支小平,曹 建

（中交一公局集團(tuán)有限公司,北京 100020）

0 引言

在隧道施工中，我們會根據(jù)隧道長度、地形地貌、圍巖等級等因素，采用兩個或者多個工作面進(jìn)行開挖施工，最后在某一個斷面位置進(jìn)行貫通。因此，隧道貫通測量控制網(wǎng)方案的設(shè)計比選以及誤差估算是不可缺少的。實施誤差估算的目的是在保證精度前提下降低成本，防止資源浪費(fèi)，建立合理的洞內(nèi)、洞外控制網(wǎng)，保證隧道施工順利貫通。

1 隧道洞外控制測量

1.1 洞外平面控制測量

1.1.1 同步環(huán)各坐標(biāo)分量

式中，n——邊數(shù)；σ——基線中誤差（mm）；W——全長閉合差；a——固定誤差（mm）；b——測量所產(chǎn)生的比例誤差（ppm）；d——相鄰控制點位間的距離（km）。

1.1.2 異步環(huán)各坐標(biāo)

式中，n——異步環(huán)的邊數(shù)；σ——基線中誤差（mm），由相應(yīng)等級中的規(guī)定而定；W——異步環(huán)的全長閉合差。

1.2 洞外高程控制測量

洞外高程控制測量一般使用電子水準(zhǔn)以采用二等水準(zhǔn)測量方法，從隧道一端到另一端進(jìn)行往返測閉合。

2 隧道洞內(nèi)控制測量

2.1 洞內(nèi)平面控制測量

洞內(nèi)平面控制網(wǎng)有很多布設(shè)形式，不同的形式各有優(yōu)缺點，具體選擇視情況而定，在實踐施工過程中，采用主副導(dǎo)線形式居多。洞內(nèi)控制導(dǎo)線需要經(jīng)常不間斷地測量，定期復(fù)測，當(dāng)有平行導(dǎo)坑或分離式雙線隧道時，通過橫洞進(jìn)行聯(lián)測核驗。

2.2 洞內(nèi)高程控制測量

隧道內(nèi)高程控制網(wǎng)是洞內(nèi)構(gòu)造物高程放樣的基準(zhǔn)，按照測量相關(guān)規(guī)范及設(shè)計要求，每隔一定距離要埋設(shè)一對高程控制點，以便相互校核[1]。高程控制點可以單獨埋設(shè)也可以同平面控制點設(shè)置一起，具體根據(jù)實地情況而定。高程控制按照相應(yīng)的規(guī)范等級，將控制點構(gòu)成閉合環(huán)。

3 貫通誤差估算

由于洞內(nèi)觀測條件和自然環(huán)境的影響，觀測視線較差，所以洞內(nèi)控制測量的精度也會差很多，誤差不容易控制。根據(jù)相關(guān)測量規(guī)范，橫向中誤差估算分析方法如下。

3.1 誤差估算

其中：myβ、myl——橫向中誤差（mm），由分別測角、測距引起；myβ——閉合差測角中誤差（″）；Rx——導(dǎo)線點投影到貫通面的垂距（m）；——邊長的相對中誤差；dy——控制網(wǎng)中導(dǎo)線邊在貫通面上所產(chǎn)生的投影（m）。

3.2 高程中誤差

式中，mΔ——每1 km水準(zhǔn)測量的偶然中誤差（mm）；l——路線長度（km）。

4 工程實例

吉水縣醪橋至青原區(qū)草坪橋段改建工程大東山1號隧道，全長462 m。地貌類型屬剝蝕低丘陵地貌。山脊大致北東至南西向，地形起伏變化大。隧道范圍相對高差約60 m，地質(zhì)圍巖情況較差，Ⅴ級圍巖居多，對貫通精度要求較高。貫通測量技術(shù)方案比選及貫通誤差分析，對指導(dǎo)施工尤其重要。

4.1 洞外控制網(wǎng)

