鄭雪峰

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300142)

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影響隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量精度的因素分析

鄭雪峰

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300142)

隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量環(huán)境復(fù)雜，影響測(cè)量精度的因素較多。介紹影響隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量精度的因素，對(duì)這些因素進(jìn)行深入分析，制訂相應(yīng)的措施，結(jié)合工程建設(shè)實(shí)例，給出隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量的建議。

洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量研究分析

基于某客運(yùn)專線多條隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)地分析影響隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量精度的因素，并提出改進(jìn)措施。

1　導(dǎo)線測(cè)量實(shí)例

某客運(yùn)專線兩座長度大于5 km的隧道，均采用雙側(cè)成對(duì)布設(shè)交叉全導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)量，如圖1所示。

圖1　雙側(cè)成對(duì)布點(diǎn)交叉全導(dǎo)線網(wǎng)

第一座隧道長5.09 km，為直線隧道，洞內(nèi)共布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)11對(duì)，按照隧道二等測(cè)量要求施測(cè)。外業(yè)測(cè)量后數(shù)據(jù)處理時(shí)，角度閉合差為42.82″，超過限差12.98″的要求。X坐標(biāo)閉合差為35.54 mm，Y坐標(biāo)閉合差為180.63 mm，導(dǎo)線全長相對(duì)閉合差為1∶27 678，超過限差1∶55 000的要求。導(dǎo)線內(nèi)四邊形環(huán)角度和全長相對(duì)閉合差超限情況見表1，共有21個(gè)閉合環(huán)，其中有10個(gè)環(huán)角度閉合差超限。對(duì)相關(guān)測(cè)站進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)替換后仍然超限。

表1　隧道洞內(nèi)CPⅡ?qū)Ь€閉合環(huán)超限情況統(tǒng)計(jì)

第二座隧道全長6 km，曲線占全長的三分之一。按照?qǐng)D1采用二等導(dǎo)線施測(cè)，測(cè)量后發(fā)現(xiàn)部分角度閉合差嚴(yán)重超限。通過分析排除了起算基準(zhǔn)不可靠因素、測(cè)量儀器及人員操作的粗差，通過多達(dá)4次的補(bǔ)測(cè)檢查，數(shù)據(jù)對(duì)比分析如表2所示。

表2　隧道洞內(nèi)CPⅡ?qū)Ь€不同位置觀測(cè)角度互差分析

第一座隧道洞內(nèi)觀測(cè)條件較差，有施工干擾，洞內(nèi)粉塵水汽較重；第二座隧道洞內(nèi)觀測(cè)條件較好，施工已經(jīng)完成，沒有水汽粉塵。經(jīng)過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算及對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩座隧道指標(biāo)超限的測(cè)站基本相同，角度超限大小不等，無明顯規(guī)律。

2　導(dǎo)線測(cè)量誤差分析

針對(duì)以上情況，從以下幾個(gè)方面對(duì)隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量誤差進(jìn)行分析。

2.1儀器、測(cè)量標(biāo)志及操作分析

儀器狀態(tài)：使用高精度馬達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)全站儀，測(cè)角精度不低于1″，測(cè)距精度優(yōu)于±(2+1×10-6D) mm，在檢定有效期內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)精度要求。

測(cè)量標(biāo)志：各控制點(diǎn)埋設(shè)在穩(wěn)固的地方，標(biāo)志清晰，無松動(dòng)。

測(cè)量操作：開工前，對(duì)儀器操作員進(jìn)行了專門的技術(shù)培訓(xùn)，作業(yè)時(shí)，三角架使用穩(wěn)定的木質(zhì)角架，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過程滿足技術(shù)要求。

2.2溫度氣壓分析

溫度氣壓對(duì)全站儀測(cè)距影響較大，通過計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，溫度每變化1 ℃，對(duì)距離觀測(cè)值影響為1/1 000 000；氣壓每變化10 hPa，對(duì)距離觀測(cè)值影響為2.8×10-6。測(cè)量時(shí)溫度計(jì)、氣壓計(jì)均經(jīng)過嚴(yán)格的檢校，并正確輸入(如表3、表4所示)。

表3　溫度變化對(duì)測(cè)距影響

表4　氣壓變化對(duì)測(cè)距影響

2.3洞內(nèi)觀測(cè)條件分析

第一座隧道導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，洞內(nèi)環(huán)境相對(duì)較差，測(cè)量時(shí)受到施工干擾嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，有些測(cè)站角度超限情況較多，精度較差。影響導(dǎo)線測(cè)量精度的因素有以下幾個(gè)方面：

(1)隧道洞內(nèi)排水溝及仰拱面有積水，洞內(nèi)外溫差及空氣濕度相對(duì)較大，對(duì)電磁波測(cè)距、測(cè)角有很大影響，且沒有規(guī)律性。

(2)測(cè)量時(shí)，洞內(nèi)機(jī)械車輛振動(dòng)、人員遮擋、尾氣粉塵影響，導(dǎo)致單站精度較差，對(duì)最終測(cè)量精度有影響。

