謝啟金

(黔南州交通設(shè)計院)

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公路隧道施工測量及其注意事項分析

謝啟金

(黔南州交通設(shè)計院)

對于公路隧道施工而言，其施工測量有利于確保了隧道的順利貫通。在具體的工程中，必須根據(jù)工程的地形條件與測量要求，選擇合適的測量方案，并在施工過程中做到嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范。主要根據(jù)具體的工程實例分析了公路隧道施工測量及其注意事項。

公路隧道；施工測量；注意事項

1 工程概況

本文主要以某高速公路的隧道施工項目為例，該隧道共計1 241m，左右洞為分離布置，左洞共計1 217m，右洞共計1 265m，屬于長隧道。該隧道區(qū)處于丘陵地貌，殘丘山脊呈現(xiàn)為北西—南東走向，相對高差為150m，進(jìn)出口山坡的坡度近20°～25°。因此，為了確保該隧道的順利貫通，在施工之前對其進(jìn)行了控制測量。

2 隧道控制測量方法

隧道的控制測量主要可以分為兩個部分，一為平面控制測量，即測定點(diǎn)位的X，Y坐標(biāo)；二為高程控制測量，即測定點(diǎn)位的H坐標(biāo)。

平面控制測量主要可以使用GPS測量、導(dǎo)線測量、三角測量或是三邊測量的方法，其中，路線的平面控制測量應(yīng)使用導(dǎo)線測量的方法。高程控制根據(jù)精度可以分為五個等級，針對各等級的高程控制，可以使用水準(zhǔn)測量的方法，四等及以下的等級使用電磁波測距三角高程測量，五等使用GPS擬合高程測量。

3 隧道洞外控制測量

(1)對隧道的進(jìn)出口進(jìn)行聯(lián)測。綜合相關(guān)規(guī)范中對于長隧道的洞外控制測量精度要求以及本工程的測設(shè)條件，決定使用精密導(dǎo)線法對隧道的進(jìn)出口進(jìn)行洞外平面控制網(wǎng)聯(lián)測，在四等水準(zhǔn)測量的導(dǎo)線聯(lián)測中，將隧道進(jìn)口的設(shè)計點(diǎn)L5、L6作為起算邊，沿著縣道與省道布點(diǎn)，進(jìn)行導(dǎo)線點(diǎn)的加密聯(lián)測，一共布設(shè)了15個加密點(diǎn)，從而聯(lián)測至該隧道的出口設(shè)計點(diǎn)L1、L2。導(dǎo)線共計5 155.120m，觀測了17站。角度的閉合差是+6″，與容許值相差±41″，達(dá)到要求；導(dǎo)線全長的閉合差f為0.061，全長相對閉合差K為1/84 510，與規(guī)范相差1/17 000，達(dá)到精度要求。在水準(zhǔn)聯(lián)測中，將該隧道的進(jìn)口設(shè)計點(diǎn)L6作為起點(diǎn)，根據(jù)四等水準(zhǔn)測量精度要求進(jìn)行測量，沿著縣道、省道聯(lián)測至隧道出口設(shè)計點(diǎn)L1，并開展往返測量，一共為116站。聯(lián)測結(jié)果顯示水準(zhǔn)閉合差是+15mm，容許閉合差是±64mm，達(dá)到了精度的要求。

(2)對設(shè)計水準(zhǔn)點(diǎn)于導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，確認(rèn)達(dá)到精度要求后，對施工控制網(wǎng)進(jìn)行加密處理。在洞外選擇合適點(diǎn)位(穩(wěn)固、可靠、通視良好)加密洞口的四等三角網(wǎng)。因為該隧道左右洞均是曲線進(jìn)洞、直線出洞，因此，在選擇點(diǎn)位時應(yīng)考慮到后期洞內(nèi)加密網(wǎng)型的走向以及洞外控制網(wǎng)如何相連才能夠到達(dá)最優(yōu)，防止因為洞外添加轉(zhuǎn)點(diǎn)而出現(xiàn)累計誤差。

