長大類型隧道控制測量中精密導線網的應用分析

摘 要：在長大類型隧道的測量過程中，根據精密導線網的測量機理，詳細地論述了在特殊長隧道中貫通測量的技術要點和數據處理。另外，對精密導線網的實際應用進行了準確分析，本文的相關理論研究對長大類型隧道精密導線網的使用，具有一定的參考意義。

關鍵詞：長大類型隧道；控制；測量；精密導線網；應用；分析

中圖分類號：U452.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0172-02

引 言

鐵路測定的相關規范中對隧道的貫通測量有著嚴格規定，鐵路測定規范是測量隧道是否準確、精度是否達標的重要標準。長大類型隧道不僅在洞穴中受到施工限制，在部分嚴峻的環境下也會受到相當大的限制，而且隨著測定誤差的不斷累積，在貫通誤差的控制上也大大增加了困難。本文以筆者親身參加的某特長隧道的工程項目為例，對隧道控制測量中精密導線網的配置、測定、數據處理進行詳細介紹。

1 工程概況

該隧道項目中心里程DK342+175，進口里程DK354+765，進口里程DK254+655，出口里程DK546+125，全長24.16km，線間隔為4.6～5.0m。平面以s型走線為大體形狀，曲線半徑分別為12000m和6400m。隧道的挖掘方法主要以進口、坊上斜井、下村斜井、出口等方位進行開挖。其中，坊上斜井、下村斜井采用的運輸方式為無軌運輸。坊上斜井坡度8.25%，長度為2105.24m；下村斜井綜合坡度7.25%，長度為1032.54m。該隧道工程組要有兩個公司共同承建，由于隧道的長度和地形條件的限制，精密導線網的組成主要分為兩部分，第一部分為洞外GPS構筑控制網，第二部分為洞內全站儀構建精密導線網。

2 精密導線網的觀測實施

2.1 設計依據

（1）嚴格控制隧道內外的測量誤差。該工程主要采用分段開挖方式，多個貫通面同時施工，根據規范規定，相鄰的兩洞口之間的長度是33.6～11.2km，隧道是誤差的值必須滿足規定要求。隧道貫通誤差值如表1所示。

（2）隧道誤差受洞外GPS構筑控制網的影響。平面控制測量設計的依據基礎為隧道貫通精度，根據精密導線網的方向、貫通處的位置、貫通面的方向位置等，推測出隧道貫通測量誤差的影響范圍。施工段處存在兩個貫通面，隧道外精密控制網貫通誤差和標準分界面的誤差影響值約為23mm左右，內部分界貫通面的橫向誤差影響值約為15mm左右，此誤差滿足誤差容許范圍。施工段隧道貫通面資料見表2。

2.2 精密導線網的布置

由于測量環境限制較多，經調查研究，選用多邊形的閉合導線的方法進行控制測量，測點選取對稱布置，從各方面構成1～2m的對稱測點，各環由4～6的多邊形圍成。根據隧道長度、鐵路平面形狀、施工方法及橫截面的不同選擇不同的導線邊長，根據規范要求，每條邊應控制在400m之外。測點應盡量布置在方便施工、堅固穩定的位置。洞外控制網對隧道貫通橫向、縱向誤差影響值見表3。

2.3 布設要求及形式

導線網起算點的GPS控制點應進行均勻成對布置，精密導線點起閉于隧道沿線的GPS控制點，并結合線路設計站位、豎井位置和沿線堅固路面，布設成直伸形狀，形成掛在GPS點上的附合導線、環狀導線或結點網，實現了對工程的整體平面控制。

2.4 精密導線網的施工測量

為了保證觀測的準確度和精確性，確保隧道內的工程作業安全以及隧道內的氣體流動，不會妨礙到工程的現場施工。隧道內部的觀測應選擇氣流比較恒定的時間內進行。觀測時，采用精密的施測儀器進行觀測，利用全站儀測量導線前進方向的角度，測量角度、測量距離同時進行。其中，采用方向觀測法進行方向測定，采用往返觀測法進行距離測定。在項目測量之前，需要測量測定點相互之間的高度差，并取得測高距離。這個測高距離，主要為修改側邊數據時的計算理論依據。洞內導線測量精度要求見表4。