(3)測(cè)量時(shí)，儀器受到洞內(nèi)強(qiáng)光照射，對(duì)測(cè)角、測(cè)距均影響較大，導(dǎo)致單站精度太差或超限且無規(guī)律，測(cè)量時(shí)必須避免。

(4)測(cè)量時(shí)，觀測(cè)視線距離障礙物距離太近或被遮擋，對(duì)角度測(cè)量影響較大。

第二座隧道導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，條件較好，沒有施工干擾。通過對(duì)表2數(shù)據(jù)的分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢查，發(fā)現(xiàn)同一觀測(cè)方向多次觀測(cè)角度互差超限段落基本位于隧道曲線段，且視線距離洞壁、電纜槽等構(gòu)筑物太近，最近距離在0.2～0.5 m左右，測(cè)量時(shí)受到偏折光的影響，導(dǎo)致角度測(cè)量超限較大。

3　改進(jìn)措施

第一座隧道：測(cè)量前加強(qiáng)與施工單位溝通，清除洞內(nèi)電纜槽及洞內(nèi)影響導(dǎo)線視線的雜物；加強(qiáng)洞內(nèi)排水措施，清除洞內(nèi)大面積積水；采取鼓風(fēng)機(jī)等措施，保證洞內(nèi)通風(fēng)，排除水汽粉塵；為避開施工干擾，選擇施工間隙洞內(nèi)測(cè)量條件相對(duì)較好時(shí)間段進(jìn)行測(cè)量。在確保觀測(cè)條件后進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，導(dǎo)線平差計(jì)算指標(biāo)一次性通過。

第二座隧道：通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除旁折光影響的導(dǎo)線邊數(shù)據(jù)，采用交叉導(dǎo)線方式進(jìn)行計(jì)算，兩條附和路線角度及全長相對(duì)閉合差精度很高，但交導(dǎo)線方式每個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)只有兩個(gè)觀測(cè)方向，不能保證點(diǎn)位的絕對(duì)精度，因而沒有采用。實(shí)際工程中，若采用圖1雙側(cè)成對(duì)布點(diǎn)交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)量，特別是曲線地段，受邊長限制，同側(cè)導(dǎo)線邊距離洞壁太近。為避免觀測(cè)時(shí)受旁折光影響，經(jīng)過分析，對(duì)第二座隧道采用如圖2網(wǎng)形進(jìn)行重新布網(wǎng)。經(jīng)過重新測(cè)量計(jì)算，所有四邊形環(huán)的精度均滿足要求，導(dǎo)線角度閉合差為-0.37″，小于限差12.98″，X坐標(biāo)閉合差為-27.08 mm，Y坐標(biāo)閉合差為62.80 mm，導(dǎo)線全長相對(duì)閉合差為1∶74 521，小于限差1∶55 000，所有精度指標(biāo)一次性通過。

如圖2方式進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，根據(jù)理論推導(dǎo)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，考慮到測(cè)量時(shí)兩個(gè)棱鏡互不影響，單側(cè)點(diǎn)對(duì)間布設(shè)的距離不宜太短，一般布設(shè)距離20～40 m為宜，距離太短時(shí)觀測(cè)時(shí)容易相互影響，太長時(shí)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度降低。

圖2　單側(cè)成對(duì)交叉布點(diǎn)三方向?qū)Ь€網(wǎng)

考慮到隧道洞內(nèi)條件及全站儀測(cè)角誤差的影響，不同側(cè)點(diǎn)對(duì)間距離300～500 m為宜，太短時(shí)測(cè)站增多，導(dǎo)致測(cè)站誤差累計(jì)增大；太長時(shí)，導(dǎo)線方向容易受到洞內(nèi)環(huán)境影響，導(dǎo)致方向誤差較大。

導(dǎo)線測(cè)量成果供后續(xù)CPⅢ測(cè)量使用，滿足施工測(cè)量精度指標(biāo)。

4　結(jié)論及建議

通過對(duì)某客運(yùn)專線多條長隧道導(dǎo)線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析比較，隧道洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量多處于施工期，現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，受控因素多，應(yīng)從以下幾方面采取措施：

(1)提前做好測(cè)量計(jì)劃，與施工單位加強(qiáng)溝通，密切配合，避免與施工相互干擾，保證導(dǎo)線觀測(cè)條件是關(guān)鍵因素之一。

(2)采用單側(cè)成對(duì)交叉布點(diǎn)導(dǎo)線測(cè)量方式，不僅能最大程度消除偏折光的影響，而且能夠保證導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度，是隧道導(dǎo)線測(cè)量的優(yōu)化網(wǎng)形，值得在其他類似項(xiàng)目推廣應(yīng)用。

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Tunnel Hole to Traverse Survey Research and Analysis

ZHENG Xuefeng

2016-01-26

鄭雪峰(1980—)，男，2005年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)鐵道工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

1672-7479(2016)02-0006-03

U452.1+3

A