摘 要：在長大類型隧道的測量過程中，根據(jù)精密導(dǎo)線網(wǎng)的測量機(jī)理，詳細(xì)地論述了在特殊長隧道中貫通測量的技術(shù)要點和數(shù)據(jù)處理。另外，對精密導(dǎo)線網(wǎng)的實際應(yīng)用進(jìn)行了準(zhǔn)確分析，本文的相關(guān)理論研究對長大類型隧道精密導(dǎo)線網(wǎng)的使用，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：長大類型隧道；控制；測量；精密導(dǎo)線網(wǎng)；應(yīng)用；分析

中圖分類號：U452.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0172-02

引 言

鐵路測定的相關(guān)規(guī)范中對隧道的貫通測量有著嚴(yán)格規(guī)定，鐵路測定規(guī)范是測量隧道是否準(zhǔn)確、精度是否達(dá)標(biāo)的重要標(biāo)準(zhǔn)。長大類型隧道不僅在洞穴中受到施工限制，在部分嚴(yán)峻的環(huán)境下也會受到相當(dāng)大的限制，而且隨著測定誤差的不斷累積，在貫通誤差的控制上也大大增加了困難。本文以筆者親身參加的某特長隧道的工程項目為例，對隧道控制測量中精密導(dǎo)線網(wǎng)的配置、測定、數(shù)據(jù)處理進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 工程概況

該隧道項目中心里程DK342+175，進(jìn)口里程DK354+765，進(jìn)口里程DK254+655，出口里程DK546+125，全長24.16km，線間隔為4.6～5.0m。平面以s型走線為大體形狀，曲線半徑分別為12000m和6400m。隧道的挖掘方法主要以進(jìn)口、坊上斜井、下村斜井、出口等方位進(jìn)行開挖。其中，坊上斜井、下村斜井采用的運輸方式為無軌運輸。坊上斜井坡度8.25%，長度為2105.24m；下村斜井綜合坡度7.25%，長度為1032.54m。該隧道工程組要有兩個公司共同承建，由于隧道的長度和地形條件的限制，精密導(dǎo)線網(wǎng)的組成主要分為兩部分，第一部分為洞外GPS構(gòu)筑控制網(wǎng)，第二部分為洞內(nèi)全站儀構(gòu)建精密導(dǎo)線網(wǎng)。

2 精密導(dǎo)線網(wǎng)的觀測實施

2.1 設(shè)計依據(jù)

（1）嚴(yán)格控制隧道內(nèi)外的測量誤差。該工程主要采用分段開挖方式，多個貫通面同時施工，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，相鄰的兩洞口之間的長度是33.6～11.2km，隧道是誤差的值必須滿足規(guī)定要求。隧道貫通誤差值如表1所示。

（2）隧道誤差受洞外GPS構(gòu)筑控制網(wǎng)的影響。平面控制測量設(shè)計的依據(jù)基礎(chǔ)為隧道貫通精度，根據(jù)精密導(dǎo)線網(wǎng)的方向、貫通處的位置、貫通面的方向位置等，推測出隧道貫通測量誤差的影響范圍。施工段處存在兩個貫通面，隧道外精密控制網(wǎng)貫通誤差和標(biāo)準(zhǔn)分界面的誤差影響值約為23mm左右，內(nèi)部分界貫通面的橫向誤差影響值約為15mm左右，此誤差滿足誤差容許范圍。施工段隧道貫通面資料見表2。

2.2 精密導(dǎo)線網(wǎng)的布置

由于測量環(huán)境限制較多，經(jīng)調(diào)查研究，選用多邊形的閉合導(dǎo)線的方法進(jìn)行控制測量，測點選取對稱布置，從各方面構(gòu)成1～2m的對稱測點，各環(huán)由4～6的多邊形圍成。根據(jù)隧道長度、鐵路平面形狀、施工方法及橫截面的不同選擇不同的導(dǎo)線邊長，根據(jù)規(guī)范要求，每條邊應(yīng)控制在400m之外。測點應(yīng)盡量布置在方便施工、堅固穩(wěn)定的位置。洞外控制網(wǎng)對隧道貫通橫向、縱向誤差影響值見表3。

