隧道洞內(nèi)虛擬雙導線測量技術(shù)研究

1、隧道洞內(nèi)虛擬雙導線測量技術(shù)研究前言長大隧道工程施工過程中,從工程開工一直到工程結(jié)束,均離不開工程測量工作,隧道工程能否按標準規(guī)定的允許誤差范圍準確貫穿是每個工程工程治理者和技術(shù)負責人重點關(guān)注的問題.長大隧道洞內(nèi)高精度限制網(wǎng)測量很多時候需要停工通風來創(chuàng)造良好觀測條件,保證洞內(nèi)測量設計所需要的最短邊長間通視,這又嚴重影響了工程工程治理者應重點關(guān)注的施工工期、施工本錢增加問題.這對矛盾是始終存在的.作為施工輔助的測量工作,我們只能從自身想方法,在保證測量精度的前提下,如何提升測量效率、加快測量進度、降低測量本錢,盡量減少停工配合洞內(nèi)限制測量的時間,這是本文研究的根本目的.支導線測量的優(yōu)點是：布設簡單

2、、靈活,測量工作量??；其缺點是：由于支導線缺乏檢核條件,在觀測或計算過程中發(fā)生錯誤或粗差時,無法通過檢核來發(fā)現(xiàn),而且在計算坐標時所有觀測值無法進行平差改正,因此僅在地下隧道長度很短、測量精度要求較低時采用.雙導線測量的優(yōu)點是：可大量增加網(wǎng)的多余觀測量、增加導線的閉合檢核條件、提升網(wǎng)的整體強度和精度,目前此種方法在長度較長、精度要求較高的長大隧道平面限制測量中被廣泛采用；具缺點是：對隧道內(nèi)復雜多變的測量環(huán)境適應性差,選布點困難,相對于支導線,埋樁數(shù)量、測量工作量、測量本錢均成倍增加.過去長大隧道洞內(nèi)限制測量的開展均圍繞在儀器硬件設備和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件上,儀器和軟件的開展現(xiàn)在已經(jīng)處于瓶頸,一段時間

3、內(nèi)再向上開展已經(jīng)變得非常困難.地下隧道由于其所處位置特殊,洞內(nèi)場地狹窄,無法接收衛(wèi)星信號,只能采用導線測量,幾十年來一直沒有新的測量方法替代.因此,在長大隧道洞內(nèi)平面限制測量中,為了提升網(wǎng)的整體精度和可靠性,一般使用傳統(tǒng)的雙導線進行測量1隧道洞內(nèi)限制測量方法改良方向分析長大隧道洞內(nèi)限制測量本錢主要表達在3方面:1.1 選點埋樁布設限制網(wǎng)在狹窄的地下隧道里布設雙導線,既要保證良好的通視條件、躲避障礙物,又要保證導線邊長度、成對布設導線點和構(gòu)網(wǎng)形成閉合環(huán),選點埋樁非常困難,而且埋樁數(shù)量多,布設限制網(wǎng)本錢高.1.2 外業(yè)測量數(shù)據(jù)收集外業(yè)測量時,當準備工作做好后,每測站測量的時間是相對固定的,對于不同

4、操作人員測量時間也沒有多大差異,大局部時間用在了找點、清理視線上障礙物、連接照明設備、架設測量設備等準備工作上.外業(yè)測量與隧道施工相互交錯影響,測量效率極其低下,地下隧道洞內(nèi)限制測量使測量和施工本錢、進度都受到嚴重影響.1.3 內(nèi)業(yè)成果數(shù)據(jù)處理由于計算機和測量內(nèi)業(yè)軟件的快速開展,各種成熟的軟件繁多,如武漢大學、清華大學、各設計院、南方測繪等開發(fā)了多種平差軟件,本質(zhì)上無大的差異,使不同的測量人員在處理內(nèi)業(yè)成果數(shù)據(jù)時效率相差無幾.綜合以上分析,要想使長大隧道洞內(nèi)限制測量本錢得到限制,測量效率得到提升,減小測量造成的對施工工期、施工本錢的影響,只能在選點、埋樁、布設限制網(wǎng)和外業(yè)測量數(shù)據(jù)收集兩個環(huán)節(jié)上

