武換咪

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院測繪分院 陜西 西安 710002）

1 引言

引漢濟(jì)渭受水區(qū)輸配水工程南干線黃池溝試驗(yàn)洞長度3.3km，隧洞設(shè)計(jì)比降1/3000，洞徑6.7m×6.7m，試驗(yàn)洞開工之前，需要建立施工貫通洞外平面和高程控制網(wǎng)，滿足施工放樣和引測進(jìn)洞的要求。

2 洞外平面控制的建立及精度分析

2.1 洞外控制等級及網(wǎng)形確定

黃池溝試驗(yàn)洞進(jìn)出口間長度為3.3km，中間未設(shè)施工支洞，施工計(jì)劃從進(jìn)出口兩端掘進(jìn)，因此，洞內(nèi)施工貫通相向開挖長度小于5km，根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T5173-2003）中表11.2.1洞外控制網(wǎng)等級選擇的規(guī)定，平面控制網(wǎng)測量等級確定為四等。

隧洞進(jìn)出口端地形地貌條件具備GPS測量的空間要求，因此網(wǎng)形采用四等GPS網(wǎng)。

2.2 洞外控制點(diǎn)選設(shè)及網(wǎng)形組成

2.2.1 選點(diǎn)原則及要求

（1）點(diǎn)位應(yīng)選在通視良好、交通方便、地基穩(wěn)定且能長期保存的地方。視線離障礙物（距上、下和旁側(cè)）不宜小于1.5m，并避免視線通過吸熱、散熱較快和強(qiáng)電磁場干擾的地方（如煙囪、高壓線等）。

（2）點(diǎn)位應(yīng)選在便于安置GPS接收機(jī)設(shè)備、視野開闊的地方，被測衛(wèi)星的地平高角度應(yīng)大于15°。

（3）點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源（如電視塔、微波站等），其距離不得小于200m；并應(yīng)遠(yuǎn)離高壓電線，其距離不得小于50m。

2.2.2 點(diǎn)位設(shè)立

為了便于施工放樣和向洞內(nèi)傳遞，并考慮進(jìn)洞前檢測等因素，應(yīng)在每個洞口附近分別布設(shè)3個控制點(diǎn)。

因試驗(yàn)洞施工方案是在進(jìn)出口間相向開挖掘進(jìn)，因此，只需在進(jìn)出口端分別留設(shè)3個固定點(diǎn)，可以滿足隧洞施工貫通控制進(jìn)洞需要。即在試驗(yàn)洞進(jìn)口端（黃池溝內(nèi)）可以利用NGPS022、NGPS023等兩點(diǎn)標(biāo)志，另布設(shè)了JK1點(diǎn)，作為進(jìn)口端施工貫通進(jìn)洞基準(zhǔn)點(diǎn)；在試驗(yàn)洞出口端（馬岔河）布設(shè)了KC1、KC2、KC3三點(diǎn)，作為出口端施工貫通進(jìn)洞基準(zhǔn)點(diǎn)，以上6個點(diǎn)作為試驗(yàn)洞施工貫通洞外控制點(diǎn)。新增設(shè)點(diǎn)位采用固定建筑物上鉆孔鑲嵌鋼筋標(biāo)志，并繪制點(diǎn)之記。

2.2.3 網(wǎng)形選取

根據(jù)所選點(diǎn)位處地形地貌特征，點(diǎn)位滿足架設(shè)GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測的要求，網(wǎng)形應(yīng)采用四等GPS網(wǎng)觀測方案；為了兼顧試驗(yàn)洞出口以下后續(xù)輸水暗渠施工控制銜接統(tǒng)一精度，上述6個點(diǎn)與隧洞出口東約3km處的ⅢPN4、ⅢPN5點(diǎn)共同組成GPS網(wǎng)觀測，網(wǎng)形布設(shè)如圖1。

2.3 GPS觀測

觀測采用4臺套華測X900雙頻GPS接收機(jī)，靜態(tài)標(biāo)稱精度為：平面：±2.5mm+1ppm；高程：±5mm+1ppm。作業(yè)模式為靜態(tài)方式。外業(yè)觀測的主要技術(shù)要求：觀測時段數(shù)2個，衛(wèi)星高度角≥15°，有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥4，觀測時段長度≥60min，數(shù)據(jù)采樣間隔15s，點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子（PDOP）＜8。