3 精密導線網測量結果分析

3.1 測量結果預處理

測量量數據得出以后，首先要做的就是對數據進行預處理，數據預處理主要包括原始觀測數據的歸整、觀測數據的檢查、角度閉合差的復核、測量導線長度的修改和優化等多個方面。，使用全站儀相關軟件來將原始數據提取出來，形成電子數據觀測庫并進行檢查和修改，然后根據電子數據觀測庫的數據進行工程實際應用。需要根據觀測數據的質量、各項組合差、各導線的角度之間的關合差（包括折射和曲率）、導線邊的水平距離等將測量結果修正歸化。為把投影變形的影響減小到最低，隧道內部的觀測控制將采用獨立的坐標系，以北京坐標系統為基準，并參考投影平面在測量區處的高距，進行數據處理。

3.2 數據平差計算及數據分析

通過預先處理的觀測數據將精密導線網的閉合導線歸入到軌道底平均距離觀測值中，以某高?？刂茢祿幚碥浖╟odap·v6.0），進行控制網平差計算及成果分析。

（1）通過儀表的顯示精度確定導線的方向和長度，以此來進行平差結果分析。儀表的遠距離觀測值的固定誤差、體系比誤差、顯示精度、方向觀測值的誤差應嚴格符合規范標準。經過控制網計算及成果分析，隧道內部平面控制網的主要質量標準在單位權中具有較小誤差，符合誤差允許范圍。

（2）根據方向的不同，需要確定方向和長度的權重來進行平差結果分析。此外，為了獲得更合理的方向觀測值和長度觀測值的比例誤差，本項目主要采用了codaps的計算方法對兩種觀測值的確定進行預估、優化，并且進一步進行平差計算的分析和處理。隧道內平面控制網的主要質量標準中，權中誤差為2.00″，最弱點以及點位中誤差為3.25cm、0.54cm，導線邊長相對誤差為l/564000。

根據以上兩個平差的結果分析來看，對方向和邊長的觀測值的優化以后，最弱的點的中誤差提高了5.2cm，相對精度從1/221000提高到1/86500。因此，對不同方向的分析有利于獲得更加準確的平差結果。

3.3 精度評測

（1）導線精度網的測定。在隧道內部的控制網中有多個多模閉合導線，在所有多模閉合導線中，導線長度相對的閉關差的精確度為1/23651，精確度上下浮動不大，比規范規定的l/50000的精度的更高。導線測量角度上的誤差也符合規范規定的標準。

（2）橫通精度受到導線測量誤差的影響較大。橫通精度的確定隨著隧道內部導線精度網的測量誤差的改變而改變。充足的實驗可以證明此項目隧道內部導線精度網的測量誤差完全可靠，實現了規范規定的精度。

4 影響測距精度的因素及改正方法

導線邊長測量精度一定程度上決定了導線的精度。為了提高測距精度，除了選擇高精度測量儀器外，還需對所測邊長進行包括大氣改正（溫度改正、氣壓改正、濕度改正等）和儀器加（乘）常數改正、平距改正、高程歸化及投影改正等多種改正。大氣對測距精度的影響明顯，全站儀測距的結果與大氣折射率相關，大氣折射率又隨著溫度、氣壓和濕度等參數的變化而變化，由于折射系數的精度與測距精度屬于同一數量級，故精確的測距需對距離進行大氣改正，工程精密導線測量所用的儀器為徠卡TCA2003型全站儀，屬相位式光電測距儀，測距精度高，內帶大氣改正公式，實時輸入現場氣象數據（溫度、相對濕度、大氣壓等），可自動實現對距離的氣象改正。與氣象改正類似，儀器內含有加、乘常數改正公式，將儀器檢定結果中的加、乘常數輸入到儀器內，儀器可對測量結果自動改正。加、乘常數常用六段法、三段法和解析法等測定方法。平距改正則是將斜距改算為平距，不僅要考慮豎直角的測量精度，同時還要考慮大氣折光和地球彎曲的影響。另外，為保證精密導線網精度及測量成果的一致性，精密導線網需投影到與起算點GPS控制點一致的投影面，這就需要對導線邊長進行高程歸化及投影改正，兩種改正可采用專業軟件進行，也可根據改化公式編程實現。

5 結束語

當下，隧道精密導線網的布置已廣泛應用GPS測定技術，工程實踐中的精密導線網的測定工作已成為隧道的正確貫通的關鍵工作。如果想正確穿透隧道，就要從各個角落里確保測量成果的準確性和可信度。隨著新技術和新設備的投入使用，精確導線網的測量結果的準確性大幅提高，為測量成果更好地服務于工程實踐奠定了堅實基礎。

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收稿日期：2018-9-3

作者簡介：汪浩然（1985-），男，工程師，本科，主要從事工程測繪工作。