劉祖軍

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西　柳州　545007）

高鐵隧道洞外控制網(wǎng)布設(shè)及貫通精度估算

劉祖軍

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西柳州545007）

摘要：高速鐵路隧道工程的洞外控制網(wǎng)是隧道工程控制測量的關(guān)鍵，它的精度直接影響到隧道施工進(jìn)度及施工質(zhì)量。目前，我國高鐵中，超長隧道工程非常普遍，且開挖斷面大，要求貫通精度高，如何確保隧道洞外控制網(wǎng)的精度，已成為隧道施工中一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。在實(shí)際測量中，采用GPS測量技術(shù)進(jìn)行洞外控制網(wǎng)的施測，是目前最為普遍的方法。本文通過云桂高鐵革朗隧道洞外控制網(wǎng)的測量，詳細(xì)介紹了隧道洞外GPS網(wǎng)的布設(shè)及貫通精度評(píng)估。

關(guān)鍵詞：高鐵隧道；洞外控制；GPS網(wǎng)；精度估算

1　控制網(wǎng)基本指標(biāo)

新建云桂高速鐵路云南段革朗隧道，施工里程為D4K359+039～D4K370+614，正線長度11575m。洞外控制網(wǎng)采用GPS進(jìn)行，其中央子午線取隧道中心經(jīng)線為105°30＇00＂，高程投影面取隧道平均高程面為900m，采用WGS84系統(tǒng)坐標(biāo)系橢球參數(shù)。外業(yè)工作分為1個(gè)整網(wǎng)，各測段之間采用邊聯(lián)結(jié)方式形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng)。每個(gè)洞口布設(shè)至少3個(gè)點(diǎn)，周圍視野開闊，對(duì)天通視情況良好，高度角15°以上無障礙物阻擋衛(wèi)星信號(hào)；遠(yuǎn)離高于安置天線高度的樹木、建筑物等阻擋衛(wèi)星信號(hào)的障礙物。點(diǎn)間距不少于400m，加密控制點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與精測網(wǎng)CPII控制點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)規(guī)格及要求相同。觀測時(shí)將隧道洞口設(shè)計(jì)院交接的CPI、CPII控制點(diǎn)納入GPS獨(dú)立網(wǎng)中，整網(wǎng)為14個(gè)點(diǎn)，共有同步環(huán)6個(gè)。

2　洞外GPS網(wǎng)施測

2.1施測人員

參加復(fù)測人員共6人，工程師2人，測量技術(shù)員4人，在進(jìn)行洞外控制網(wǎng)施測前對(duì)參與測量人員進(jìn)行了統(tǒng)一培訓(xùn)。

2.2設(shè)備投入及外業(yè)測量

洞外控制網(wǎng)施測量共投入天寶（Trimble）5800雙頻接收機(jī)4臺(tái)套/組，標(biāo)稱精度：5mm+1ppm；投入天寶（Trimble）R4雙頻接收機(jī)2臺(tái)套/組，標(biāo)稱精度：5mm+1ppm。隧道洞外控制網(wǎng)按二等網(wǎng)觀測，每個(gè)觀測時(shí)段觀測90min，每個(gè)同步環(huán)觀測2個(gè)時(shí)段，采用靜態(tài)相對(duì)定位模式觀測，外業(yè)操作準(zhǔn)確對(duì)中、整平儀器，每時(shí)段觀測前后分別量取天線高，取兩次量高的平均值。

2.3GPS數(shù)據(jù)處理

基線處理采用LGO（Leica GPS Of fi ce），網(wǎng)平差采用COSAGPS軟件進(jìn)行處理。

外業(yè)觀測結(jié)束后，對(duì)基線進(jìn)行處理和質(zhì)量分析，刪除工作狀態(tài)不佳的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，在衛(wèi)星殘圖上觀察殘差量是否過大，如果系統(tǒng)誤差明顯，則刪除該時(shí)間段，并對(duì)重復(fù)基線、環(huán)閉合差進(jìn)行檢驗(yàn)，滿足規(guī)范要求后，進(jìn)行平差處理。

獨(dú)立網(wǎng)在基線解算滿足規(guī)范要求后，首先在WGS-84橢球坐標(biāo)系下進(jìn)行三維平差，檢查GPS網(wǎng)基線向量符合精度在滿足規(guī)范要求后，進(jìn)行一點(diǎn)加一方向平差。

