1、特长隧道洞内控制测量实施方案郭志强(铁道部第十八工程局秦岭隧道工程指挥部 300022)刘 欣 张灵斌(中国航空工业勘察设计研究院 100086)【摘 要】 本文根据秦岭(线)隧道采用 TBM 施工的特点，提出了为确保隧道高精度贯通而实施的洞内测量的可行性具体方案。西康铁路秦岭隧道(线)采用 TBM 施工。隧道全长 18.5 km，两端独头掘进距离长(近 10 km)，再加上 TBM 一次成洞，对贯通精度要求比较高，给洞内控制测量带来了很大的困难。本文介绍这项工程中控制测量实施方案。一、控制测量设计众所周知，隧道贯通面上贯通误差的影响值，由洞外、洞内控制测量两部分组成。由于洞外采用 GPS 网
2、作控制来保证洞外控制精度，因此本设计只对洞内控制测量进行设计。为保证高精度贯通，本设计按总横向中误差 150 mm(铁路测量规则规定为 250 mm)，高程中误差 25 mm 进行设计。按测规规定的分配原则，分配给洞内横向中误差为 120 mm，洞内高程中误差 17 mm。1. 平面(横向)测量设计由于线隧道采用 TBM 施工，其通视条件较好，为提高测量精度，导线边长尽量长，故本方案按边长为 650 m 的导线测量方案进行设计。这时洞内横向贯通误差为：按上述布设方案，R x，dy 计算如下：(1) 洞内R 2x计算依据各导线点至贯通面的竖直距离计算的结果为R 2x900062125。(2) 洞
3、内dy 2计算由于洞内导线沿隧道中线布设，隧道为直线隧道，则 dy=0,即dy 20。(3) 洞内测角精度计算由于采用测距标称精度为（2 mm+210 -6D）的全站仪测距，洞内测边误差远小于 1/100 000。因为dy 20，则 m2yi=0，所以其中,m 为洞内测角精度。代入数据，得则 m 0.83。实际采用0.7，即洞内按一等导线要求和精度指标进行施测可满足在 120 mm 内贯通要求。2. 高程测量设计洞内两开挖洞口间长度按 19 km 计，则高程控制测量的高差中数偶然中误差为：(三等水准限差)所以洞内高差控制测量按三等水准要求即可满足高程贯通中误差影响值为17 mm 的要求。从安全
4、角度考虑，实际操作可按二等水准要求施测。3. 贯通误差预计(1) 横向贯通误差预计由式当 m 0.7，导线平均边长为 650 m 时，m y=102 mm 3. 0 mm (三等水准限差)所以洞内高差控制测量按三等水准要求即可满足高程贯通中误差影响值为 17mm 的要求。从安全角度考虑, 实际操作可按二等水准要求施测。3. 贯通误差预计(1) 横向贯通误差预计由式m y =m BQ R 2x当 m B= 0. 7, 导线平均边长为 650 m 时,m y = 102 mm 120mm (洞内分配值)。由于 m 洞外= 50mm (秦岭隧道 GPS 控制网成果书中提供值) , 则m 总= m 2
5、洞外+ m 2y= 502+ 1022= 114 mm 150mm鉴于上述预计是按支导线公式计算, 而实施中采用导线网方案, 其精度显然高于前者, 因此本估算方案有较大的安全余地。这时, 按本设计方案实施洞内控制测量所能达到的预计横向贯通中误差为 114 mm , 远小于铁路测量技术规定所规定的 250 mm , 可以达到隧道高精度贯通的设想。(2) 高程贯通误差预计由式3 3 1998 年 第 11 期 测 绘 通 报 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.m $h= m $ LL 取值
6、19 km , 当按三等水准测量时,m $= 3 mm , 则 m $h= 13. 08mm 17 mm (洞内分配中误差) ;m h 总= 182+ 13. 082 = 22 mm 25mm (高程中误差)。由于是按二等水准要求实测, 则m $h= 4. 36 mmm h 总= 18. 5 mm 25 mm故按本设计采用二等水准观测能满足水准高精度贯通要求。二、洞内控制测量的实施1. 调研与培训为确保本隧道的横向和高程的高精度贯通, 以及仰拱预制块定位准确, 根据需要可派人员到有关单位和院校进行调研和技术培训, 以处理和解决有关技术难题,提高业务水平, 从而提高洞内控制测量精度和减少内外业工
7、作强度, 测量人员必须持有上岗证。2. 仪器设备本隧道控制测量采用的仪器应满足下列精度要求:测角精度小于或等于1, 测距精度不大于 (2 mm + 210- 6D ) , 水准仪的精度应高于或等于1 mm km , 采取铟钢水准尺。测量仪器按国家规定每年送国家授权检定部门检定, 合格后方能使用。3. 控制点的埋设控制点埋设应做到点位稳定, 无施工干扰。4. 洞内外联测洞内外联测, 应选在阴天, 气温稳定, 无风情况下进行。水平角观测在不同时段采用方向观测法测 2 组, 每组 15 个测回。测距采用对向观测, 其中竖直角观测四个测回, 测距 6 次, 边长归算考虑气象改正, 投影改正。投影面高度
