龔秋全，董武鐘，張 屆，張 健

（1.四川電力設(shè)計咨詢有限責任公司，四川 成都 610016；2. 廣東省電力設(shè)計研究院，廣東 廣州 510663；3.中國地質(zhì)大學 信息工程學院，湖北 武漢430074）

交叉雙導線網(wǎng)在長隧道CPⅡ測量中的應用

龔秋全1，董武鐘1，張 屆2，張 健3

（1.四川電力設(shè)計咨詢有限責任公司，四川 成都 610016；2. 廣東省電力設(shè)計研究院，廣東 廣州 510663；3.中國地質(zhì)大學 信息工程學院，湖北 武漢430074）

介紹了交叉雙導線網(wǎng)在長隧道CPⅡ測量中的應用，結(jié)合工程實例對其精度和工作效率進行分析，證明交叉雙導線網(wǎng)應用在長隧道CPⅡ測量中是可行的。

交叉雙導線網(wǎng)；全導線網(wǎng)；長隧道；CPⅡ

隨著近幾年高速鐵路的快速發(fā)展，大批長隧道（3 km＜L≤10 km）不斷涌現(xiàn)。受客觀條件的限制，目前洞內(nèi) CPⅡ 平面控制網(wǎng)的布設(shè)只能采用導線方式。CPⅡ控制網(wǎng)是在基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPⅠ）基礎(chǔ)上沿線路附近布設(shè)，約800～1 000 m一個，是勘測、施工階段的線路平面控制和無砟軌道施工階段軌道控制網(wǎng)CPⅢ的基準，而 CPⅢ控制網(wǎng)的精度將直接影響軌道的平順性，從而影響列車運行的安全性及舒適度。雖然目前多采用 0.5"級高精度全站儀，理論上，CPⅡ平面控制網(wǎng)精度比較容易滿足，但實際中受各種外界因素的影響，隧道二等及更高等級的洞內(nèi)平面控制網(wǎng)測量精度很難達到限差要求。因此，如何保證長隧道洞內(nèi)CPⅡ測量精度成為一個新的課題[1,2]。

長隧道平面控制網(wǎng)測量大都采用全導線網(wǎng)的形式，但是大地四邊形全導線網(wǎng)的觀測量大且靠近洞壁的側(cè)邊易受旁折光影響，其缺點也顯而易見。鑒于此，本文提出將交叉雙導線網(wǎng)應用于長隧道CPⅡ測量，并結(jié)合某長隧道工程進行可行性驗證。

1 長隧道內(nèi)CPⅡ測量控制網(wǎng)布設(shè)與精度指標

1.1 洞外GPS平面控制網(wǎng)

洞內(nèi)CPⅡ點需要與洞外的GPS點進行聯(lián)測，故在隧道進、出口線路中線上布設(shè)進、出口點（J、C）,進、出口再各布設(shè)3個定向點(J1、J2、J3和C1、C2、C3)，進、出口點與相應定向點之間應通視,為減小垂線偏差的影響,高差不要相差太大。洞外GPS平面控制網(wǎng)取獨立的工程平面直角坐標系,以進口點到出口點的方向為X方向,與之相垂直的方向為Y方向。這時的GPS網(wǎng)是一個很狹長的網(wǎng),且長短邊相差特別大,長邊超過10 km，短邊可能不到300 m。因為有通視要求且受隧道進、出口地形條件所限,洞口處的GPS基線不可能很長,一般要求300～500 m。若小于該值,應設(shè)強制對中裝置,以減小照準與對中誤差對短邊測角精度的影響。GPS網(wǎng)應采用精度為5 mm+1 ppm的雙頻接收機觀測[3]。

1.2 洞內(nèi)狹長導線網(wǎng)

在洞外GPS平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上,布設(shè)洞內(nèi)導線。洞內(nèi)導線的設(shè)計采用由大地四邊形構(gòu)成的導線網(wǎng)，長導線邊按500 m左右設(shè)計[4]。以往我們在長隧道里大都采用全導線網(wǎng)（圖1a）的形式，但由于大地四邊形全導線網(wǎng)的觀測量大,且靠近洞壁的側(cè)邊易受旁折光影響（圖2），雖然通視沒有問題，測量時單測站也能滿足要求，但通過軟件計算就會發(fā)現(xiàn)，與此點相關(guān)的閉合環(huán)大都超限?；谶@些缺點，本文采用交叉雙導線的方式對其進行優(yōu)化，為增加檢核，應每隔一條側(cè)邊閉合一次，成為由重疊四邊形構(gòu)成的交叉雙導線網(wǎng)（圖1b）。洞內(nèi)導線網(wǎng)應采用測角精度為0.5"，測邊精度為0.6 mm+1 ppm的電子全站儀觀測[5]。

圖1 洞內(nèi)導線網(wǎng)布設(shè)示意圖

圖2 通視點對

2 工程應用實例

2.1 工程概況

某工程測區(qū)大致呈西北-東南走向，正線長度共計635 km，其中隧道總計400 km，最長的隧道達22 km，鐵路設(shè)計速度200 km/h。全線除6 km以上的長大隧道外，均鋪設(shè)有砟軌道。由于隧道多、長，如果采用全導線網(wǎng)的方式，工作量大和隧道壁折光等缺點將無法克服，采用交叉雙導線網(wǎng)則可對其進行優(yōu)化。

