張宇冉

(天津市勘察院，天津 300191)

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地鐵隧道加測陀螺邊最佳位置估算方案

張宇冉*

(天津市勘察院，天津 300191)

受地鐵隧道特定環(huán)境的限制，地下控制測量一般采用導(dǎo)線測量方式，其橫向貫通誤差最難控制。為了確保貫通測量的質(zhì)量，可以適當(dāng)加測陀螺方位，而加測陀螺方位的最佳位置就涉及設(shè)計(jì)問題。利用嚴(yán)密函數(shù)式可以計(jì)算導(dǎo)線端點(diǎn)的點(diǎn)位誤差以及計(jì)算加測若干條陀螺方位的導(dǎo)線終點(diǎn)誤差，進(jìn)而推導(dǎo)出陀螺方位的最佳位置，但這種方法比較復(fù)雜，計(jì)算工作量大、且十分繁瑣。利用以計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算為主的現(xiàn)代控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以快速、有效解決上述問題。

隧道；控制測量；陀螺方位；貫通誤差

1 引 言

隧道控制測量的主要工作是貫通測量，陀螺全站儀在其中發(fā)揮著不可替代的作用。陀螺全站儀是一種將陀螺儀和全站儀集成于一體的測量儀器，具有不受時間和環(huán)境制約的優(yōu)點(diǎn)，同時能夠獨(dú)立測定真北方向，觀測簡單，定向時間短，效率高，而且能保證較高的定向精度[1，3]。由于陀螺儀屬于精密儀器，頻繁使用會對儀器產(chǎn)生不必要的耗損[4]。對加測陀螺方位的隧道控制測量方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不但可以減少儀器成本，而且可以提高貫通精度[2]。本文基于模擬仿真計(jì)算，對加測若干條不同位置陀螺邊的導(dǎo)線精度進(jìn)行精度估計(jì)。

2 設(shè)計(jì)原理

將陀螺邊設(shè)置在導(dǎo)線的第1、2、3…、n條邊上，共有n種位置組合方式，經(jīng)嚴(yán)密平差處理，分別計(jì)算出加測陀螺邊后的導(dǎo)線終點(diǎn)的點(diǎn)位誤差，取點(diǎn)位誤差最小的陀螺邊位置作為設(shè)置一條陀螺邊最佳位置的結(jié)果。

3 算例分析

為仿真測試地下導(dǎo)線加測陀螺邊的最佳位置，選取直線和曲線總轉(zhuǎn)角為60°、120°的等邊等角導(dǎo)線(如圖1所示)，模擬地下導(dǎo)線。

圖1 曲導(dǎo)線示意圖

取導(dǎo)線邊距離150m；為使結(jié)果更精確，取40個導(dǎo)線角，同時有40條導(dǎo)線邊。取一般地鐵地下精密導(dǎo)線測量精度參數(shù)，即方向觀測中誤差m=1.8″(測角精度2.5″)，測距精度 2 mm+2 ppm。陀螺邊精度為4″，作為帶誤差的觀測值參與平差。導(dǎo)線平差處理后，使用先驗(yàn)精度評定導(dǎo)線點(diǎn)的點(diǎn)位誤差[1]。在不顧及其他因素的情況下，加測陀螺邊后使得導(dǎo)線終點(diǎn)在貫通面上的橫向誤差My最小的陀螺邊位置為最佳位置。通過設(shè)計(jì)軟件(如圖2所示)，排列組合陀螺邊在全導(dǎo)線中的位置，計(jì)算出導(dǎo)線終點(diǎn)的點(diǎn)位誤差。

圖2 模擬軟件界面

計(jì)算結(jié)果如表1、表2、圖3所示：

加測若干陀螺邊后導(dǎo)線終點(diǎn)誤差 表1

圖3 加測若干陀螺邊后導(dǎo)線終點(diǎn)誤差

加測若干條陀螺邊最佳位置組合 表2

4 結(jié) 論

(1)在導(dǎo)線理論最佳位置加測1條陀螺邊后，導(dǎo)線終點(diǎn)的點(diǎn)位橫向誤差可降低約57%～64%，加測2條則可降低達(dá)70%～75%，加測3條則可降低達(dá)75%～80%。

(2)理論上，為使平差后導(dǎo)線端點(diǎn)橫向誤差最小，加測1條陀螺邊的最佳位置在整個導(dǎo)線長度的約70%～83%處；加測2條陀螺邊的最佳位置分別在導(dǎo)線的45%～65%和83%～90%處；加測3條陀螺邊時，三條陀螺邊的最佳位置為：第一條位于整個導(dǎo)線的35%～60%處，第二條位于63%～78%處，第三條位于88%～93%處。

(3)高精度導(dǎo)線測量中，陀螺方位也含有誤差，控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理時宜作為觀測值參與平差。

(4)實(shí)際上，地下導(dǎo)線加測陀螺邊的最佳位置，需要合理搭配導(dǎo)線測角精度和陀螺方位測量精度，測角精度越高，陀螺方位的精度越高，越滿足平差處理后導(dǎo)線終點(diǎn)的橫向在允許范圍內(nèi)等要求。對于城市地鐵的地下導(dǎo)線，可加測精度為3″～4″的陀螺邊，只加測一條情況下，位置大致可選在整個地下導(dǎo)線的0.7倍處。

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Optimal Position Estimation Scheme for the Gyro Measurement of the Subway Tunnel

Zhang Yuran

(Tianjin Institute of Geotech Investigation & Surveying，Tianjin 300191，China)

Restricted subway tunnel specific environment，Control measurements are generally only use underground wire measurement，laterally through are the most difficult to control. To ensure the quality through measurement can be appropriately GYRO orientation，The best place to GYRO orientation involves design problems. The point position error of the traverse point can be calculated by using the close function formula，and the end point error of the Gyro traverse is calculated and measured，Then the optimal position of gyro azimuth is derived，But this method is more complicated，and the calculation is very heavy and complicated. The optimization design of the modern control network based on the computer simulation can solve the above problems quickly and effectively.

subway tunnel；control measure；azimuth；through error

1672-8262(2016)05-145-03

P258

B

2016—04—05

張宇冉(1991—)，男，助理工程師，主要從事城市勘測技術(shù)工作。