劉 凱 藍(lán)善勇

在隧道施工過(guò)程中，由于洞內(nèi)控制測(cè)量、細(xì)部放樣以及施工等因素的影響，使得兩個(gè)相向開(kāi)挖的工作面的施工中線不能理想地銜接而產(chǎn)生錯(cuò)開(kāi)的現(xiàn)象，即所謂貫通誤差。貫通誤差在路線中線方向上的投影長(zhǎng)度稱(chēng)為縱向貫通誤差;在垂直于中線方向的投影長(zhǎng)度稱(chēng)為橫向貫通誤差;在高程方向上的投影長(zhǎng)度稱(chēng)為高程貫通誤差。實(shí)際上最重要的，討論最多的是橫向誤差。因?yàn)闄M向誤差如果超過(guò)了一定的范圍，就會(huì)引起隧道中線幾何形狀的改變，甚至洞內(nèi)建筑物侵入規(guī)定限界而使已襯砌部分拆除重建，給工程造成損失［1］。因此，在隧道工程的施工組織設(shè)計(jì)階段，就需要對(duì)所擬定的測(cè)量方案和方法進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)，估計(jì)采用此方案是否滿足工程精度需要，并及時(shí)修正測(cè)量方案或測(cè)量方法，以滿足工程施工精度需要。以下對(duì)大金山隧道工程中的控制測(cè)量方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 工程概況

大金山隧道位于馬鞍山市，屬于南京—安慶鐵路新建工程。進(jìn)口里程為DK52+525，出口里程為DK52+995，全長(zhǎng)470 m，為雙線軌道。軌道類(lèi)型為無(wú)碴軌道，其結(jié)構(gòu)高度為724 mm，軌道平面DK52+525～DK52+995位于左偏圓曲線上，半徑為5 500 m，圓曲線長(zhǎng)470 m。隧道內(nèi)DK52+576.74～DK52+995段設(shè)置凸形豎曲線，豎曲線半徑為25 000 m。洞內(nèi)設(shè)置雙側(cè)水溝和中心管溝，雙側(cè)電纜槽。隧道內(nèi)Ⅲ級(jí)圍巖60 m，Ⅳ級(jí)圍巖110 m，Ⅴ級(jí)圍巖300 m。

2 隧道內(nèi)控制測(cè)量設(shè)計(jì)

2.1 平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)［2］

根據(jù)《鐵路測(cè)量技術(shù)規(guī)則》的規(guī)定，兩開(kāi)挖洞口間長(zhǎng)度小于4 km時(shí)，橫向貫通誤差的限差為100 mm，高程貫通誤差的限差為50 mm。

為了保證該隧道在相向開(kāi)挖至貫通面時(shí)洞室開(kāi)挖軸線的正確，首先要估算預(yù)期的貫通誤差，在電腦上利用AutoCAD軟件繪出隧道開(kāi)挖平面圖及預(yù)計(jì)貫通面的位置，充分考慮開(kāi)挖施工時(shí)洞內(nèi)的測(cè)量環(huán)境(如通視條件及出渣等對(duì)測(cè)量的影響)及提高測(cè)量精度的方法，合理地選出導(dǎo)線點(diǎn)位置，并展于平面圖上(見(jiàn)圖1)。

橫向貫通誤差是由導(dǎo)線水平角誤差和導(dǎo)線邊長(zhǎng)誤差所引起，主要影響隧道的貫通精度，以下主要分析橫向貫通誤差。

根據(jù)誤差傳播定律，導(dǎo)線測(cè)角及測(cè)邊是相互獨(dú)立的兩個(gè)量，據(jù)此可得隧道內(nèi)導(dǎo)線測(cè)角誤差所引起的橫向貫通誤差myβ為:

其中，mβ為導(dǎo)線測(cè)角中誤差;ρ=206 065″;∑R為各導(dǎo)線點(diǎn)到貫通面垂直距離平方的總和，m2。

而隧道內(nèi)導(dǎo)線邊長(zhǎng)測(cè)量誤差所引起的橫向貫通誤差myl為:

導(dǎo)線測(cè)量誤差在貫通面上所引起的橫向貫通誤差my為:

其中，Rx，dy取至整10 m即可。上式為導(dǎo)線測(cè)量誤差對(duì)橫向貫通誤差的影響值的近似公式。因它是按支導(dǎo)線推導(dǎo)的，而實(shí)際工作中，總是要布設(shè)為環(huán)形或網(wǎng)形，通過(guò)平差，測(cè)角、測(cè)邊精度都會(huì)提高，故按式(3)進(jìn)行橫向貫通誤差估算將更為安全一些即留有裕量。

對(duì)于光電測(cè)距導(dǎo)線測(cè)距邊精度按下式計(jì)算:

