云桂铁路小寨隧道控制测量技术及精度估算.doc

云桂铁路小寨隧道控制测量技术及精度估算 张时宾 （中交四航局第二工程有限公司，广东广州，510300）摘 要: 本文详细阐述了云桂铁路小寨隧道的控制测量方法，施测过程及主要的精度估算，具有很强的实用性和可操作性，对今后从事隧道工程具有一定的借鉴作用。关键词: 隧道 控制测量 精度估算云桂铁路设计时速为250km/h，正线新建隧道及明洞92座，累计长度306.658km，占正线总长度的71.12%。长度10km以上隧道11座143.457km，长度6-10km隧道9座累计68.879km，长度3-6km隧道9座累计36.246km，长度3km以下隧道63座累计58.08km。轨面以上最小净空面积满足旅客列车250km/h空气动力学效应不小于90m2要求，断面内轮廓按时速250公里客运专线铁路双线隧道复合式衬砌通隧（2008）0201-05图办理，轨面以上内净空面积按92m2设计。为了满足隧道净空和贯通精度要求，隧道控制测量技术及精度显得尤为重要。 本文着重以小寨隧道为例详细阐述隧道控制测量技术及主要的精度估算。1 隧道概况小寨隧道位于白腊寨-广南区间，属于双向无砟轨道隧道，设计为单面坡，是云桂铁路控制性工程和重难点工程，隧道最大埋深约270m，最小埋深拱顶以上约10m。 进口里程为DK407+890，出口里程为DK414+387，全长6497m，隧道位于单面上坡上，隧道走向中包含了缓和曲线段，圆曲线段，直线段，线型较为复杂。本隧道辅助坑道模式为“1平导+1横洞”。在隧道进口端线路线右侧设置长度约1500m平导，在DK412+500附近路线左侧设置横洞一座，长度约902m，平导横洞均采用无轨单车道断面。2 控制测量技术2.1 主要设计规范及有关规定（1）.高速铁路工程测量规范（TB10601-2009、J962-2009）（2）.新建时速200公里客货共线铁路暂行规定（铁建设函2005285号）（3）.铁路客运专线技术管理办法（试行）（200250km/h部分）（铁科技2009116号）（4）.高速铁路设计规范（试行）（TB10621-2009、J971-2009）（5）.200km/h客货共线铁路双层集装箱运输建筑界限（暂行）（铁科技函204157号）（6）.铁路工程技术标准（JTG B01-2003）2.2 控制点埋设控制点埋设是控制测量中极为重要的环节，选点与埋点体现了测量人员的经验与技术，在做大长隧道控制测量过程中，控制点的埋设一定要讲究稳定、合理。隧道控制测量主要考虑采用三等导线测量方式。洞外埋点讲究视线开阔，保证点与点之间通视，控制点之间的距离宜保证400m以上，控制点要求用混泥土浇筑稳固，防止被破坏；洞内控制点要求用冲击钻打孔至岩石，并用混泥土浇筑，埋入已刻画好十字丝的钢筋，十字丝要求刻画清晰，纹缝细小，洞内控制点间的距离根据规范宜控制在300米左右，埋点时要保证控制点在底板以下3-5cm,形成一个凹槽，这样可以避免因洞内施工机械对控制点的磨损与碾压，考虑到控制点需要进行水准测量，凹槽尺寸宜做成15cm*15cm，具体形式参考图1。洞内导线控制点布设要根据隧道线型来考虑，对于缓和曲线段与圆曲线段，宜布设成等边导线，对于直线段宜布设成等边直伸导线，主要目的是为了减小环境因素引起的测量误差，提高横向贯通精度。洞外与洞内布点形式参考图2。 图1 控制点埋设 图2 控制网测量2.3 洞外导线施测在做洞外导线时，要考虑隧道进口，隧道出口控制测量网的整体性，统一测量，统一平差。洞外导线宜按照CPII控制网导线测量技术指标施测，考虑到隧道进口，隧道出口之间距离较大，应采用静态GPS观测，本工程主要是利用天宝GPS完成洞外CPII的布设，在洞口的地方至少要保证有三个控制点，且两两通视。