特長隧道洞內控制測量實施方案

1、特長隧道洞內控制測量實施方案郭志強(鐵道部第十八工程局秦嶺隧道工程指揮部300022)劉欣張靈斌(中國航空工業(yè)勘察設計研究院100086)【摘要】本文根據(jù)秦嶺(線)隧道采用TBM施工的特點，提出了為確保隧道高精度貫通而實施的洞內測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18.5 km，兩端獨頭掘進距離長(近10 km)，再加上TBM一次成洞，對貫通精度要求比較高，給洞內控制測量帶來了很大的困難。本文介紹這項工程中控制測量實施方案。一、控制測量設計眾所周知，隧道貫通面上貫通誤差的影響值，由洞外、洞內控制測量兩部分組成。由于洞外采用GPS網作控制來保證洞外控制精度，因此本

2、設計只對洞內控制測量進行設計。為保證高精度貫通，本設計按總橫向中誤差150 mm(鐵路測量規(guī)則規(guī)定為250 mm)，高程中誤差25 mm進行設計。按測規(guī)規(guī)定的分配原則，分配給洞內橫向中誤差為120 mm，洞內高程中誤差17 mm。1. 平面(橫向)測量設計由于線隧道采用TBM施工，其通視條件較好，為提高測量精度，導線邊長盡量長，故本方案按邊長為650 m的導線測量方案進行設計。這時洞內橫向貫通誤差為：按上述布設方案，Rx，dy計算如下：(1) 洞內R2x計算依據(jù)各導線點至貫通面的豎直距離計算的結果為R2x900062125。(2) 洞內dy2計算由于洞內導線沿隧道中線布設，隧道為直線隧道，則d

3、y=0,即dy20。(3) 洞內測角精度計算由于采用測距標稱精度為（2 mm+210-6D）的全站儀測距，洞內測邊誤差遠小于1/100 000。因為dy20，則m2yi=0，所以其中,m為洞內測角精度。代入數(shù)據(jù)，得則m0.83。實際采用0.7，即洞內按一等導線要求和精度指標進行施測可滿足在120 mm內貫通要求。2. 高程測量設計洞內兩開挖洞口間長度按19 km計，則高程控制測量的高差中數(shù)偶然中誤差為：(三等水準限差)所以洞內高差控制測量按三等水準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，實際操作可按二等水準要求施測。3. 貫通誤差預計(1) 橫向貫通誤差預計由式當m

4、0.7，導線平均邊長為650 m時，my=102 mm120 mm(洞內分配值)。由于m洞外50 mm(秦嶺隧道GPS控制網成果書中提供值)，則鑒于上述預計是按支導線公式計算，而實施中采用導線網方案，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，按本設計方案實施洞內控制測量所能達到的預計橫向貫通中誤差為114 mm，遠小于鐵路測量技術規(guī)定所規(guī)定的250 mm，可以達到隧道高精度貫通的設想。(2) 高程貫通誤差預計由式L取值19 km,當按三等水準測量時，m3 mm，則mh=13.08 mm17 mm（洞內分配中誤差）；(高程中誤差)。由于是按二等水準要求實測，則mh=4.36 mm

5、mh總=18.5 mm 3. 0 mm (三等水準限差)所以洞內高差控制測量按三等水準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, 實際操作可按二等水準要求施測。3. 貫通誤差預計(1) 橫向貫通誤差預計由式m y =m BQ R 2x當m B= 0. 7, 導線平均邊長為650 m 時,m y = 102 mm 120mm (洞內分配值)。由于m 洞外= 50mm (秦嶺隧道GPS 控制網成果書中提供值) , 則m 總= m 2洞外+ m 2y= 502+ 1022= 114 mm 150mm鑒于上述預計是按支導線公式計算, 而實施中采用導線網方案, 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, 按本設計方案實施洞內控制測量所能達到的預計橫向貫通中誤差為114 mm , 遠小于鐵路測量技術規(guī)定所規(guī)定的250 mm , 可以達到隧道高精度貫通的設想。(2) 高程貫通誤差預計由式3 3 1998 年第11 期測繪通報 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.m $h= m $ LL 取值19 km , 當按三等水準測量時,m $= 3 mm , 則m $h= 13. 08mm 17 mm (洞內分配中誤差) ;m h總= 182+ 13. 08

7、2 = 22 mm 25mm (高程中誤差)。由于是按二等水準要求實測, 則m $h= 4. 36 mmm h總= 18. 5 mm 25 mm故按本設計采用二等水準觀測能滿足水準高精度貫通要求。二、洞內控制測量的實施1. 調研與培訓為確保本隧道的橫向和高程的高精度貫通, 以及仰拱預制塊定位準確, 根據(jù)需要可派人員到有關單位和院校進行調研和技術培訓, 以處理和解決有關技術難題,提高業(yè)務水平, 從而提高洞內控制測量精度和減少內外業(yè)工作強度, 測量人員必須持有上崗證。2. 儀器設備本隧道控制測量采用的儀器應滿足下列精度要求:測角精度小于或等于1, 測距精度不大于 (2 mm + 210- 6D )