其中，a，b分別為測(cè)距儀固定誤差和比例誤差;l取導(dǎo)線的平均邊長(zhǎng)。

根據(jù)繪制好的略圖上量取各個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)到貫通面的距離Rx和各導(dǎo)線邊在貫通面上的投影長(zhǎng)度dy，再根據(jù)實(shí)際使用的測(cè)量?jī)x器確定測(cè)角中誤差mβ和測(cè)量邊長(zhǎng)的精度ml/l進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)計(jì)算出的my小于隧道橫向貫通誤差的限值時(shí)則達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2 高程控制測(cè)量設(shè)計(jì)［3］

隧道內(nèi)高程的控制測(cè)量精度直接影響豎向貫通誤差，通常根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量或三角高程測(cè)量誤差引起的豎向貫通誤差來(lái)確定高程控制測(cè)量的等級(jí)。

其中，mh為豎向貫通誤差;L為隧道內(nèi)水準(zhǔn)路線的全長(zhǎng)，km; mΔ為水準(zhǔn)路線按測(cè)段往返測(cè)的高差不符值所計(jì)算的每千米線路測(cè)量的高差中數(shù)的中誤差。

由式(5)得:

L可根據(jù)圖上擬定的路線量取或取3倍～5倍隧道軸線的長(zhǎng)度。根據(jù)設(shè)計(jì)豎向貫通誤差和L即可計(jì)算出mΔ的數(shù)值，再查找《鐵路測(cè)量技術(shù)規(guī)則》，即可確定在隧道內(nèi)布設(shè)相應(yīng)等級(jí)的水準(zhǔn)路線。

3 大金山隧道工程控制測(cè)量設(shè)計(jì)實(shí)例

表1 隧道內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量誤差對(duì)橫向貫通精度影響值計(jì)算表

現(xiàn)以大金山隧道工程為例，說(shuō)明隧道內(nèi)控制測(cè)量誤差對(duì)橫向貫通誤差影響值的估算方法(見(jiàn)表1)。根據(jù)工程所采用的測(cè)量?jī)x器及繪制的洞室導(dǎo)線點(diǎn)圖(見(jiàn)圖1)，按國(guó)家三級(jí)導(dǎo)線布設(shè)，其測(cè)角中誤差mβ=±12″，導(dǎo)線邊長(zhǎng)測(cè)量相對(duì)中誤差ml/l=1/7 000，則:

所設(shè)計(jì)的隧道內(nèi)控制測(cè)量引起的橫向貫通誤差小于《鐵路測(cè)量技術(shù)規(guī)則》規(guī)定的橫向貫通誤差的限值，即說(shuō)明在隧道內(nèi)布設(shè)三級(jí)導(dǎo)線完全能滿足橫向貫通精度要求。

4 提高隧道內(nèi)控制測(cè)量精度的幾點(diǎn)建議［4］

1 )嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的控制測(cè)量等級(jí)相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行施測(cè)，施測(cè)中盡量采用三聯(lián)腳架法，但要注意各基座與棱鏡及儀器有無(wú)隙動(dòng)、氣泡有無(wú)偏離、對(duì)中偏離是否較大等等，如有上述情況則要對(duì)儀器進(jìn)行檢修校正，找出問(wèn)題所在。

2 )隧道每開(kāi)挖到一定長(zhǎng)度時(shí)要及時(shí)增設(shè)基本導(dǎo)線點(diǎn)，指導(dǎo)開(kāi)挖的臨時(shí)點(diǎn)要控制在2個(gè)～3個(gè)以內(nèi)，且要進(jìn)行經(jīng)常性的檢測(cè)其正確性，確保洞室開(kāi)挖的正確。

3 )隧道每開(kāi)挖到一定階段或一定長(zhǎng)度時(shí)要及時(shí)對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行檢測(cè)、復(fù)測(cè)及精度估算，對(duì)因其他原因而改變?cè)O(shè)計(jì)路線方案時(shí)要對(duì)精度進(jìn)行估算。

4 )導(dǎo)線要盡可能布設(shè)成似等邊直伸型導(dǎo)線，在測(cè)量環(huán)境允許范圍內(nèi)盡可能的選長(zhǎng)邊。

5 )要嚴(yán)格進(jìn)行邊長(zhǎng)的投影計(jì)算，正確計(jì)算各點(diǎn)平面坐標(biāo)。

［1］ 李青岳，陳永奇.工程測(cè)量學(xué)［M］.北京：測(cè)繪出版社，1995.

［2］ 吳琴鳳.隧洞洞內(nèi)控制測(cè)量［J］.四川水利發(fā)電，2010，29 (2)：25-27.

［3］ 陳劍華，王松波.西龍池抽水蓄能電站隧洞貫通控制測(cè)量總結(jié)［J］.人民長(zhǎng)江，2007，38(5)：85-87.

［4］ 陳桂忠.隧洞洞內(nèi)控制測(cè)量及質(zhì)量控制探討［J］.鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2007，26(6)：46-49.