8、最好为隧道中线平均高程(GPS 网投影高程面)。高程测量严格按照铁路测量规则二等水准测量要求进行, 采用往返不同线路进行施测, 在往返闭合差满足要求时, 取返往平均值。5. 洞内控制测量(1) 布网洞内控制测量采用闭合环的方式, 每个导线环边数不大于 6 条(如图 1 所示)。图 1 秦岭( 线) 隧道控制测量点位布置示意图(2) 施测洞内控制测量应在施工不影响时进行, 并加强通风, 保证照明充分, 提高清晰度。以良好的施测环境, 确保测量的精度。洞内导线向前延伸, 施测时必须联测两个以上同等级控制点, 在确定前面点位正确无误后方可向前延伸。三、保证隧道高精度贯通的辅助措施笔者认为在正确测量方
9、案的基础上, 测量方案准确无误地实施是确保隧道高精度贯通关键所在, 为此在进行 线测量时将采用如下辅助措施:1. 尽量减少贯通误差, 在进出口掌子面相距 2 3km 时, 在 TBM 后面打横通道与 线导坑联接, 利用线导坑将进出口洞内导线进行联测, 计算出两端施工中线和高程的相对差值, 提前进行正线掘进方向和高程调整, 以减少实际贯通误差。2. 利用 线导坑的控制测量成果, 即采用 线调整后的坐标值, 利用横通道与 线导线组成闭合条件, 来计算 线控制点的坐标值, 进而调整中线及掘进方向,保证 线高精度贯通。4 3 测 绘 通 报 1998 年 第 11 期 1995-2005 Tsingh
10、ua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 他年我若为青帝,抱枝桃花一处开 中点单觇法三角高程测量及其精度分析作者：王莉 张伟 杜宁 上传：net_studio 来源：网易水利 2006-01-18 00:020 前 言目前，随着测距技术的发展，精度的提高，以及测距仪、全站仪的普及，三角高程测量作为高程控制测量的一种有效手段，正逐步受到广大测绘工作者的青睐。在三角高程测量方法中，现阶段主要采用的是直返觇法 用往返观测测定相邻点的高差的方法；而应用中点单觇法（在两置觇点中间安置仪器测定觇点间高差的方法）的人却较少。虽然直返觇法在
11、建立平面控制网的同时，为求这些待定平面点的高程而建立三角高程控制网时较为方便，但由于平面控制点大多建在制高点上，用其作为高程控制点，使用较为不便，一般平面控制网与高程控制网均分开布设，高程点布设在利于保存、使用的地方，此时运用中点单觇法来进行三角高程测量，较之直返觇法有较强的灵活性与实用性。中点单觇法三角高程测量有以下几个特点：a 测站不需对中，不需量取仪器高；b 采用适当方法，可不量取觇标高；c 测站选在中部时，可减弱大气折光的影响；d 减少劳动强度、提高作业速度等。1 中点单觇法三角高程测量原理及精度分析1.1 高差计算公式的推导如图 1 所示，为求 A、B 两点间的高差，将全站仪置于 A
12、、B 两点大致中间位置的 D 点处，则图 1故 A 点至 B 点的高差为：式中：s经气象改正后的斜距；z天顶距的观测值；V觇标高；R测区地球平均曲率半径；K大气折光系数。由于前、后视高差观测是在相近条件下进行的，可认为其折光系数，k Ak B，令 kA=kB=k，代入式（3）得：中点单觇法三角高差测量时，每一测站均应独立施测两次，满足要求后，取其平均值作为最后成果，即式中：h AB第一次观测高差；h AB第二次观测高差。由上述可知，中点单觇法三角高差测量时，不需对中和量取仪器高。1.2 中误差计算式对式(4)进行全微分，得：由于式(6)等号右边前四项括号中的第二项较小、相对于第一项而言，可忽略
13、不计，并顾及 DA=sAsinzA、D B=sBsinzB，则得：运用误差传播定律，考虑到观测量之间相互独立，得：由于采用中点单觇法进行三角高程测量时，仪器大致在两置觇点的中部且一般距离较短，则可近似认为 m2sA=m2sB=m2s；并顾及m2zA=m2zB=m2z，m 2vA=m2vB=m2v，由上式可得：式中：mh中点单觇法三角高差的中误差；ms测边中误差；mz天顶距观测中误差；mk大气折光系数测定中误差；mv觇标高量取中误差；Z天顶距的观测值；D水平距离，D=scosz；R测区地球平均曲率半径；取 206265.则，高差平均值的中误差为：1.3 精度分析及结论设 ms=10 mm、m z
14、=1.8、m k=0.05、m v=1 mm，取不同的平距 D 和天顶距 Z，按式(10)计算高差平均值的中误差，结果列于表 1 中。表 1高 差 平 均 值 的 中 误 差 （mm）每 公 里 的 高 差 中 误 差 （mm/km）平 距D（m）前后视距差（m）200 100 2. 2. 1. 1. 6. 4. 3. 3.94 23 65 44 58 99 68 22402.912.191.601.386.524.903.573.09202.912.191.591.386.514.893.563.0802.912.191.591.376.504.893.553.071003.102.441.
