大陽山隧道獨(dú)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(zhǎng)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(biāo)段線路走行于湟水河河谷、黃土塬、梁、峁及低中山，地勢(shì)西高東低，河谷階地地勢(shì)較平緩，低中山地勢(shì)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(duì)高程20-150m，區(qū)內(nèi)黃土廣布。相對(duì)位置：大陽山隧道包括蘆草溝斜井及腦溝斜井，隧道進(jìn)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(cè)量依據(jù)《客運(yùn)專線無碴軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定》〔鐵建設(shè)[2006]189號(hào)〕；《新建鐵路工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)》〔TB10101-99〕；《工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50026-2007〕；《國家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)》〔GB/T12897-2006〕；《全球定位系統(tǒng)GPS鐵路測(cè)量規(guī)程》〔TB10054-97〕；《蘭新第二雙線精密工程控制測(cè)量網(wǎng)LXS-3標(biāo)段測(cè)量網(wǎng)設(shè)計(jì)文件》；四、測(cè)量?jī)x器及人員隧道洞外GPS測(cè)量采用Trimble5700接收機(jī)1套、TrimbleR7接收機(jī)3套標(biāo)，稱精度：5+0.5ppm×D；水準(zhǔn)測(cè)量采用TrimbleDiNi數(shù)字水準(zhǔn)儀，標(biāo)稱精度：0.3mm，在使用前必須經(jīng)專門機(jī)構(gòu)檢測(cè)，測(cè)量精度滿足施工要求。大陽山隧道施工獨(dú)立控制網(wǎng)的測(cè)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(cè)隊(duì)組織施測(cè)。五、隧道洞外控制測(cè)量大陽山隧道測(cè)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(cè)量方法建立，不僅難以實(shí)現(xiàn)，而且建網(wǎng)效率低、費(fèi)用高。全球定位系統(tǒng)GPS由于其具有較高的相對(duì)定位精度、控制點(diǎn)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(diǎn)和建網(wǎng)速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在隧道施工洞外測(cè)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(cè)量隧道洞外、洞內(nèi)控制測(cè)量技術(shù)要求測(cè)量部位測(cè)量方法測(cè)量等級(jí)測(cè)角精度〔〃〕適用長(zhǎng)度〔km〕邊長(zhǎng)相對(duì)精度洞外導(dǎo)線測(cè)量二1．06～201/200000三1．84～61/150000四2．5＜４1/100000GPS測(cè)量B1．5≥６C2．0＜６洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)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(zhǎng)度系指相鄰兩開挖洞口間的長(zhǎng)度；導(dǎo)線測(cè)量的使用長(zhǎng)度系按導(dǎo)線邊、角獨(dú)立測(cè)量2組計(jì)算。2．GPS測(cè)量欄內(nèi)測(cè)角精度指進(jìn)洞聯(lián)系邊方向中誤差。1.1洞外平面控制測(cè)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(cè)量精度主要取決于隧道貫穿精度、隧道長(zhǎng)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(cè)量技術(shù)要求中的相關(guān)規(guī)定和類似長(zhǎng)大隧道測(cè)量控制的成功經(jīng)驗(yàn)，本次大陽山隧道洞外平面控制網(wǎng)的精度等級(jí)設(shè)計(jì)為GPSB級(jí)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(diǎn)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(jìn)行大陽山隧道控制網(wǎng)網(wǎng)型設(shè)計(jì)前，應(yīng)詳細(xì)收集大陽山隧道所在地的地形圖、已有的控制測(cè)量等資料，并實(shí)地踏勘了大陽山隧道進(jìn)、出口、蘆草溝斜井及腦溝斜井的地形概貌。根據(jù)以往長(zhǎng)大隧道洞外控制網(wǎng)布設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于直線隧道，洞口點(diǎn)應(yīng)選在隧道進(jìn)出口處附近的中線上，另外再布設(shè)至少兩個(gè)定向點(diǎn)，除要求洞口點(diǎn)與定向點(diǎn)通視外，定向點(diǎn)間不要求通視，但定向點(diǎn)至洞口點(diǎn)間的距離應(yīng)在400m上，而且各個(gè)定向點(diǎn)應(yīng)選在大致相等的高度(程)上，以消除或減小垂線偏差對(duì)聯(lián)系進(jìn)洞觀測(cè)方向的影響。