5、尋找突破.為此,本文研究一種長大隧道洞內(nèi)限制測量方案,提出了一種創(chuàng)新的虛擬雙導線測量技術(shù)方案,克服了現(xiàn)有地下隧道洞內(nèi)限制測量技術(shù)上的缺點,能快速準確地完成長大隧道洞內(nèi)限制測量工作.2虛擬雙導線測量關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新2.1 關(guān)鍵技術(shù)虛擬雙導線測量技術(shù)是在傳統(tǒng)隧道洞內(nèi)限制測量的根底上,由一條真實存在的支導線與一條內(nèi)業(yè)虛構(gòu)的虛擬支導線結(jié)合組成的虛擬雙導線測量技術(shù)方案.在進行長大隧道工程限制測量過程中,首先按最有利的測量條件選埋一條傳統(tǒng)支導線,對傳統(tǒng)支導線預先在內(nèi)業(yè)虛構(gòu)一條支導線與之組合,按雙導線組網(wǎng)規(guī)那么構(gòu)建一條虛擬雙導線,然后嚴格按構(gòu)建的虛擬雙導線采用特定的方法進行外業(yè)測量及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理,從而獲得等同

6、甚至超越傳統(tǒng)雙導線精度的限制點成果,使長大隧道導線限制測量同時兼具傳統(tǒng)支導線布設靈活簡便、測量快捷與雙導線精度高、可靠性高的特點,有效解決地下隧道導線限制測量點位布設、測量效率、測量本錢、隧道施工工期、施工本錢間相互矛盾的問題,可用于各種工程限制測量,特別是在地下隧道越長、測量環(huán)境越困難的限制測量中更具顯著優(yōu)勢.2.2 技術(shù)創(chuàng)新(1)將支導線和雙導線優(yōu)點有機結(jié)合本文測量方案是采用一條支導線與一條虛擬支導線相結(jié)合組成虛擬雙導線測量技術(shù)方案.現(xiàn)場限制網(wǎng)實際為一條傳統(tǒng)的支導線,選點埋樁不受通視、組網(wǎng)、邊長等諸多因素限制,能最大限度保證選取最優(yōu)的測量觀測條件點位；虛擬的支導線和真實存在的支導線結(jié)合可以

7、滿足成環(huán)構(gòu)網(wǎng)需要,到達傳統(tǒng)雙導線的多余觀測、檢核條件、高精度、高可靠性效果,同時提升測量作業(yè)效率.(2)測量方法實質(zhì)改變ꎬ提升測量成果精度在傳統(tǒng)支導線測量中,由于無多余觀測組成平差條件,導線成果直接按外業(yè)測量得到的邊角數(shù)據(jù)推算得到各支導線點坐標成果,對含有誤差的角度、邊長觀測值不作有益的改正,所得結(jié)果精度上受到限制.傳統(tǒng)雙導線有大量多余觀測組成閉合條件,根據(jù)測量平差理論可以進行嚴密平差計算,使含有誤差的角度、邊長觀測值得到最有益的改正,導線使用的是嚴密平差后成果,精度和可靠性與支導線相比均得到明顯提升.本文虛擬雙導線測量技術(shù),不但使傳統(tǒng)的支導線可以用嚴密平差理論進行平差,

8、而且由于虛擬雙導線一實一虛成對導線點,本身就是同一個限制點點位,對虛擬雙導線的觀測,實際是對同一支導線進行獨立的多余觀測,在測量過程中由于不可防止地測量誤差,使原本重合的一實一虛導線點一分為二不再重合,并按組網(wǎng)方案形成閉合環(huán),得到等同于傳統(tǒng)雙導線精度的結(jié)果.最后通過將支導線點及其對應的虛擬導線點坐標成果取加權(quán)平均值又將其合二為一,在傳統(tǒng)雙導線根底上又一次提升了導線精度和可靠性,因此虛擬雙導線測量成果等同甚至超越了傳統(tǒng)雙導線精度.(3)不新增任何投入即可降低測量本錢,減小對施工工期的影響長大隧道洞內(nèi)虛擬雙導線測量方案構(gòu)建的虛擬雙導線,現(xiàn)場限制網(wǎng)實際為一條傳統(tǒng)的支導線,從選點埋樁的角度可以直接節(jié)省