2.3 布設(shè)要求及形式

導(dǎo)線網(wǎng)起算點的GPS控制點應(yīng)進(jìn)行均勻成對布置，精密導(dǎo)線點起閉于隧道沿線的GPS控制點，并結(jié)合線路設(shè)計站位、豎井位置和沿線堅固路面，布設(shè)成直伸形狀，形成掛在GPS點上的附合導(dǎo)線、環(huán)狀導(dǎo)線或結(jié)點網(wǎng)，實現(xiàn)了對工程的整體平面控制。

2.4 精密導(dǎo)線網(wǎng)的施工測量

為了保證觀測的準(zhǔn)確度和精確性，確保隧道內(nèi)的工程作業(yè)安全以及隧道內(nèi)的氣體流動，不會妨礙到工程的現(xiàn)場施工。隧道內(nèi)部的觀測應(yīng)選擇氣流比較恒定的時間內(nèi)進(jìn)行。觀測時，采用精密的施測儀器進(jìn)行觀測，利用全站儀測量導(dǎo)線前進(jìn)方向的角度，測量角度、測量距離同時進(jìn)行。其中，采用方向觀測法進(jìn)行方向測定，采用往返觀測法進(jìn)行距離測定。在項目測量之前，需要測量測定點相互之間的高度差，并取得測高距離。這個測高距離，主要為修改側(cè)邊數(shù)據(jù)時的計算理論依據(jù)。洞內(nèi)導(dǎo)線測量精度要求見表4。

3 精密導(dǎo)線網(wǎng)測量結(jié)果分析

3.1 測量結(jié)果預(yù)處理

測量量數(shù)據(jù)得出以后，首先要做的就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括原始觀測數(shù)據(jù)的歸整、觀測數(shù)據(jù)的檢查、角度閉合差的復(fù)核、測量導(dǎo)線長度的修改和優(yōu)化等多個方面。，使用全站儀相關(guān)軟件來將原始數(shù)據(jù)提取出來，形成電子數(shù)據(jù)觀測庫并進(jìn)行檢查和修改，然后根據(jù)電子數(shù)據(jù)觀測庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行工程實際應(yīng)用。需要根據(jù)觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量、各項組合差、各導(dǎo)線的角度之間的關(guān)合差（包括折射和曲率）、導(dǎo)線邊的水平距離等將測量結(jié)果修正歸化。為把投影變形的影響減小到最低，隧道內(nèi)部的觀測控制將采用獨立的坐標(biāo)系，以北京坐標(biāo)系統(tǒng)為基準(zhǔn)，并參考投影平面在測量區(qū)處的高距，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3.2 數(shù)據(jù)平差計算及數(shù)據(jù)分析

通過預(yù)先處理的觀測數(shù)據(jù)將精密導(dǎo)線網(wǎng)的閉合導(dǎo)線歸入到軌道底平均距離觀測值中，以某高?？刂茢?shù)據(jù)處理軟件（codap·v6.0），進(jìn)行控制網(wǎng)平差計算及成果分析。

（1）通過儀表的顯示精度確定導(dǎo)線的方向和長度，以此來進(jìn)行平差結(jié)果分析。儀表的遠(yuǎn)距離觀測值的固定誤差、體系比誤差、顯示精度、方向觀測值的誤差應(yīng)嚴(yán)格符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過控制網(wǎng)計算及成果分析，隧道內(nèi)部平面控制網(wǎng)的主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在單位權(quán)中具有較小誤差，符合誤差允許范圍。

（2）根據(jù)方向的不同，需要確定方向和長度的權(quán)重來進(jìn)行平差結(jié)果分析。此外，為了獲得更合理的方向觀測值和長度觀測值的比例誤差，本項目主要采用了codaps的計算方法對兩種觀測值的確定進(jìn)行預(yù)估、優(yōu)化，并且進(jìn)一步進(jìn)行平差計算的分析和處理。隧道內(nèi)平面控制網(wǎng)的主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，權(quán)中誤差為2.00″，最弱點以及點位中誤差為3.25cm、0.54cm，導(dǎo)線邊長相對誤差為l/564000。

