投影點安置天線。c〕天線定向標志宜指向正北方向。d〕天線圓水準氣泡必須居中。e〕雷雨季節(jié)架設(shè)天線時，要注意防雷擊。雷雨過境時，應(yīng)停止觀測，并卸下天線。1.6保證GPS測量精度的操作要點①觀測組必須嚴格遵守調(diào)度命令，按規(guī)定時間同步觀測同一組衛(wèi)星。當沒按方案到達點位時，應(yīng)及時通知其他各組，并經(jīng)觀測方案編制者同意對時段作必要調(diào)整，觀測組不得擅自更改觀測方案。②經(jīng)檢查，接收機的電源電纜、天線電纜等項連接正確，接收機預(yù)置狀態(tài)和工作狀態(tài)正常后，方能啟動接收機開始測量。③每個時段觀測前后，應(yīng)各量取天線高一次，兩次量測值互差不得大于2mm，取平均值作為最后天線高。當互差超限時，應(yīng)查明原因，提出處理意見并記入測量手簿。觀測中，作業(yè)員應(yīng)逐項填寫測量手簿。④接收機開始記錄數(shù)據(jù)后，應(yīng)及時將測站名、測站號、時段號、天線高等信息記錄在手簿上。同時應(yīng)注意儀器的警告信息，及時處理各種特殊情況。⑤一個時段觀測過程中嚴禁進行以下操作：關(guān)閉接收機重新啟動，進行自測試，改變接收設(shè)備預(yù)置參數(shù)，改變天線位置，按關(guān)閉和刪除文件功能鍵等。⑥靜置和觀測期間應(yīng)防止儀器震動，不得移動儀器，要防止人員或其他物體碰動天線或阻擋信號。⑦在作業(yè)過程中，不應(yīng)在天線附近使用無線電通訊。當必須使用時，對講機應(yīng)距天線10m以上，車載電臺應(yīng)距天線50m以上。⑧經(jīng)檢查，調(diào)度命令已執(zhí)行完畢，所有規(guī)定的作業(yè)工程已完成并符合要求，記錄和資料完整無誤，且將點位標識和覘標恢復(fù)原狀前方可執(zhí)行下一個調(diào)度命令。1.7內(nèi)業(yè)平差計算GPS平面控制網(wǎng)采用Trimble公司隨機配備的TGO數(shù)據(jù)處理軟件進行基線處理，檢查基線質(zhì)量是否符合標準和技術(shù)設(shè)計要求后，導(dǎo)出基線解，再導(dǎo)入武漢大學CosaGPSV5.0工程測量控制網(wǎng)通用平差軟件包中先在WGS-84坐標系進行無約束平差，以檢查GPS基線向量網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度，并剔除含有粗差的基線邊。然后進行控制網(wǎng)的二維約束平差。大陽山隧道獨立施工控制網(wǎng)測量的坐標系統(tǒng)與設(shè)計相同，橢球采用國家2000大地坐標系參考橢球，邊長投影在隧道內(nèi)線路平均高程面上。所以，大陽山隧道獨立施工控制網(wǎng)坐標系統(tǒng)的中央子午線經(jīng)度為102°45′，投影面大地高為1924米，控制點GPS01與GPS14的方向為坐標系統(tǒng)的X軸，里程增加的方向為正向，由X軸順時針旋轉(zhuǎn)90°的方向為Y軸正向，起算點的X坐標為改點在線路上的定測里程。2．洞外高程控制測量根據(jù)有關(guān)標準中規(guī)定：洞外高程控制測量應(yīng)根據(jù)設(shè)計精度，結(jié)合地形情況，水準線路長度以及儀器設(shè)備條件，采用水準測量或光電測距三角高程測量，大陽山隧道洞外高程控制網(wǎng)采用二等水準測量。2.1高程控制測量適用長度如下表所示：2.2各級水準測量精度指標水準側(cè)量等級每公里水準測量偶然中誤差〔mm〕每公里水準測量全中誤差〔mm〕限差〔mm〕檢測已測段高差之差〔即復(fù)測值與設(shè)計值不符值的限差往返測不符值附和路線或環(huán)閉合差左右路線高差不符值二等≤1.0≤2.06√L4√L4√L—三等≤3.0≤6.020√L12√L12√L4√L四等≤5.0≤10.030√L20√L20√L14√L二等水準測量必須往返觀測，不允許采用兩臺儀器同方向左右觀測，三、四等均可以左右路線觀測，計算結(jié)果單位為毫米。2.3各級水準測量主要技術(shù)要求。等級水準尺類型水準儀等級視距〔m〕前后視距差〔m〕前后視累積差〔m〕視線高度〔m〕二等銦瓦尺、條碼尺DS1≤50≤1.0≤3.0下絲讀數(shù)≥0.3DS05≤60三等雙面DS3≤65≤3.0≤6.0銦瓦、條碼尺DS1、DS05≤80四等雙面DS3≤80≤5.0≤10.0銦瓦條碼尺DS1≤1002.4高程測量方法二等水準測量，路線采用往、返觀測?？刂茰y量時一般采用附合水準路線和支水準路線，由此計算增設(shè)的新水準點高程。大陽山隧道洞外高程控制網(wǎng)使用TrimbleDiNi數(shù)字水準儀，按二等水準測量的標準要求進行施測。利用設(shè)計院提供的二等水準點4個，并在大陽山隧道進口處及出口、蘆草溝斜井、腦溝斜井處共增設(shè)8個水準點，SZ02、SZ03、SZ06、SZ07、SZ08、SZ09、SZ10、SZ11、。水準路線為從設(shè)計院提供的二等水準點CPI041出發(fā)，蘆草溝斜井、腦溝斜井的水準路線為支水準路線，大陽山隧道進出口的水準路線為附和水準路線。大陽山隧道洞外高程控制網(wǎng)水準路線示意圖2.5水準測量有關(guān)精度計算。外業(yè)、內(nèi)業(yè)完成后，應(yīng)進行精度統(tǒng)計、分析及評定?！?〕、往返閉合差計算，如超限必須查找原因或重測?！?〕、每千米水準測量高差的偶然中誤差或全中誤差。M△=√1/4n×［△△/L］△——水準路線測段往返高差不符值(mm)；L——水準測段長度〔km〕；N——往返測的水準路線測段數(shù)。首先檢查往返測量高差不符值，超限的重測，在允許范圍內(nèi)的取其中數(shù)，采用南方平差易2005軟件進行平差。六、總結(jié)：(1)由于GPS定位技術(shù)具有較高的相對定位精度、控制點間無須通視、網(wǎng)形布設(shè)簡單、可全天候作業(yè)和建網(wǎng)