4.1.1 洞外控制網(wǎng)設(shè)計

該工程項目根據(jù)所處位置的地形、地貌以及地質(zhì)圍巖條件，洞外控制網(wǎng)采用單導(dǎo)線形式布設(shè)，具體如圖1所示?？刂凭W(wǎng)坐標(biāo)系是以隧道中心線為X軸正方向（按里程增加方向），通過洞外控制點JM16作為坐標(biāo)系起始點建立的?？刂泣cJM18、JM17、JM16、JM20-2、K2和JM20貫通面方向上的垂足，分別為 JM18＇、JM17＇、JM16＇、JM20-2＇、K2＇和JM20＇，根據(jù)測量采集數(shù)據(jù)計算出各控制點的垂距Rx和各導(dǎo)線邊在隧道貫通面上的投影長為dy。

圖1 隧道洞外平面控制網(wǎng)布設(shè)

4.1.2 隧道外平面控制網(wǎng)等級判定

該隧道長度為462 m，根據(jù)施工圖紙及工程測量規(guī)范中要求，其洞外導(dǎo)線可設(shè)為四等，導(dǎo)線測量角度中誤差可為mβ=±2.5''，邊長相對中誤差為=1/35 000。

4.1.3 隧道外控制網(wǎng)產(chǎn)生誤差對貫通影響

洞外導(dǎo)線誤差對貫通影響的估算如表1所示。

表1 洞外導(dǎo)線誤差對貫通影響的估算

（1）控制網(wǎng)角度測量誤差對隧道貫通的估算。

（2）控制網(wǎng)邊長測量對隧道貫通的估算。

（3）貫通誤差估算。

依據(jù)計算結(jié)果可知，洞外控制點位的測量中誤差對整個隧道的貫通影響估算值是20.4 mm，其小于25 mm，洞外控制網(wǎng)設(shè)計可行。

4.2 洞內(nèi)控制測量

4.2.1 洞內(nèi)平面控制網(wǎng)設(shè)計

根據(jù)測量誤差理論推導(dǎo)，在工程施工控制網(wǎng)中，導(dǎo)線橫向誤差隨導(dǎo)線增加而形成不斷累積，導(dǎo)線長度越長，其誤差增加速度越快。結(jié)合該項目特點我們選用主、副導(dǎo)線法，對洞內(nèi)線路主導(dǎo)線進(jìn)行貫通誤差估算，副導(dǎo)線主要用于復(fù)核。

如圖2所示，測量并計算出洞內(nèi)各導(dǎo)線點K1910+897、K1911+050、K1911+200和K1911+350的垂距Rx和各個導(dǎo)線段在隧道貫通面上方向上的投影長度dy。

4.2.2 確定控制網(wǎng)參數(shù)等級

該隧道長度小于0.5 km，根據(jù)施工圖紙及工程測量規(guī)范中要求，其洞外導(dǎo)線可設(shè)為一級，按照一級導(dǎo)線測角中誤差采用mβ=±5，控制網(wǎng)各個邊長的中誤差可采用ml/l=1/15 000。

4.2.3 洞內(nèi)貫通誤差估算

洞內(nèi)和洞外控制影響隧道貫通誤差。對于隧道工程的平面控制網(wǎng)，洞外的觀測環(huán)境要比洞內(nèi)更有優(yōu)勢，因此洞外控制測量對數(shù)據(jù)精度的要求要比洞內(nèi)要高[2]。在實際施工過程中，我們把洞外控制測量引起的誤差作為影響隧道橫向貫通的一個獨立因素，同時也把洞內(nèi)控制網(wǎng)導(dǎo)線所引起的測量誤差作為另一個單獨因素，通常按照同等影響原則估算相應(yīng)的橫向貫通誤差，其結(jié)果見表2。