對(duì)于曲線隧道，還應(yīng)把曲線的主要控制點(diǎn)，如曲線的主點(diǎn)、切線上的兩點(diǎn)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(gè)點(diǎn)至少獨(dú)立設(shè)站觀測(cè)兩次〞的原那么，此外還取決于所具有的接收機(jī)的數(shù)量和精度要求等因素，選點(diǎn)時(shí)應(yīng)使所選點(diǎn)位的環(huán)境適合GPS觀測(cè)，為了便于GPS接收機(jī)的安置和衛(wèi)星信號(hào)的接收，控制點(diǎn)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(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)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(jìn)口端是以188.866m長(zhǎng)的直線接1331.951m長(zhǎng)度的曲線進(jìn)洞，為此分別在隧道正洞洞外的直線段的延長(zhǎng)線DK103+820處布設(shè)了1個(gè)投點(diǎn)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(gè)投點(diǎn)GPS14，另在蘆草溝斜井、腦溝斜井洞口各布設(shè)3個(gè)GPS平面控制點(diǎn)，除了上述的2個(gè)投點(diǎn)外，隧道控制網(wǎng)在進(jìn)出洞口新布設(shè)了4個(gè)GPS平面控制點(diǎn)，同時(shí)也將設(shè)計(jì)院提供的局部CPI控制點(diǎn)也一并納入了兩個(gè)洞口子網(wǎng)，然后通過大地四邊形聯(lián)測(cè)將兩洞口的GPS子網(wǎng)聯(lián)系成一個(gè)整體的平面網(wǎng)。大陽山隧道進(jìn)出洞口及斜井聯(lián)測(cè)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(jìn)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(cè)網(wǎng)形示意圖圖4腦溝斜井GPS聯(lián)測(cè)網(wǎng)形示意圖上圖中，GPS01、GPS14分別為點(diǎn)分別為大陽山隧道進(jìn)、出口處線路中線上的洞口投點(diǎn)。其中新埋設(shè)平面控制點(diǎn)14個(gè)，利用設(shè)計(jì)院提供的平面控制點(diǎn)4個(gè)。1.3控制點(diǎn)標(biāo)志及控制點(diǎn)標(biāo)石規(guī)格：控制點(diǎn)標(biāo)志上部采用直徑為12～20mm，長(zhǎng)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(biāo)志控制點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)規(guī)格如圖6所以：圖6控制點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)圖1.4GPS控制網(wǎng)施測(cè)：GPS野外數(shù)據(jù)采集采用靜態(tài)測(cè)量模式，大陽山隧道GPS控制網(wǎng)采用B級(jí)網(wǎng)觀測(cè)，GPS控制網(wǎng)測(cè)量的精度指標(biāo)如表1所示，GPS測(cè)量作業(yè)的根本技術(shù)要求〔表1〕級(jí)別工程BCD靜態(tài)測(cè)量衛(wèi)星高度角(°)≥15≥15≥15有效衛(wèi)星總數(shù)≥5≥4≥4時(shí)段中任一衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間(min)≥30≥20≥15時(shí)段長(zhǎng)度(min)≥90≥60≥45觀測(cè)時(shí)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(jī)的精度指標(biāo)〔表2〕級(jí)別BCDa〔mm〕≤8≤10≤10b〔mm/km〕≤1≤5≤10a—接收機(jī)固定誤差〔mm〕；b—接收機(jī)比例誤差系數(shù)。1.5GPS作業(yè)前準(zhǔn)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(jì)所確定的作業(yè)模式，在接收機(jī)或控制器上配置預(yù)制參數(shù)，參與作業(yè)的接收機(jī)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(chǔ)設(shè)備應(yīng)有足夠的存儲(chǔ)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(duì)中。b〕需在覘標(biāo)的基板上安置天線時(shí)，應(yīng)先卸去覘標(biāo)頂部，將標(biāo)志中心投影至基板上，依投影點(diǎn)安置天線。c〕天線定向標(biāo)志宜指向正北方向。d〕天線圓水準(zhǔn)氣泡必須居中。e〕雷雨季節(jié)架設(shè)天線時(shí)，要注意防雷擊。雷雨過境時(shí)，應(yīng)停止觀測(cè)，并卸下天線。1.6保證GPS測(cè)量精度的操作要點(diǎn)①觀測(cè)組必須嚴(yán)格遵守調(diào)度命令，按規(guī)定時(shí)間同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星。當(dāng)沒按方案到達(dá)點(diǎn)位時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知其他各組，并經(jīng)觀測(cè)方案編制者同意對(duì)時(shí)段作必要調(diào)整，觀測(cè)組不得擅自更改觀測(cè)方案。②經(jīng)檢查，接收機(jī)的電源電纜、天線電纜等項(xiàng)連接正確，接收機(jī)預(yù)置狀態(tài)和工作狀態(tài)正常后，方能啟動(dòng)接收機(jī)開始測(cè)量。③每個(gè)時(shí)段觀測(cè)前后，應(yīng)各量取天線高一次，兩次量測(cè)值互差不得大于2mm，取平均值作為最后天線高。當(dāng)互差超限時(shí)，應(yīng)查明原因，提出處理意見并記入測(cè)量手簿。觀測(cè)中，作業(yè)員應(yīng)逐項(xiàng)填寫測(cè)量手簿。④接收機(jī)開始記錄數(shù)據(jù)后，應(yīng)及時(shí)將測(cè)站名、測(cè)站號(hào)、時(shí)段號(hào)、天線高等信息記錄在手簿上。同時(shí)應(yīng)注意儀器的警告信息，及時(shí)處理各種特殊情況。