在本工程中，為了使得施工控制網(wǎng)精度達(dá)到相應(yīng)的要求，使用了徠卡TS06全站儀觀測，而水平角觀測使用的為方向觀測法六測回，奇測回觀測左角，偶測回觀測右角，方向觀測的過程中各項限差滿足相關(guān)規(guī)范的精度要求。在測量的前后，測定溫度與氣壓輸入儀器，經(jīng)過儀器加常數(shù)、乘常數(shù)以及氣象、傾斜改正化算成水平距離。若是洞口高差較大，則觀測距離成果應(yīng)進(jìn)行投影改正，其計算公式如下所示

式中：D為歸算到投影高程面上的測距邊長度，m；D0為測距邊兩端平均高程面上的平距，m；H0為測區(qū)的投影面高程，m；HM為測距邊兩端的平均高程，m；RA為地球曲率半徑，m。

洞外高精度水準(zhǔn)點(diǎn)大多數(shù)都和導(dǎo)線控制點(diǎn)重合，以便在施工測量中使用。在進(jìn)行水準(zhǔn)測量的過程中，實施往返測量。將隧道進(jìn)口設(shè)計點(diǎn)L6作為起點(diǎn)，往進(jìn)洞口的方向測設(shè)加密點(diǎn)JK-1的高程，采取往返測量，一共12站，水準(zhǔn)閉合差是+6mm，容許閉合差是±20mm；將隧道出口將設(shè)計點(diǎn)L1作為起點(diǎn)，向著洞口的方向測設(shè)加密點(diǎn)CK-1高程，采取往返測量，一共14站，水準(zhǔn)閉合差是-4mm，容許閉合差是±22mm。

4 隧道洞內(nèi)控制測量

4.1 洞內(nèi)平面控制測量

(1)本隧道洞內(nèi)平面控制網(wǎng)使用的是導(dǎo)線形式，并將洞口投點(diǎn)(插點(diǎn))作為起始點(diǎn)，沿著隧道的中線或是隧道的兩側(cè)布設(shè)成直伸長邊導(dǎo)線，或是狹長的多環(huán)導(dǎo)線。

(2)導(dǎo)線的邊長要求應(yīng)近似相等，直線段必須≥200m，曲線段必須≥70m，導(dǎo)線邊與洞內(nèi)設(shè)施的距離應(yīng)≥0.2m。

(3)在雙線隧道或是其他的輔助坑道同時掘進(jìn)的過程中，必須分別布設(shè)導(dǎo)線，并且通過橫洞連成閉合環(huán)。

(4)當(dāng)隧道掘進(jìn)到導(dǎo)線設(shè)計邊長2～3倍，必須進(jìn)行一次導(dǎo)線的延伸測量。

(5)針對長距離隧道，應(yīng)加測一定數(shù)量的陀螺經(jīng)緯儀定向邊。

(6)當(dāng)隧道封閉進(jìn)行氣壓施工，應(yīng)對觀測距離作氣壓改正。

圖1 隧道進(jìn)口右洞洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)示意圖

從圖1中可以看出，該隧道進(jìn)口右洞掌子面掘進(jìn)到400m左右，進(jìn)行了一次洞內(nèi)平面控制測量，由于洞口段處于曲線段，點(diǎn)Y-1～Y-3，點(diǎn)Y-2～Y-4距離處于100～150m，從而確?；ハ嗤ㄒ?，Y-5處于已經(jīng)澆筑的整平層最前端，導(dǎo)線為狹長形。在該次平面控制測量過程中，共計架設(shè)了7站，角度閉合差是+4″，容許值是±26″，導(dǎo)線全長閉合差是0.007，全長相對閉合差是1/162 921，其精度均達(dá)相應(yīng)要求。

4.2 洞內(nèi)高程控制測量

洞內(nèi)的高程控制測量主要使用的是水準(zhǔn)測量方法，和洞口水準(zhǔn)點(diǎn)、相關(guān)洞口水準(zhǔn)點(diǎn)(含豎井和平洞口)以及必要的洞外水準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)組成閉合或是往返水準(zhǔn)路線。為了確保施工、復(fù)測方便，洞內(nèi)的水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)密度必須較大。

5 隧道施工的注意事項

5.1 貫通誤差對隧道貫通的影響

(1)縱向誤差影響隧道中線的長度和線路的設(shè)計坡度。(2)橫向誤差影響線路方向，如果超過一定的范圍，就會引起隧道幾何形狀的改變，甚至造成侵入建筑限界而迫使大段襯砌拆除重建，既給工程造成重大經(jīng)濟(jì)損失又延誤了工期。因此，必須對橫向誤差加以限制。(3)高程誤差主要影響線路坡度。

