1、长大隧道洞内导线控制施工程序与注意事项隧道控制测量的主要目的，就是保证隧道在两个或两个以上开挖面的相向施工中，使其中线符合线路平面和纵断面的设计要求，在允许误差的范围内，在满足限界要求的条件下正确贯通。多年来，在隧道控制测量方向，尤其是中长隧道的控制测量，取得了丰富的测量经验，每座隧道的贯通，都取得理想的结果。本文结合已经运营的深圳梧桐山隧道、京珠高速公路靠椅山隧道、株六铁路复线新倮纳隧道的控制测量技术，介绍中长隧道控制测量方面的有关经验和体会。1 隧道概况(1)3座隧道的概况(表1)表1 隧道概况隧道 隧隧道名称 道长 隧道 曲线半 曲线长 隧道 线路类型 度m 线形 径m 度m 地址 等级
2、深圳梧 城市 2 270 4曲线 2 487 463 圆曲线 广东 一级桐山隧道 隧道 隧道 93281 深圳市 公路京珠高速 直线 广东 高速公路靠 公路 3 OlO椅山隧道 隧道 隧道 韶关市 公路进口 缓和曲线株六铁路 铁路2 l 8O曲线 500 进口段复线新倮 隧道 隧道 出口 l1345 贵州六 电气化纳隧道 出口段 枝特区 铁路1 0007124(2)3座隧道测量设计(表2)表2 隧道控制测量设计隧道名称 控制点 洞外控 控制点 控制点 高程控制点等级 制点数 坐标系 网形式 等级、数目深圳梧桐山隧道 四等 lO 深圳独立 导线环 四 2坐标系京珠高速公路 四等 15 高斯投靠椅
3、山隧道 影坐标系 导线网 三、2株六铁路复线 二等 5 线路中桩 线路中线 四、新倮纳隧道 22 平面控制测量由于隧道是一个狭长的构筑物，不易布设成三角网或三边网等其他形式，因此多采用导线环或导线网。21 洞外导线布设前面所述的3座隧道洞外均有控制点，深圳梧桐山隧道与靠椅山隧道洞外已布设了精度较高的导线环、导线网，交接桩后，进行了复测，这些控制点精度较高，可作为隧道的控制点；新倮纳隧道洞外只有线路中线点及曲线交点，为了保证隧道准确贯通，在线路复测完成之后，进行了加桩，布设成一个导线环。由于这3座隧道控制测量基本相同，下面仅以株六复线新倮纳隧道为例，介绍隧道洞内外控制测量。株六复线新倮纳隧道洞外
4、有JD107、ZD1064、ZD1063、ZD1062、JD1064五个点，其中JD107、JD1064为曲线交点，在隧道进出口两端，与洞门位置不通视，洞外导线布网时，未采用这两个点，新增两个控制点出口A、进口E作为进洞点；ZD1064、ZD1063、ZD1062三点在线路中线上，布设洞外导线环时保留这3个点，由于这3个点在同一直线上，为了提高观测精度，避免人为误差产生，洞外导线布设成折线直伸形导线环，导线等级为四等，见图1。C图1 新倮纳隧道洞外导线布置由于受地形、地物的影响，洞外导线边长度随现场情况具体确定。依据现场通视条件，按照工程测量规范(GB50026-93)要求，选择合适的长度，满
5、足相邻边长比不大于1：3即可。选点确定后，可埋预制混凝土桩，钢筋头刻十字，也可刻石。铁道标准设计RAI LWAY STANDARD DESI GN 2004 f10)维普资讯 http:/22 洞内导线形状为保证隧道准确贯通，增加洞内导线的检核条件，洞内布设成附合导线。为减少观测误差及布点工作量，可将洞内部分中线点作为导线点，导线易布设成折线直伸形，按照由高级到低级的控制原则，洞内导线为一级导线，按四等导线技术要求进行观测，布设见图2。咎点 导线点= = 堂垡导线点进洞点中线 导线点图2 新倮纳隧道洞内导线布置前面所讲的3座隧道，洞内导线控制形式均采用上述方法。这种布设方法的优点是，将部分中线
6、点纳入导线中，一可以检查中线点精度(根据中线点里程， 外，由于采用了部分中线点，减少了埋点的工作量。洞内导线边长度的确定：由于隧道空间有限，加上隧道的通风设施、施工设备干扰，曲线段最大的通视距离及洞内目标清晰情况影响，导线边长一般在250350 m。如深圳梧桐山隧道曲线半径R=2 487463 m，R外=2 492463 m，R ：2 482463 m，于是最大通视距离D=2(R外 一 )一446 m，实际导线边长度在300350 m。洞内中线点采用10 cm10 cm 的钢板桩，导线点为西22刻“十”字钢筋桩。23 导线观测方法(1)角度观测按工程测量规范(GB50026-93)要求，将已检
7、定过的、在检定期内的全站仪进行下列检查：照准部旋转轴、光学测微行差、水平轴与竖轴垂直、垂直微动螺旋的水平偏移、仪器底部在照准部旋转时的位移及光学对点器的对中检查。观测时，为提高观测精度，在通视好、无风或微风的条件下，前后视架角架，吊垂球，以垂球线作为观测目标；在隧道内测量时，必须吊垂球，以垂球线作为观测目标，同时增加照明(可用碘钨灯在观测线上，背向测站照垂球线，碘钨灯距垂球线152 m)，确保目标视像清晰。角度观测采用方向测回法，使用1”或2”的全站仪，依据工程测量规范四等导线技术要求，左角观测4测回，右角观测4测回，个别测回超限时，适当增加测回数。计算左右角的观测平均值及左右角闭和差W， =