2.4控制網(wǎng)測量精度簡介

（1）重復(fù)基線16條，其中較差最大的是：

序號(hào)　起點(diǎn)　終點(diǎn)　DX（m）　DY（m）　DZ（m）　S（m）　限差/差值合限狀態(tài)44　HD01　DX16　699.4783　-164.5485　908.6614　1158.4523　14.5146/7.1742　合格20　HD01　DX16　699.4784　-164.5406　908.6719　1158.4594

（2）閉合環(huán)21個(gè)，最大閉合差的環(huán)為：

閉合環(huán)　DX（mm）DY（mm）　DZ（mm）　DS（mm）　合格狀態(tài)Q11～Q4～CPI155-1　-15.60　26.50　10.60　32.53　合格閉合差限差（mm）：　26.51　26.51　26.51　45.92

（3）點(diǎn)位精度及中誤差

序號(hào)　起點(diǎn)　終點(diǎn)　MA（S）　S（m）　MS（cm）　MS：S　ppm 56　CPI154　Q11　1.18　576.6558　0.21　1/274000　3.64

3　隧道控制測量貫通誤差估算

3.1洞外控制測量對(duì)洞內(nèi)橫向貫通誤差影響的估算

洞外獨(dú)立控制網(wǎng)測量采用GPS方法觀測，洞外控制測量的驗(yàn)后橫向貫通中誤差：

3.2洞內(nèi)控制測量對(duì)橫向貫通誤差影響的設(shè)計(jì)

革朗隧道全長11575m,設(shè)有斜井一座，設(shè)有橫洞兩座，其中隧道正洞開挖最長段是1#斜井與2#橫洞之間，其正洞開挖長度7290m，斜井長度390m，2#橫洞長度1063m，貫通面里程設(shè)計(jì)為DK365+980。僅以此施工開挖段進(jìn)行測量貫通設(shè)計(jì)。

根據(jù)高鐵測量規(guī)范要求,主要對(duì)隧道橫向貫通誤差進(jìn)行設(shè)計(jì),影響橫向貫通誤差的因素有洞外控制測量誤差和洞內(nèi)控制測量誤差，洞內(nèi)控制測量按二等精度預(yù)計(jì)。

洞內(nèi)控制測量采用全站儀導(dǎo)線方法觀測，影響導(dǎo)線測量誤差的因素主要是測角誤差和測距誤差。洞內(nèi)測量設(shè)計(jì)的驗(yàn)前橫向貫通中誤差：

式中myβ—測角誤差影響在貫通面上產(chǎn)生的橫向中誤差（mm）；

MyL—測邊誤差影響在貫通面上產(chǎn)生的橫向中誤差（mm）；

Mβ—控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的測角中誤差（″）取mβ=1.0″；

Rx—控制網(wǎng)各點(diǎn)至貫通面的垂直距離（m），洞內(nèi)導(dǎo)線平均邊長設(shè)計(jì)為350m；

ML/L—控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的邊長相對(duì)中誤差，取ML/L =1/100000

dy—控制網(wǎng)各邊在貫通面上的投影長度（m）。

洞內(nèi)控測時(shí)，洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成多邊形閉合環(huán)，導(dǎo)線水平角觀測采用測回法，測回?cái)?shù)不少于六個(gè)測回（應(yīng)用J1級(jí)儀器），正洞內(nèi)導(dǎo)線邊長按400m布設(shè)，橫洞、斜井洞內(nèi)導(dǎo)線邊長按350m布設(shè)，實(shí)測導(dǎo)線邊應(yīng)進(jìn)行高程投影改化，測距時(shí)應(yīng)考慮溫度和大氣壓的影響。

3.3隧道洞外、洞內(nèi)控制測量對(duì)橫向貫通誤差影響的估算

革朗隧道1#斜井與2#橫洞之間橫向貫通誤差總的影響值為：

4　結(jié)束語

云桂鐵路革朗隧道，洞外控制網(wǎng)采用雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)測量，按規(guī)范采用相關(guān)軟件進(jìn)行基線處理及網(wǎng)平差后，通過精度估算，能滿足貫通精度要求，并且根據(jù)洞內(nèi)導(dǎo)線擬采用的儀器情況，綜合洞外、洞內(nèi)控制測量對(duì)貫通誤差的估算，也滿足總體貫通精度的要求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《工程測量規(guī)范》.中華人民共和國建設(shè)部，GB50026-2007[S].

[3]《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》.中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，GB/T 18314-2009[S].

作者簡介：劉祖軍，男，工程師，教師。