根據(jù)以上兩個平差的結(jié)果分析來看，對方向和邊長的觀測值的優(yōu)化以后，最弱的點的中誤差提高了5.2cm，相對精度從1/221000提高到1/86500。因此，對不同方向的分析有利于獲得更加準(zhǔn)確的平差結(jié)果。

3.3 精度評測

（1）導(dǎo)線精度網(wǎng)的測定。在隧道內(nèi)部的控制網(wǎng)中有多個多模閉合導(dǎo)線，在所有多模閉合導(dǎo)線中，導(dǎo)線長度相對的閉關(guān)差的精確度為1/23651，精確度上下浮動不大，比規(guī)范規(guī)定的l/50000的精度的更高。導(dǎo)線測量角度上的誤差也符合規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）橫通精度受到導(dǎo)線測量誤差的影響較大。橫通精度的確定隨著隧道內(nèi)部導(dǎo)線精度網(wǎng)的測量誤差的改變而改變。充足的實驗可以證明此項目隧道內(nèi)部導(dǎo)線精度網(wǎng)的測量誤差完全可靠，實現(xiàn)了規(guī)范規(guī)定的精度。

4 影響測距精度的因素及改正方法

導(dǎo)線邊長測量精度一定程度上決定了導(dǎo)線的精度。為了提高測距精度，除了選擇高精度測量儀器外，還需對所測邊長進(jìn)行包括大氣改正（溫度改正、氣壓改正、濕度改正等）和儀器加（乘）常數(shù)改正、平距改正、高程歸化及投影改正等多種改正。大氣對測距精度的影響明顯，全站儀測距的結(jié)果與大氣折射率相關(guān)，大氣折射率又隨著溫度、氣壓和濕度等參數(shù)的變化而變化，由于折射系數(shù)的精度與測距精度屬于同一數(shù)量級，故精確的測距需對距離進(jìn)行大氣改正，工程精密導(dǎo)線測量所用的儀器為徠卡TCA2003型全站儀，屬相位式光電測距儀，測距精度高，內(nèi)帶大氣改正公式，實時輸入現(xiàn)場氣象數(shù)據(jù)（溫度、相對濕度、大氣壓等），可自動實現(xiàn)對距離的氣象改正。與氣象改正類似，儀器內(nèi)含有加、乘常數(shù)改正公式，將儀器檢定結(jié)果中的加、乘常數(shù)輸入到儀器內(nèi)，儀器可對測量結(jié)果自動改正。加、乘常數(shù)常用六段法、三段法和解析法等測定方法。平距改正則是將斜距改算為平距，不僅要考慮豎直角的測量精度，同時還要考慮大氣折光和地球彎曲的影響。另外，為保證精密導(dǎo)線網(wǎng)精度及測量成果的一致性，精密導(dǎo)線網(wǎng)需投影到與起算點GPS控制點一致的投影面，這就需要對導(dǎo)線邊長進(jìn)行高程歸化及投影改正，兩種改正可采用專業(yè)軟件進(jìn)行，也可根據(jù)改化公式編程實現(xiàn)。

5 結(jié)束語

當(dāng)下，隧道精密導(dǎo)線網(wǎng)的布置已廣泛應(yīng)用GPS測定技術(shù)，工程實踐中的精密導(dǎo)線網(wǎng)的測定工作已成為隧道的正確貫通的關(guān)鍵工作。如果想正確穿透隧道，就要從各個角落里確保測量成果的準(zhǔn)確性和可信度。隨著新技術(shù)和新設(shè)備的投入使用，精確導(dǎo)線網(wǎng)的測量結(jié)果的準(zhǔn)確性大幅提高，為測量成果更好地服務(wù)于工程實踐奠定了堅實基礎(chǔ)。

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收稿日期：2018-9-3

作者簡介：汪浩然（1985-），男，工程師，本科，主要從事工程測繪工作。