外業(yè)觀測時，測站操作應(yīng)按以下要求進(jìn)行：

（1）觀測前，對接收機(jī)進(jìn)行預(yù)熱和靜置。

（2）天線高的量取精確至1mm。

（3）每時段觀測前、后各量取天線高一次，兩次互差小于3mm時，取兩次平均值作為最后結(jié)果。

（4）觀測中，避免在接收機(jī)近旁使用無

圖1 洞外GPS控制布設(shè)網(wǎng)形圖

表1 GPS觀測數(shù)據(jù)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

表2 三維無約束平差精度統(tǒng)計(jì)表

表3 二維約束平差精度統(tǒng)計(jì)表

表4 二維約束平差精度統(tǒng)計(jì)表

圖2 洞外高程控制（四等水準(zhǔn)路線）布設(shè)網(wǎng)形圖

2.4 觀測數(shù)據(jù)檢驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理

2.4.1 應(yīng)用軟件

GPS網(wǎng)基線解算采用GPS后處理軟件HDS2003；GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理采用GPS工程測量網(wǎng)通用平差軟件包（CosaGPSV5.20）。

2.4.2 GPS觀測數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

首先進(jìn)行基線解算，接著進(jìn)行重復(fù)基線的長度較差、同步環(huán)與異步環(huán)各坐標(biāo)坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長閉合差等檢驗(yàn)；經(jīng)驗(yàn)算其各項(xiàng)指標(biāo)均在限差以內(nèi)，其2個觀測時段的最大值統(tǒng)計(jì)如表1所示。由表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以說明，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

2.4.3 GPS數(shù)據(jù)處理

（1）三維無約束平差。

在上述各項(xiàng)質(zhì)量檢核符合要求后，采用GPS工程測量網(wǎng)通用平差軟件包（CosaGPS V5.20），以所有獨(dú)立基線組成GPS空間向量網(wǎng)，并在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行三維無約束平差。在無約束平差中，基線向量的改正數(shù)（V⊿x、V⊿y、V⊿z）絕對值均小于 3σ，其無約束平差2個觀測時段的精度最大值統(tǒng)計(jì)如表2所示。

由表2各項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析說明：GPS網(wǎng)內(nèi)部符合精度；基線向量之間無明顯的系統(tǒng)誤差和粗差。

（2）二維約束平差。

在無約束平差確定有效觀測量的基礎(chǔ)上，在本工程平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系下（掛靠在1980西安坐標(biāo)系下的獨(dú)立坐標(biāo)系，其起算點(diǎn)為B級GPS點(diǎn)1357，中央子午線經(jīng)度為108°54′25″，投影面高程為450m）進(jìn)行二維約束平差，二維約束平差固定NGPS022、NGPS023、IIIPN4和IIIPN5等4個已知點(diǎn)。約束平差中，基線向量的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)的較差 （dV⊿x、dV⊿y、dV⊿z）均小于2σ；其二維約束平差2個觀測時段的精度指標(biāo)最大值統(tǒng)計(jì)如表3所示。

二維約束平差精度符合要求，也說明起始數(shù)據(jù)誤差較小。

（3）固定一點(diǎn)一方位的GPS獨(dú)立網(wǎng)平差。

以二維約束平差后的NGPS022坐標(biāo)為原點(diǎn)，以NGPS022～KC3的方位為起始方位，取隧洞洞底平均高程510m作為投影高程面，按固定一點(diǎn)一方位的獨(dú)立網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其兩個觀測時段的精度最大值統(tǒng)計(jì)如表4所示。

3 洞外高程控制的建立

3.1 控制等級及觀測網(wǎng)形的確定

經(jīng)實(shí)地查勘隧洞沿線地形地貌，以及輸水隧洞設(shè)計(jì)比降、相向開挖長度，并考慮到該段隧洞沿線已有高等級水準(zhǔn)點(diǎn)分布等因素，高程控制測量等級確定為四等。經(jīng)踏勘現(xiàn)場，隧洞進(jìn)出口之間地形起伏變化小，且進(jìn)出口附近有已知二等水準(zhǔn)點(diǎn)，因此，本次洞外高程控制測量方案采用四等附合幾何水準(zhǔn)路線。

3.2 點(diǎn)位選設(shè)