表2 洞內(nèi)導(dǎo)線誤差對貫通影響的估算

（1）隧道內(nèi)控制網(wǎng)角度測量誤差對洞內(nèi)貫通的影響估算。

（2）隧道內(nèi)控制網(wǎng)邊長測量對洞內(nèi)貫通的影響估算。

（3）隧道內(nèi)控制網(wǎng)對洞內(nèi)貫通的總影響估算。

按照上述計算結(jié)果，洞內(nèi)控制點測量中誤差對隧道貫通面影響估算值是23.4 mm，其允許值是45 mm，因而，洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)方案可行。

4.3 控制測量對隧道貫通的綜合影響估算

由以上貫通誤差的計算結(jié)果可以得出，按照上述相應(yīng)控制網(wǎng)形及精度，計算貫通中誤差均符合允許中誤差要求，根據(jù)以上可表明按照此方案設(shè)置的控制網(wǎng)滿足該隧道橫向貫通精度要求。

4.4 高程（縱向）貫通誤差估算

洞外高程控制測量采用天寶電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量，每1 km偶然中誤差MΔ=1 mm，則洞外高程貫通中誤差為=1.5 mm＜25 mm（式中，l——洞外水準(zhǔn)線路長度）。

洞內(nèi)水準(zhǔn)控制網(wǎng)按二等要求進(jìn)行測量，每1 km高程測量偶然中誤差為MΔ=1 mm/km，則隧道由高程引起的貫通中誤差：=1.1 mm＜25 mm（式中，l——洞內(nèi)水準(zhǔn)線路長度）。

4.5 貫通誤差調(diào)整

隧道不同斷面開挖貫通后，應(yīng)先在貫通面測得實際貫通誤差，通過計算對比，在隧道襯砌未施工地段（調(diào)線地段）進(jìn)行中線調(diào)整。調(diào)整范圍對已完成襯砌段無影響時，可將調(diào)整范圍適當(dāng)延伸到已襯砌段內(nèi)，其襯砌未施工段的測量放樣數(shù)據(jù)，應(yīng)采用調(diào)整后的中線和高程值，保證其貫通順接，各個參數(shù)復(fù)核規(guī)范及設(shè)計要求。

4.5.1 平面誤差調(diào)整

隧道貫通后，將襯砌未施工段兩側(cè)中線位置數(shù)據(jù)采集并連線構(gòu)成調(diào)線段。調(diào)線與設(shè)計中線會分別產(chǎn)生a1和b1的夾角。按照規(guī)范要求，如果夾角小于5″時，可將A、B連線視為直線。如果夾角小于25″而大于5″，應(yīng)按連線頂點內(nèi)移誤差數(shù)值確定調(diào)線段線路中線及相應(yīng)襯砌位置，在滿足設(shè)計要求情況下可相應(yīng)順延。如果夾角大于25″，應(yīng)按照規(guī)范要求加設(shè)相應(yīng)半徑的圓曲線。

4.5.2 高程誤差調(diào)整

隧道貫通后，對于縱向高程貫通誤差的調(diào)整是通過兩端不同高程控制網(wǎng)而測得，取不同控制網(wǎng)測取數(shù)據(jù)的平均值作為該點位置的最或然值，然后根據(jù)該最或然值構(gòu)成相應(yīng)水準(zhǔn)路線，計算出閉合差，最后在襯砌未施工段按照線路長度比例進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，其襯砌未施工段的高程應(yīng)按照所調(diào)整高程調(diào)整。

5 結(jié)語

該文結(jié)合公路隧道貫通測量相關(guān)內(nèi)容，對隧道洞內(nèi)、洞外貫通誤差測量與估算分析的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，并以大東山1號隧道為例，通過洞外控制網(wǎng)設(shè)計，過程中結(jié)合洞內(nèi)控制測量，分析計算了隧道洞內(nèi)、外平面控制的測量誤差及高程貫通誤差對其貫通的綜合影響，通過最終的貫通誤差調(diào)整，解決了該隧道貫通測量及誤差估算的關(guān)鍵技術(shù)難題，使隧道實現(xiàn)了高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)和高精度貫通，同時為類似隧道貫通提供參考和借鑒。