8、 , 水準儀的精度應高于或等于1 mm km , 采取銦鋼水準尺。測量儀器按國家規(guī)定每年送國家授權檢定部門檢定, 合格后方能使用。3. 控制點的埋設控制點埋設應做到點位穩(wěn)定, 無施工干擾。4. 洞內外聯(lián)測洞內外聯(lián)測, 應選在陰天, 氣溫穩(wěn)定, 無風情況下進行。水平角觀測在不同時段采用方向觀測法測2 組, 每組15 個測回。測距采用對向觀測, 其中豎直角觀測四個測回, 測距6 次, 邊長歸算考慮氣象改正, 投影改正。投影面高度最好為隧道中線平均高程(GPS 網投影高程面)。高程測量嚴格按照鐵路測量規(guī)則二等水準測量要求進行, 采用往返不同線路進行施測, 在往返閉合差滿足要求時, 取返往平均值。5.

9、 洞內控制測量(1) 布網洞內控制測量采用閉合環(huán)的方式, 每個導線環(huán)邊數(shù)不大于6 條(如圖1 所示)。圖1秦嶺( 線) 隧道控制測量點位布置示意圖(2) 施測洞內控制測量應在施工不影響時進行, 并加強通風, 保證照明充分, 提高清晰度。以良好的施測環(huán)境, 確保測量的精度。洞內導線向前延伸, 施測時必須聯(lián)測兩個以上同等級控制點, 在確定前面點位正確無誤后方可向前延伸。三、保證隧道高精度貫通的輔助措施筆者認為在正確測量方案的基礎上, 測量方案準確無誤地實施是確保隧道高精度貫通關鍵所在, 為此在進行 線測量時將采用如下輔助措施:1. 盡量減少貫通誤差, 在進出口掌子面相距2 3km 時, 在TBM

10、后面打橫通道與 線導坑聯(lián)接, 利用線導坑將進出口洞內導線進行聯(lián)測, 計算出兩端施工中線和高程的相對差值, 提前進行正線掘進方向和高程調整, 以減少實際貫通誤差。2. 利用 線導坑的控制測量成果, 即采用 線調整后的坐標值, 利用橫通道與 線導線組成閉合條件, 來計算 線控制點的坐標值, 進而調整中線及掘進方向,保證 線高精度貫通。4 3測繪通報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 中點單覘法三角高程測量及其精度分析作者：王莉 張偉 杜

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

12、保存、使用的地方，此時運用中點單覘法來進行三角高程測量，較之直返覘法有較強的靈活性與實用性。中點單覘法三角高程測量有以下幾個特點：a 測站不需對中，不需量取儀器高；b 采用適當方法，可不量取覘標高；c 測站選在中部時，可減弱大氣折光的影響；d 減少勞動強度、提高作業(yè)速度等。1 中點單覘法三角高程測量原理及精度分析1.1 高差計算公式的推導如圖1所示，為求A、B兩點間的高差，將全站儀置于A、B兩點大致中間位置的D點處，則圖1故A點至B點的高差為：式中：s經氣象改正后的斜距；z天頂距的觀測值；V覘標高；R測區(qū)地球平均曲率半徑；K大氣折光系數(shù)。由于前、后視高差觀測是在相近條件下進行的，可認為其折光系

13、數(shù)，kAkB，令kA=kB=k，代入式（3）得：中點單覘法三角高差測量時，每一測站均應獨立施測兩次，滿足要求后，取其平均值作為最后成果，即式中：hAB第一次觀測高差；hAB第二次觀測高差。由上述可知，中點單覘法三角高差測量時，不需對中和量取儀器高。1.2 中誤差計算式對式(4)進行全微分，得：由于式(6)等號右邊前四項括號中的第二項較小、相對于第一項而言，可忽略不計，并顧及DA=sAsinzA、DB=sBsinzB，則得：運用誤差傳播定律，考慮到觀測量之間相互獨立，得：由于采用中點單覘法進行三角高程測量時，儀器大致在兩置覘點的中部且一般距離較短，則可近似認為m2sA=m2sB=m2s；并顧及m

14、2zA=m2zB=m2z，m2vA=m2vB=m2v，由上式可得：式中：mh中點單覘法三角高差的中誤差；ms測邊中誤差；mz天頂距觀測中誤差；mk大氣折光系數(shù)測定中誤差；mv覘標高量取中誤差；Z天頂距的觀測值；D水平距離，D=scosz；R測區(qū)地球平均曲率半徑；取206265.則，高差平均值的中誤差為：1.3 精度分析及結論設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)計算高差平均值的中誤差，結果列于表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