5.2 貫通誤差估算的方法

貫通誤差估算的方法因控制網(wǎng)的形式不同而異。

5.2.1 導(dǎo)線測量誤差對橫向貫通精度的影響估算

(1)測角誤差

設(shè)RX為導(dǎo)線環(huán)在隧道兩洞口連線的一列邊上的各點(diǎn)至貫通面的垂直距離(m)，則導(dǎo)線的測角中誤差mβ(″)對橫向貫通中誤差的影響為

圖2 測角誤差的估算

(2)測距誤差

設(shè)導(dǎo)線環(huán)在鄰近隧道兩洞口連線的一列測邊上的各邊對貫通面上的投影長度為dy(m)，導(dǎo)線邊長測量的相對中誤差為ml/l，則由于測距誤差對貫通面上橫向中誤差的影響為

圖3 測距誤差的估算

受角度測量誤差和距離測量誤差的共同影響，導(dǎo)線測量誤差對貫通面上橫向貫通中誤差的影響為

5.2.2 三角測量誤差對橫向貫通精度的影響估算

(1)按照嚴(yán)密公式計算。(2)按導(dǎo)線估算：偏于安全，目前不提倡。

5.2.3 高程控制測量對高程貫通誤差的影響估算

在貫通面上，受洞外或洞內(nèi)高程控制測量誤差影響而產(chǎn)生的高程中誤差為

式中：MΔ為每千米水準(zhǔn)測量的偶然中誤差，mm；L為洞外或洞內(nèi)兩開挖洞口間高程路線長度的公里數(shù)。

5.3 隧道貫通誤差的測定

(1)平面貫通誤差的測定。隧道貫通之后，在隧道的貫通面上釘一根臨時樁，并利用隧道進(jìn)口控制點(diǎn)與出口控制點(diǎn)，分別向著臨時樁測量，測取臨時樁點(diǎn)平面坐標(biāo)，把兩組坐標(biāo)差值投影至貫通面上與隧道中線上，則貫通面上投影就是橫向貫通誤差，中線上投影就是縱向貫通誤差。(2)高程貫通誤差的測定。高程貫通誤差的測量主要使用的是水準(zhǔn)測量的方法，由隧道的進(jìn)口與出口附近水準(zhǔn)點(diǎn)開始，分別向著洞內(nèi)測量，從而得出貫通面上同一點(diǎn)高程，并得到兩個高程之差。

5.4 隧道貫通誤差的調(diào)整

(1)平面貫通誤差調(diào)整。當(dāng)貫通誤差≤50mm，為了確保達(dá)到隧道建筑限界要求，可不調(diào)整線路中線。當(dāng)貫通誤差>50mm，應(yīng)使用線位擬合的方法進(jìn)行調(diào)整，并且調(diào)整后的線路必須達(dá)到平順性標(biāo)準(zhǔn)以及隧道建筑限界的要求。

(2)高程貫通誤差調(diào)整。貫通點(diǎn)附近的水準(zhǔn)點(diǎn)高程，使用從貫通面兩端引測的高程平均值，作為調(diào)整后高程。洞內(nèi)未襯砌地段各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，應(yīng)按照水準(zhǔn)路線長度對高程貫通誤差進(jìn)行按比例分配，得到調(diào)整后高程，作為施工放樣依據(jù)。

6 結(jié) 語

綜上所述，隧道工程施工質(zhì)量直接影響到整個高速公路運(yùn)行安全性與可靠性。而在隧道工程施工過程中，其測量是確保施工質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，這就要求技術(shù)人員不斷創(chuàng)新，熟練掌握測量技術(shù)，從而確保隧道施工的順利進(jìn)行。

[1] 劉浩.公路隧道工程施工測量技術(shù)運(yùn)用探析[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2013:26-27.

[2] 李從德.公路橋隧施工測量放樣應(yīng)用技術(shù)[J].中國科技博覽,2009,(35):98-99.

[3] 徐英杰.隧道工程施工測量之我見[J].科技致富向?qū)?2013,(21):354-354.

2014-12-16

謝啟金(1979-)，男，貴州余慶人，工程師，主要從事公路測量與設(shè)計研究。

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1008-3383(2015)09-0095-02