9、50%測量選點埋樁費用,按本文測量技術(shù)進行隧道洞內(nèi)限制測量,可以減少40%直接測量人員投入,提升30%50%測量工作效率,可以降低40%直接測量本錢.高精度的長大隧道洞內(nèi)限制測量,需要施工現(xiàn)場局部停工或全部停工來保證必要的測量條件,因此測量速度的快慢,直接影響隧道限制測量對隧道施工的時間占用,進而消耗工期時間,直接影響施工進度和施工本錢.直接測量本錢的上下在施工企業(yè)也許不太引人注目,但由于采用了新的洞內(nèi)測量技術(shù),測量占用長大隧道施工時間越短越有利于隧道工期的保證,在此雖不能直接計算對綜合施工本錢的影響有多大,但效果是顯而易見的.3虛擬雙導線測量工藝流程F面結(jié)合附圖和實例對本文技術(shù)方案工藝流程作

10、進一步說明3.1隧道洞內(nèi)選點埋樁如圖1所示,長大隧道工程一端洞口外有K1、K2、K3、K4隧道洞外限制點,沿隧道開挖掘進方向選擇最有利的測量條件選埋一條支導線,防止旁折光等不利因素,依次編號D1,D2,.,Dn標識清楚,畫出所布設的支導線示意圖.現(xiàn)有的傳統(tǒng)支導線布置方法,樁點位置選定、埋設與支導線完全相同,如圖1中D1,D2,.,Dn為實際選埋導線點.支導線布設簡單、靈活,由于只是簡單的單點連接,可最大限度選擇好的通視條件和觀測條件,防止了地下洞室內(nèi)雙導線點布設因場地狹窄、施工干擾、通視條件、旁折光影響等因素造成選點布設困難的問題,而且大大減輕了樁點埋設的工作量,降低了50%埋樁的本錢.3.2

11、內(nèi)業(yè)構(gòu)建虛擬雙導線如圖2所示,在原實際埋設支導線D1,D2,.,Dn的一側(cè)內(nèi)業(yè)構(gòu)建一條虛擬支導線XD1,XD2,.,XDn,D1,D2,.,Dn與XD1,XD2,XDn一對應.虛擬支導線點號編號并無特殊要求,只需要與原支導線點明顯區(qū)分開來,畫在示意圖上一一對應,后面實際觀測時測量人員應根據(jù)測站編號所對應的前后視點號,與測站工作人員核對清楚即可.虛擬導線點與原實際埋設支導線一起按標準要求46個點構(gòu)成一個閉合環(huán),組成虛擬雙導線.內(nèi)業(yè)構(gòu)建的虛擬支導線XD1,XD2,XDn實際點位就是D1,D2,.,Dn,可以假想為無限接近的成對限制點,通過本文技術(shù)方案,可到達既節(jié)省50%埋樁本錢,又能有足夠的點組成

12、雙導線的目的.3.3 虛擬雙導線外業(yè)觀測嚴格按圖2內(nèi)業(yè)構(gòu)建的虛擬雙導線進行外業(yè)測量,收集水平角度、導線邊長等導線測量外業(yè)數(shù)據(jù).依據(jù)相關(guān)測量標準、隧道長度、洞內(nèi)測量設計等,選取測量外業(yè)相關(guān)技術(shù)指標和測量設備進行外業(yè)觀測,以圖2中D2和XD2一對點觀測方法加以說明,其余測站類推.清理點位測量環(huán)境和測量視線上的障礙物,將測量儀器架設在D2測站上,輔助人員將測量反射鏡覘標分別架設于D1和D3上,整平對中,測量儀器和測量反射鏡覘標各自記下光學對中器對中時的方向和整平時水準管方向,連接好測量反射鏡覘標照明燈光.起始觀測方向選為D1,按盤左照準D1讀數(shù)、盤左順時針轉(zhuǎn)到D3照準讀數(shù)、倒鏡盤右照準D3讀數(shù)、盤右