15、921.745.664.453.503.18403.072.401.871.695.614.383.423.09203.072.401.871.695.614.373.413.0830003.072.391.861.685.604.373.403.081003.312.702.242.095.244.273.543.31403.292.672.202.055.194.223.483.25400203.282.662.202.055.194.213.473.2403.282.662.202.045.194.213.473.231503.603.052.652.535.094.313.753.58
16、1003.563.002.602.485.034.253.683.50403.542.972.572.445.014.213.633.45203.542.972.562.435.004.203.623.4450003.532.972.562.435.004.203.623.441503.893.383.032.935.024.373.913.781003.853.342.992.884.984.323.863.72403.833.312.952.844.944.283.813.67203.833.312.952.844.944.273.813.6660003.823.312.952.844.9
17、44.273.803.661504.213.743.433.345.034.484.103.991004.173.713.393.294.994.434.053.93404.153.683.363.264.964.394.013.90204.143.673.353.254.954.394.003.8970004.143.673.353.254.954.394.003.891504.554.133.843.765.094.614.304.201004.524.093.803.725.054.574.254.16404.494.063.773.685.024.544.224.12204.484.0
18、53.763.685.014.534.214.1180004.484.053.763.675.014.534.204.11900 1504.914.524.274.195.184.774.504.421004.884.484.234.155.144.734.454.37404.854.454.194.125.114.704.424.34204.844.454.194.115.114.694.414.3304.844.444.184.115.104.684.414.332005.344.984.754.685.344.984.754.681505.294.934.704.635.294.934.
19、704.631005.264.894.664.595.264.894.664.59405.234.864.634.565.234.864.634.56205.224.864.624.555.224.864.624.55100005.224.854.614.545.224.854.614.541100 2005.735.405.195.135.475.154.954.891505.695.355.145.085.425.104.904.841005.655.315.105.035.395.074.864.80405.625.285.065.005.365.044.834.77205.615.27
20、5.064.995.355.034.824.7605.615.275.054.995.355.024.814.752006.145.835.645.585.615.335.155.091506.095.785.595.535.565.285.105.051006.065.745.545.495.535.245.065.01406.025.715.515.455.505.215.034.98206.025.705.505.445.495.205.024.97120006.015.695.495.435.495.205.014.962006.566.286.096.045.765.505.345.
21、301506.516.226.045.995.715.465.305.251006.476.186.005.945.685.425.265.21406.446.155.965.915.655.395.235.18206.436.145.955.905.645.385.225.17130006.426.135.945.895.635.385.215.162006.996.736.566.515.915.685.545.501506.946.676.506.455.875.645.505.451006.906.636.466.415.835.605.465.42406.866.596.426.375.805.575.425.381400206.856.586.416.365.795.565.415.37