3.2.1 選設(shè)原則

依據(jù)規(guī)范要求，隧洞施工應(yīng)在每個洞口（進(jìn)洞口、支洞口、出洞口）附近留設(shè)2個洞外高程控制點(diǎn)。

3.2.2 點(diǎn)位設(shè)立及觀測方案

（1）進(jìn)口端附近有二等水準(zhǔn)點(diǎn)JH03，同時利用進(jìn)口附近平面控制點(diǎn)NGPS022、JK1；

（2）出口端附近選設(shè)KS1、KS2等兩個高程點(diǎn)，標(biāo)志采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，同時繪制點(diǎn)之記。

（3）起始于進(jìn)口端附近二等水準(zhǔn)點(diǎn)JH03，閉合于出口東側(cè)二等水準(zhǔn)點(diǎn)JH25（應(yīng)檢測JH25～JH27測段高差），將上述4個點(diǎn)及出口附近平面控制點(diǎn)KC1、KC2、KC3納入水準(zhǔn)路線，網(wǎng)形如圖2。

3.3 觀測

3.3.1 觀測使用LeicaDNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀（高程測量精度0.3mm/km）。使用配套因瓦條碼尺，在作業(yè)前按照規(guī)定進(jìn)行了檢驗(yàn)。

3.3.1 觀測使用儀器及要求

（1）四等幾何水準(zhǔn)測量采用LeicaDNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀觀測，水準(zhǔn)標(biāo)尺采用銦瓦條碼尺，尺臺選用質(zhì)量應(yīng)不小于1.0kg。

（2）水準(zhǔn)儀、銦瓦條碼尺在作業(yè)前應(yīng)送法定計(jì)量檢定單位進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，并在檢定的有效期內(nèi)使用。

（3）數(shù)字水準(zhǔn)儀，整個作業(yè)期間應(yīng)在每天開測前進(jìn)行i角測定。因作業(yè)時段較短，銦瓦條碼尺可只在作業(yè)前進(jìn)行檢驗(yàn)標(biāo)尺分劃面彎曲差、一對標(biāo)尺名義米長的測定。

3.3.2 觀測方法及設(shè)置測站的要求

（1）測段高差采用單程施測。

（2）測站的視線長度≤100m，前后視距差≤3m，任一測站上前后視距差累積≤10m，視線高度三絲能讀數(shù)，數(shù)字水準(zhǔn)儀重復(fù)測量次數(shù)≥2次，同一標(biāo)尺兩次觀測所測高差的差應(yīng)≤3.0mm。

（3）每測站照準(zhǔn)標(biāo)尺順序?yàn)椋汉笄扒昂蟆?/p>

3.3.3 間歇及檢測

觀測間歇時，最好在水準(zhǔn)點(diǎn)上結(jié)束觀測。否則，應(yīng)在最后一站選擇兩個堅(jiān)穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置標(biāo)尺的固定點(diǎn)，作為固定點(diǎn)。間歇后應(yīng)對間歇點(diǎn)進(jìn)行檢測，比較任意兩轉(zhuǎn)點(diǎn)間歇前后所測高差的差應(yīng)≤3.0mm時，方可由此起測。檢測成果應(yīng)在手簿中保留，但計(jì)算高差時不予采用。檢測已測測段高差之差應(yīng)小于30 R （R為檢測測段的長度，以千米計(jì)）。

3.4 外業(yè)觀測數(shù)據(jù)驗(yàn)算

3.5 數(shù)據(jù)處理

四等附合水準(zhǔn)路線閉合差按測站數(shù)配賦，根據(jù)配賦后的測段高差計(jì)算各待定點(diǎn)高程。

4 結(jié)語

黃池溝試驗(yàn)洞施工貫通洞外平面和高程控制技術(shù)方案，結(jié)合工程所在區(qū)域的自然地理特征，選取了經(jīng)濟(jì)合理的控制等級，洞外平面控制采用了GPS網(wǎng)形，洞外高程控制采用幾何水準(zhǔn)路線，經(jīng)過建網(wǎng)、觀測、數(shù)據(jù)處理以及精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析，說明GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)路線的數(shù)據(jù)處理結(jié)果可靠，可以滿足隧洞施工貫通洞外控制的精度需要。陜西水利

[1]李青岳 陳永奇，《工程測量學(xué)》[M]，ISBN 978-7-5030-1867-1.

[2]《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T 5173—2012）[S].