2.2 施工流程

1）工作之前正確設(shè)置儀器參數(shù)。

2）TS30架站D4，后視點學習D2，順時針旋轉(zhuǎn)學習前視點D1、D5（此時不測量D6，往大里程方向不構(gòu)成D4-D6邊），學習完成進行測量。

3）TS30架站D3，后視點學習D2，順時針旋轉(zhuǎn)學習前視點D5、D6（此時不測量D1，往小里程方向不構(gòu)成D1-D3邊），學習完成進行測量。

按此方法從小里程向大里程方向測量，平行于隧道方向的每2對點都交替觀測一條邊。

2.3 全導線網(wǎng)與交叉雙導線網(wǎng)測量數(shù)據(jù)的對比

2.3.1 精度對比

通過軟件平差分析對比2種網(wǎng)形的精度指標,測距中誤差、測角中誤差、導線全長相對閉合差限差、方位角閉合差限差、相鄰點相對點位中誤差如表1和表2。

表1 數(shù)據(jù)平差精度

表2 最弱邊精度

表3 導線測量的主要技術(shù)要求

從表1、表2和表3分析可看出，2種網(wǎng)形的平差結(jié)果均滿足隧道CPⅡ控制網(wǎng)的精度指標。全導線網(wǎng)和交叉雙導線網(wǎng)測距中誤差分別為0.42 mm和0.43 mm，通過最弱邊的精度分析可知，相鄰點的相對點位中誤差結(jié)果也相當，以上2項精度指標值相差不大；測角中誤差、導線全長相對閉合差、方位角閉合差的精度指標中，2種網(wǎng)形均滿足限差要求，且交叉雙導線網(wǎng)的精度較全導線網(wǎng)有了一定程度的提高。

采用交叉雙導線網(wǎng)的方法，精度可以滿足隧道CPⅡ的測量精度要求。通過減少靠近隧道壁的觀測，可以減少隧道壁的影響，精度整體上得到提升。

2.3.2 工作量對比

表4表明，采用不同的網(wǎng)形，方向、距離觀測數(shù)和閉合環(huán)個數(shù)相差很大。方向、距離觀測數(shù)中，全導線網(wǎng)是220個，交叉雙導線網(wǎng)是170個，采用交叉雙導線的方法可以減少野外測量的工作量；閉合環(huán)個數(shù)中，全導線網(wǎng)的是35個，交叉雙導線網(wǎng)的是19個，閉合環(huán)數(shù)的減少可以加快內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)處理。

表4 觀測量對比表

2.3.3 坐標平差成果的對比

通過表5比較2種網(wǎng)形的坐標成果，得出2種網(wǎng)形X坐標和Y坐標的較差Δ X和Δ Y，如圖3所示。X坐標較差最大值是2.20 mm，Y坐標較差最大值是1.09 mm，點位較差最大值是2.46 mm。坐標較差X、Y方向大于2 mm的個數(shù)是4個，占總數(shù)的11.43%；坐標較差X、Y方向小于2 mm的個數(shù)是31個，占總數(shù)的88.57%。2種網(wǎng)形的坐標成果吻合度很高，符合《高速鐵路工程測量規(guī)范》中CPII控制點復測坐標較差為15 mm的要求，說明交叉雙導線網(wǎng)是可靠的。

表5 坐標成果對比表

圖3 全導線網(wǎng)和交叉雙導線網(wǎng)坐標較差

3 結(jié) 語

工程實例表明，交叉雙導線網(wǎng)應用于長隧道CPⅡ測量是可行的。采用交叉雙導線網(wǎng)克服了大地四邊形全導線網(wǎng)觀測量大和靠近洞壁的側(cè)邊易受旁折光影響的缺點，隧道內(nèi)CPⅡ的測量精度和內(nèi)外業(yè)工作效率都得到提高，為長隧道CPⅡ測量工作提供了一定的參考依據(jù)。

[1] 盧學成.高速鐵路長大隧道 CPⅡ測量精度研究[J].鐵道勘測與設(shè)計，2012(3):13-18

[2] 李新，荊艷會，許鵬.長大隧道控制測量[J].中外公路，2012,32(9)：14-17

[3] 張正祿，張松林，伍志剛，等.20～50 km超長隧道(洞)橫向貫通誤差允許值研究[J].測繪學報，2004,33(1)：83-88

[4] 張正祿.工程測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2005

[5] 顧孝烈，鮑峰，程效軍.測量學[M].上海：同濟大學出版社，2009

[6] 王錫和.高速鐵路精密控制測量技術(shù)[J].地理空間信息，2010,8(1)：127-130

[7] 張英翔，胡波，羅濤，等.京滬高速鐵路CPⅡ控制測量復測技術(shù)研究[J].地理空間信息，2008,6(3)：112-114

P208

B

1672-4623（2015）01-0159-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.053

龔秋全，高級工程師，主要從事工程測量設(shè)計研究工作。

2013-05-24。