摘要：導(dǎo)線測(cè)量是隧道工程貫通測(cè)量的保障，常規(guī)導(dǎo)線往往難以滿(mǎn)足隧道工程貫通測(cè)量的精度要求，為了提高隧道貫通精度，需要在適當(dāng)位置用陀螺全站儀加測(cè)隧道導(dǎo)線邊，本文首先介紹了陀螺全站儀定向原理，結(jié)合中船重工AGT-5型陀螺全站儀在鄭萬(wàn)項(xiàng)目雷家坡隧道進(jìn)行定向測(cè)量，將結(jié)果加入隧道內(nèi)精密導(dǎo)線進(jìn)行平差，結(jié)果加入陀螺定向測(cè)量方位角后，導(dǎo)線精度明顯提高，確保隧道準(zhǔn)確貫通。

Abstract： Traverse survey is the guarantee of tunnel engineering penetration survey. Conventional conductors are often difficult to meet the accuracy requirements of tunnel engineering penetration survey. In order to improve tunnel penetration accuracy， it is necessary to add a gyro total station to measure the tunnel conductor edge at an appropriate location. This paper first introduces the orientation principle of gyro total station. Combined with the AGT-5 gyro total station of CSMC， the orientation survey is carried out in the Leijiapo tunnel of Zhengwan project. The results are added to the precise traverse in the tunnel for adjustment. After the results are added to the azimuth angle of gyro orientation survey， the traverse precision is obviously improved to ensure the tunnel is connected accurately.

關(guān)鍵詞：陀螺全站儀;子午收斂角;隧道貫通測(cè)量;貫通誤差

Key words： gyro total station;meridian constringent angle;tunnel penetration measurement;penetration error

中圖分類(lèi)號(hào)：U452.1+7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）15-0192-03

0 ?引言

在鐵路長(zhǎng)大隧道控制測(cè)量中，一般采用延伸導(dǎo)線方式進(jìn)行隧道控制測(cè)量，隨著隧道的掘進(jìn)，缺少足夠的檢核條件，導(dǎo)致導(dǎo)線精度越來(lái)越低，貫通誤差隨之增大。而采用高精度陀螺全站儀可在隧道內(nèi)進(jìn)行陀螺定向測(cè)量，通過(guò)相關(guān)計(jì)算可得到隧道內(nèi)任意導(dǎo)線邊的方位角，用來(lái)對(duì)洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行檢核與修正，以提高控制網(wǎng)的精度。當(dāng)貫通導(dǎo)線很長(zhǎng)時(shí)，在合適的位置加測(cè)陀螺定向邊用于導(dǎo)線平差，省去中間導(dǎo)線誤差的疊加，可以大大提高隧道貫通精度。

1 ?AGT-5型陀螺全站儀簡(jiǎn)介

AGT-5陀螺全站儀（見(jiàn)圖1）是中船重工第七0七研究所研究生產(chǎn)的一種全自動(dòng)定向設(shè)備，采用國(guó)際首創(chuàng)無(wú)磁電機(jī)，耗電低，無(wú)磁，儀器內(nèi)部不存在磁干擾力矩，360度全周尋北，操作簡(jiǎn)單，定向速度快，設(shè)備抗干擾能力強(qiáng)，不受地理環(huán)境、外界磁場(chǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的一鍵尋北，定向精度高達(dá)5″。

2 ?陀螺全站儀定向原理及計(jì)算

2.1 定向原理

AGT-5陀螺全站儀為懸?guī)酵勇輧x，內(nèi)置無(wú)機(jī)械位移的陀螺，內(nèi)置陀螺由通過(guò)陀螺重心的懸掛帶掛住，當(dāng)陀螺圍繞水平狀態(tài)的陀螺旋轉(zhuǎn)軸快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于慣性的原因，陀螺旋轉(zhuǎn)軸會(huì)維持其原有空間位置，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸偏移北方向，地球自轉(zhuǎn)會(huì)使旋轉(zhuǎn)軸的水平狀態(tài)發(fā)生變化，陀螺旋轉(zhuǎn)軸的重心會(huì)降低，隨之產(chǎn)生重力矩。由于旋轉(zhuǎn)軸狀態(tài)發(fā)生變化，陀螺圍繞旋轉(zhuǎn)軸跟隨發(fā)生變化，通過(guò)陀螺全站儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)，陀螺全站儀將向北旋轉(zhuǎn)，陀螺儀指向真北方向，通過(guò)與陀螺儀一體的全站儀測(cè)量目標(biāo)，可得到目標(biāo)的真北方位角。

2.2 真北方位角、陀螺方位角與坐標(biāo)方位角的換算關(guān)系

地球上某點(diǎn)的真子午線的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)的真北方向，而由陀螺全站儀高速旋轉(zhuǎn)確定的北方向?yàn)橥勇荼狈较?，坐?biāo)北方向是指某點(diǎn)所在平面坐標(biāo)系的北方向。具體關(guān)系如圖2。

2.3 陀螺方位角計(jì)算公式及步驟

坐標(biāo)方位角計(jì)算公式（由已知工程獨(dú)立坐標(biāo)計(jì)算方位角）

（1）

真北方位角與坐標(biāo)方位角的關(guān)系式：

（2）

其中A為真北方位角;？琢為測(cè)線坐標(biāo)方位角;？酌測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角。