8、左角平均值+右角平均值一360。，本站最终角值为平差后化规到左角的角值，即 ：Ol观-I-w2。(2)边长观测铁i酋标准设计RAI L hAy S丁ADARD DESIG 2004 f10) 隧道地下工程出测前，对测距系统进行检查，合格后进行外业测量。按四等导线技术要求施测，边长观测采用对向观测，观测前，测量测站、镜站的温度和气压，计算两地的平均温度和气压值，将平均值输入仪器中。每方向观测23测回，对向观测46测回，取互差满足规范要求的两测回作为单方向边长观测值，计算平均值；比较往返两方向测距较差d，由于观测条件基本相同，相邻边长相差满足规范要求，因此平均测距中误差m ，=(dd2n)(式中m
9、 ，为测距中误差，n为测距边数，d为往返测距较差)，最终边长为往返测距平均值。3 高程控制测量(1)外业测量依据现场地形条件及水准点的等级，一般采用四等水准测量。目前，高精度的全站仪使用比较普遍，可以用四等三角高程测量来代替四等水准测量，也可以两种测量方法结合。以前面所述的3座隧道为例，洞外高程测量方法见表3。表3 高程控制测量隧道名称 高程测量方法 方法比较 原因分析深圳梧桐山隧 四等水准、三 洞外三角高程，水准线路走道 角高程 互差不大 上行线隧道， 测站少京珠高速公路 四等水准、三 互差较大 洞外三角高程，水准线路沿靠椅山隧道 角高程 公路走，测站较多，超百站株六铁路复线 四等水准、三
10、洞外三角高程，水准线路走新倮纳隧道 角高程 互差不大 既有线隧道 测站少根据多年测量经验，地表起伏较大或水准测量测站较多时(往返测站80站以上)。宜用三角高程代替水准测量。进行三角高程测量，按四等三角高程测量的技术要求施测。三角高程测量可随平面控制测量一起测量。采用对向观测，每方向观测23测回。对向观测46测回。取互差小于规范要求的两测回的平均值作为该方向的观测高差；在测前、测后量取仪器高、镜高，精确至1 mm。水准测量采用双镜法，按四等水准技术要求进行水准测量，测闭合水准线路。(2)高程测量内业计算水准测量，由于采用闭合水准线路，每台仪器独立计算，计算高程线路闭和差 ，高差全中误差M = 】
11、(式中，L为计算 时相应的线路长度；N为附合或闭合线路环的个数)，水准线路测段往返高差不符值，高差偶然中误差 = (式77维普资讯 http:/ 隧道地下工程中， 为水准测段长度，n为往返测的水准线路测段数)。按距离成比例进行闭合差分配，计算出各测点高程。三角高程计算方法基本与水准测量计算方法相同，在此不再多述。4 平面控制测量内业计算前面已提到新倮纳隧道没有坐标系，因此在计算前必须确定一个坐标系。由于坐标系的建立直接影响到贯通的精度及计算工作量。为提高贯通精度，要求在选轴时应使各控制点在横轴上的投影越小越好。为此，选定JD107、ZD1064、ZD1063、ZD1062四点所在的直线为 轴，
12、方向指向线路前进的反方向即由六盘水指向株洲，垂直 轴、方向背向既有线为y轴。因此ZD1064、ZD1063、ZD1062三点在y轴上的投影理论值为零；由于A、B、C、D、E五点离中线点较近，所以这5个点在y轴上的投影长度也比较小。理论坐标原点为ZD1062。见图3。六盘水 既有线 株洲X图3 隧道坐标系示意有了坐标系，依据不同要求，可进行简易平差，也可使用PCE500或计算机平差软件进行严密平差。计算出各点的点位精度及测角中误差、坐标增量闭合差和相对闭合差等。深圳梧桐山隧道采用独立坐标系，京珠高速公路靠椅山隧道采用高斯投影坐标系，这两座隧道直线部分较长，分别为1 3376 m和3 010 m，
13、在计算中也可采用假定坐标系。以直线段为 轴，方向指向里程增加，垂直 轴，方向为 轴逆时针转90。为y轴。进行坐标轴换算后，为以后放样、计算提供方便条件。在直线段， 坐标值为里程，y坐标值可直接反应点位偏位情况，非常直观。5 结语深圳梧桐山隧道横向贯通误差为18 cm，京珠高速公路靠椅山隧道横向贯通误差为15 cm，株六铁路复线新倮纳隧道横向贯通误差为17 cm；高程贯通误差均在2 cm内。在已完成的其他隧道贯通测量中，横向贯通误差均远小于相应长度隧道贯通误差允许值，控制测量达到预期目的。根据笔者10年的隧道控制测量经验，有以下几点体会。(1)长度在500 m 以下的隧道，洞内外可用线路中线控制
14、，在洞口处确定中线点，选后视距离较长、通视良好的两个点作为后视方向，一点放样，一点检查。(2)长度在1 000 m以下500 m以上的隧道，洞内外可用线路单导线控制；长度在4000 m以下1 000 m以上的隧道，洞外可布设导线环，洞内可布设附合导线；长度在4 000 m以上的隧道，洞内外可布设导线网。(3)依据设计情况，建立假定坐标系，选取适合的坐标轴，使洞内外各导线边在坐标轴上的投影尽可能小，以提高贯通精度。在已完成的几座铁路长隧道控制测量中，均采用这种方法。如朔黄铁路东风隧道、渝怀铁路武隆隧道等。(4)将部分中线点纳入导线中，即可检查中线点精度，又减少布点工作量。(5)用垂球线作为观测目标，减少照准误差。(6)适当增加测角的测回数，提高测角精度，以减少由于测角对横向贯通误差的影响_