13、逆時針轉(zhuǎn)到D1照準讀數(shù)的順序完成一個測回,并記錄水平角度、導線邊長等數(shù)據(jù).依此類推,完成D2測站其余測回工作.這樣在記錄上反映測出來的水平角度為/D1-D2-D3,即以D2為頂點,D1順時針轉(zhuǎn)到D3的水平夾角.XD2測站與D2雖是同一限制點位,但要將其當作獨立點重新架設儀器、獨立完成數(shù)據(jù)觀測.此站原始數(shù)據(jù)觀測時要調(diào)換后視限制點,即起始觀測方向選為D3,目的是為了對照擬定的示意圖與前后視配合測量人員核對記錄的方向順序和點號是否正確.將測量儀器和測量反射鏡覘標光學對中器對中方向和水準管整平時方向均旋轉(zhuǎn)180.進行重新精確對中整平,即完成XD2測站儀器架設,然后按盤左照準D3讀數(shù)、盤左微動儀器照準X

14、D3讀數(shù)、盤左順時針轉(zhuǎn)到XD1照準讀數(shù)、倒鏡盤右照準XD1讀數(shù)、盤右逆時針轉(zhuǎn)到XD3照準讀數(shù)、盤右微動儀器照準D3讀數(shù)的順序完成一個測回,并記錄水平角度、導線邊長等數(shù)據(jù).依此類推,完成XD2測站其余測回工作.這樣在記錄上反映測出來的水平角度為/D3-XD2-XD3和ZD3-XD2-XD1,即以XD2為頂點,D3順時針轉(zhuǎn)到XD3和XD1的水平夾角,如圖3所示.雨a圖2中每一條連線即代表一個觀測方向,D3和XD3名為兩個點,實際為同一個點位,但觀測時按兩個獨立限制點進行獨立照準觀測,進行虛擬雙導線內(nèi)業(yè)構(gòu)網(wǎng)時將XDn全部畫在了Dn的一側(cè)只是便于查看,由于測量誤差偶然性,實際測量結(jié)果下,XDn可能處于

15、Dn周圍隨機位置,如圖4所示,但這不影響限制網(wǎng)的構(gòu)成、測量和計算.0M山任洞向內(nèi)出身鴕圖4在觀測過程中,Dn測站和XDn測站,測量儀器和測量反射鏡覘標光學對中器對中方向和水準管整平時方向均旋轉(zhuǎn)180.進行重新精確對中整平,測量水平角度分別為Dn的左角和右角,不但額外增加左角+右角=360°、ZD3-XD2-XD3=0等檢核條件,還由于后面將Dn和XDn取加權(quán)平均值使用,可以抵消大局部因設備校正不完全而引起的測量誤差,從而提升導線精度3.4 外業(yè)數(shù)據(jù)預處理、平差外業(yè)觀測得到的邊長數(shù)據(jù)一般經(jīng)過了儀器加乘常數(shù)改正和溫度氣壓改正,內(nèi)業(yè)還要進行高程投影改正和高斯投影改正、導線閉合環(huán)閉合差檢驗,確認觀測數(shù)據(jù)滿足標準要求后才能用于平差計算.計算方法、原理、技術(shù)指標、平差軟件等均與傳統(tǒng)雙導線相同,因此無須進行任何新的投入,本文技術(shù)方案虛擬雙導線測量結(jié)果,具有傳統(tǒng)雙導線的所有特征.3.5 虛擬雙導線融合復原為支導線本文技術(shù)方案提供的虛擬雙導線不但可以按傳統(tǒng)雙導線平差,得到等同于傳統(tǒng)雙導線精度的結(jié)果,而且由于虛擬雙導線一實一虛成對導線點,本身就是同一個限制點點位,在