陀螺儀器常數(shù)計(jì)算公式：

A=T+？駐（3）

其中T為陀螺儀定向測(cè)量值;？駐為儀器常數(shù)值。

記，？啄y表示隧道外測(cè)站和隧道內(nèi)測(cè)站的子午線收斂角的差值，可按下式求得：

（4）

其中？滋=32.23tan？漬（此公式在地面和隧道定向點(diǎn)的距離不超過(guò)50km，緯度小于60°時(shí)采用）。其中？漬為當(dāng)?shù)鼐暥?y洞外和y洞內(nèi)為地面和隧道定向點(diǎn)的橫坐標(biāo)（以km為單位）。

由式（2）、（3）、（4）可以得出：

（5）

（6）

其中？琢為地面已知點(diǎn)在獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)方位角;T為在地面已知測(cè)線上測(cè)定的陀螺方位角的平均值;？琢-T為儀器常數(shù)，當(dāng)為負(fù)值時(shí)需加360°。

3 ?陀螺全站儀定向作業(yè)流程

鄭萬(wàn)項(xiàng)目雷家坡隧道全長(zhǎng)8.04km，設(shè)斜井一座。為了提高隧道內(nèi)導(dǎo)線的定向精度，確保隧道準(zhǔn)確貫通，采用AGT-5陀螺全站儀在隧道進(jìn)、出口各2km處以及斜井轉(zhuǎn)正洞處加測(cè)陀螺定向邊，與全站儀所測(cè)導(dǎo)線對(duì)比，是否進(jìn)行陀螺定向改正。

陀螺方位角測(cè)量采用“地面已知邊（4個(gè)測(cè)回）→地下定向邊（3個(gè)測(cè)回）→地面已知邊（4個(gè)測(cè)回）”的測(cè)量程序，具體作業(yè)過(guò)程如下。

3.1 測(cè)前地面已知邊測(cè)量

選取距隧道地下定向邊較近的地面已知邊，隧道進(jìn)口設(shè)站點(diǎn)為GPS296-1，目標(biāo)方向CPI296，出口設(shè)站點(diǎn)為GPS298-1，目標(biāo)方向GPS298-2，斜井設(shè)站點(diǎn)X-5，目標(biāo)方向X-4;在設(shè)站點(diǎn)上架設(shè)陀螺全站儀，將陀螺全站儀大致指北，對(duì)中整平后開(kāi)機(jī)，輸入當(dāng)?shù)鼐暥?，首先進(jìn)行陀螺儀自動(dòng)尋北，尋北完成后瞄準(zhǔn)目標(biāo)方向，進(jìn)行精尋北;精尋北后精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)方向，鎖定目標(biāo)后，得出測(cè)量結(jié)果，共進(jìn)行4次定向測(cè)量，4次定向測(cè)量的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表1測(cè)量數(shù)據(jù)可知，地面已知邊4次定向陀螺方位角較差最大為11″，小于規(guī)范要求的20″，觀測(cè)數(shù)據(jù)可采用。

3.2 地下定向邊測(cè)量

隧道內(nèi)地下定向邊測(cè)量步驟與地面定向邊測(cè)量步驟相同，共進(jìn)行3次定向測(cè)量，3次測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2，均滿(mǎn)足規(guī)范要求，觀測(cè)數(shù)據(jù)可采用。

3.3 測(cè)后地面已知邊測(cè)量

隧道內(nèi)地下定向邊測(cè)量完成后，需再次進(jìn)行地面已知邊定向測(cè)量;回到地面時(shí)再次測(cè)定儀器常數(shù)的目的，一是檢查陀螺全站儀在觀測(cè)過(guò)程中是否存在飄移現(xiàn)象;二是提高儀器常數(shù)值的精度。當(dāng)兩次測(cè)定的儀器常數(shù)的兩兩互差值不超過(guò)規(guī)范的規(guī)定時(shí)，可以取其平均值作為最終的儀器常數(shù)值？駐。共進(jìn)行4次定向測(cè)量，4次測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3，均滿(mǎn)足規(guī)范要求，觀測(cè)數(shù)據(jù)可采用。

4 ?計(jì)算結(jié)果

根據(jù)外業(yè)測(cè)量所得數(shù)據(jù)，按照前文計(jì)算公式，可以得出雷家坡隧道地下定向邊陀螺儀測(cè)量得出的坐標(biāo)方位角，詳見(jiàn)表4。

將陀螺儀測(cè)量出的坐標(biāo)方位角與導(dǎo)線坐標(biāo)反算方位角對(duì)比，得出結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5中可以看出，LJ6→LJ7方向較差為4.69″，X13→X14方向較差為3.30″，LC4→LC5方向較差為0.48″，均滿(mǎn)足規(guī)范要求，說(shuō)明該隧道施工導(dǎo)線精度比較高，成果可用于雷家坡隧道正常施工，能確保隧道準(zhǔn)確貫通。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

隧道貫通測(cè)量關(guān)系到整個(gè)工程建設(shè)的質(zhì)量，必須采取有效措施保證隧道貫通有足夠的測(cè)量精度。用AGT-5陀螺全站儀進(jìn)行陀螺定向測(cè)量，對(duì)施工導(dǎo)線進(jìn)行復(fù)核，可以檢查施工導(dǎo)線精度，對(duì)精度達(dá)不到要求的導(dǎo)線，加入陀螺定向測(cè)量方位角作為固定方位角進(jìn)行改正，可以大大提高隧道貫通精度。

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作者簡(jiǎn)介：潘泳（1988-），男，江西興國(guó)人，畢業(yè)于華東交通大學(xué)，研究方向?yàn)闇y(cè)繪工程專(zhuān)業(yè)。