⑤一個(gè)時(shí)段觀測(cè)過程中嚴(yán)禁進(jìn)行以下操作：關(guān)閉接收機(jī)重新啟動(dòng)，進(jìn)行自測(cè)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(cè)期間應(yīng)防止儀器震動(dòng)，不得移動(dòng)儀器，要防止人員或其他物體碰動(dòng)天線或阻擋信號(hào)。⑦在作業(yè)過程中，不應(yīng)在天線附近使用無線電通訊。當(dāng)必須使用時(shí)，對(duì)講機(jī)應(yīng)距天線10m以上，車載電臺(tái)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(diǎn)位標(biāo)識(shí)和覘標(biāo)恢復(fù)原狀前方可執(zhí)行下一個(gè)調(diào)度命令。1.7內(nèi)業(yè)平差計(jì)算GPS平面控制網(wǎng)采用Trimble公司隨機(jī)配備的TGO數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行基線處理，檢查基線質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)設(shè)計(jì)要求后，導(dǎo)出基線解，再導(dǎo)入武漢大學(xué)CosaGPSV5.0工程測(cè)量控制網(wǎng)通用平差軟件包中先在WGS-84坐標(biāo)系進(jìn)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(jìn)行控制網(wǎng)的二維約束平差。大陽山隧道獨(dú)立施工控制網(wǎng)測(cè)量的坐標(biāo)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)相同，橢球采用國家2000大地坐標(biāo)系參考橢球，邊長(zhǎng)投影在隧道內(nèi)線路平均高程面上。所以，大陽山隧道獨(dú)立施工控制網(wǎng)坐標(biāo)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(diǎn)GPS01與GPS14的方向?yàn)樽鴺?biāo)系統(tǒng)的X軸，里程增加的方向?yàn)檎?，由X軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的方向?yàn)閅軸正向，起算點(diǎn)的X坐標(biāo)為改點(diǎn)在線路上的定測(cè)里程。2．洞外高程控制測(cè)量根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：洞外高程控制測(cè)量應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)精度，結(jié)合地形情況，水準(zhǔn)線路長(zhǎng)度以及儀器設(shè)備條件，采用水準(zhǔn)測(cè)量或光電測(cè)距三角高程測(cè)量，大陽山隧道洞外高程控制網(wǎng)采用二等水準(zhǔn)測(cè)量。2.1高程控制測(cè)量適用長(zhǎng)度如下表所示：2.2各級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量精度指標(biāo)水準(zhǔn)側(cè)量等級(jí)每公里水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差〔mm〕每公里水準(zhǔn)測(cè)量全中誤差〔mm〕限差〔mm〕檢測(cè)已測(cè)段高差之差〔即復(fù)測(cè)值與設(shè)計(jì)值不符值的限差往返測(cè)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(zhǔn)測(cè)量必須往返觀測(cè)，不允許采用兩臺(tái)儀器同方向左右觀測(cè)，三、四等均可以左右路線觀測(cè)，計(jì)算結(jié)果單位為毫米。2.3各級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量主要技術(shù)要求。等級(jí)水準(zhǔn)尺類型水準(zhǔn)儀等級(jí)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(cè)量方法二等水準(zhǔn)測(cè)量，路線采用往、返觀測(cè)。控制測(cè)量時(shí)一般采用附合水準(zhǔn)路線和支水準(zhǔn)路線，由此計(jì)算增設(shè)的新水準(zhǔn)點(diǎn)高程。大陽山隧道洞外高程控制網(wǎng)使用TrimbleDiNi數(shù)字水準(zhǔn)儀，按二等水準(zhǔn)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行施測(cè)。利用設(shè)計(jì)院提供的二等水準(zhǔn)點(diǎn)4個(gè)，并在大陽山隧道進(jìn)口處及出口、蘆草溝斜井、腦溝斜井處共增設(shè)8個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，SZ02、SZ03、SZ06、SZ07、SZ08、SZ09、SZ10、SZ11、。水準(zhǔn)路線為從設(shè)計(jì)院提供的二等水準(zhǔn)點(diǎn)CPI041出發(fā)，蘆草溝斜井、腦溝斜井的水準(zhǔn)路線為支水準(zhǔn)路線，大陽山隧道進(jìn)出口的水準(zhǔn)路線為附和水準(zhǔn)路線。大陽山隧道洞外高程控制網(wǎng)水準(zhǔn)路線示意圖2.5水準(zhǔn)測(cè)量有關(guān)精度計(jì)算。外業(yè)、內(nèi)業(yè)完成后，應(yīng)進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)、分析及評(píng)定?！?〕、往返閉合差計(jì)算，如超限必須查找原因或重測(cè)?！?〕、每千米水準(zhǔn)測(cè)量高差的偶然中誤差或全中誤差。M△=√1/4n×［△△/L］△——水準(zhǔn)路線測(cè)段往返高差不符值(mm)；L——水準(zhǔn)測(cè)段長(zhǎng)度〔km〕；N——往返測(cè)的水準(zhǔn)路線測(cè)段數(shù)。首先檢查往返測(cè)量高差不符值，超限的重測(cè)，在允許范圍內(nèi)的取其中數(shù)，采用南方平差易2005軟件進(jìn)行平差。六、總結(jié)：(1)由于GPS定位技術(shù)具有較高的相對(duì)定位精度、控制點(diǎn)間無須通視、網(wǎng)形布設(shè)簡(jiǎn)單、可全天候作業(yè)和建網(wǎng)