具体施测要求参照表1：表1 洞外静态GPS三等控制测量要求等级卫星截至高度角（）同时观测有效卫星数有效时间长度（min）观测时段数数据采集间隔（s）接收机类型PDOP或GDOP三等15460121060双频82.4 洞内导线测量洞内导线测量相对洞外导线测量难度较大，易受施工干扰，导线测量过程中必须严格按照相应技术要求来执行，测量过程中应考虑周密，降低环境因素对测量的影响，洞内导线测量主要考虑采用Leica TC1201+全站仪施测，其测角精度为1，有棱镜测距精度为1mm+1.5ppm，具有极高的精度和稳定性，洞内导线测量的技术要求如表2：表2 洞内导线测量主要技术要求控制网级别边长（m）测距中误差(mm)测角中误差（）导线全长相对闭合差限差方位角闭合差限差（）相邻点位坐标中误差(mm)对应导线等级CPII30060031.81/550003.6n7.5三等在做洞内导线测量时，测量过程中都要先求算出一测回内水平角测量不超限后才可以进行另一测回观测，应该保证每一测回成果合格，主要参考标准是一测回内2C值，一测回内2C值互差，同一方向值各测回互差，具体数值参考表3：表3 水平角方向观测技术要求等级仪器级别一测回2C值（）一测回2C互差（）同一方向值各测回互差（）三等1级仪器1096水平角测量要注意按测回数等分度盘设置观测角度，计算式为：a=180/n,采用三等测量规范的要求，利用LeicaTC1201+全站仪要测6个测回，角度设置间隔值为180/6=30，即水平角设置应从0，30，60，90，120，150，逐一设置度盘水平角，这样是为了抵偿度盘刻画误差，为了计算的方便，可以考虑角度设成x00xx,角度的秒数可以根据习惯来定，根据实践经验，一般设到15秒比较好计算。在测量出水平距离时还要考虑投影改正，把平距投影到相应高程投影面上，投影改正计算公式：S=D(1-（H均-H投）/R)1，其中S代表投影后的平距，D代表实测平距，H均代表所测两点高程平均值，H投代表投影高程，R代表地球半径。洞内导线测量需要选择洞内视线良好，粉尘较少的情况下去测量，为了不影响正常施工，一般选择在出渣完成30分钟后测量，此时洞内基本处于换班与打钻前期准备工作，洞内无大型机械运作，振动较小，通风时间充足，环境较佳。考虑到本隧道较长，洞内导线宜采用附合导线或闭合导线，与洞外导线点形成导线网，不宜用支导线的方法测量。导线测量形式可以参考图2，附合导线路线CPIIC-CPIIA-1-2-2-1-CPIIA-CPIIB，属于具有两个连接角的附合导线，如要形成闭合导线，则路线可为CPIIC-CPIIA-1-2-2-1-CPIIA-CPIIB-CPIIC。两种路线均具有足够的精度检核条件，并可以做到精密平差。需要注意的是，在测量隧道导线时，应该准备温度计，湿度计，气压计，以便对气象进行改正，减少误差来源，测量前宜把仪器箱打开使仪器内部温度与外界温度相当。导线测量时要求细心，谨慎，读数时要简单明了，记录人员要严格把关，其中测距误差各测回之间较差应在1mm之内，Leica TC1201+全站仪的测距精度可以满足测量要求。2.5 高程测量隧道高程测量主要考虑采用水准测量的方法施测，考虑到该地区属于山区，地形较为复杂，且隧道路线较长，有必要提高水准测量要求。本隧道宜采用精密水准2的测量要求，对控制点的高程进行测量，每千米高差偶然中误差M2mm，根据项目部仪器配置，主要采用 Leica DNA03电子水准仪来完成高程测量，其测量精度能达到二等水准精度要求，且记录快捷方便，数据处理简单，能够满足工程测量需要。3 隧道精度估算隧道贯通测量误差主要是由角度测量误差与距离测量误差引起的，隧道的纵向贯通误差主要影响隧道的长短，对隧道的质量影响较小，横向误差与高程误差对隧道的质量起决定性的作用，现在来阐述前面制定的测量方法能否满足测量要求，根据前面讲述的测量方法，估算小寨隧道最大贯通误差。按照三等导线测量和精密水准测量的要求，当4kmL7km时，洞内横向贯通中误m50mm，高程贯通误差mh17mm。3.1 横向贯通误差 等边导线角度测量误差对横向贯通精度的影响计算公式 3为：三等导线测角中误差为=1.8，隧道长度为6497m,按照300m左右一个控制点的要求，测角个数为n=22,则=20.3mm.下面来分析边长误差对导线横向误差的my的影响，ds为距离误差，根据测量学内容可得,设导线等边且代入上式，则根据小寨隧道曲线要素可计算出进口与出口的横坐标差值为4792.842m,三等导线测距中误差ms=3mm,L=6497m，n=22，则my=10.4mm.横向误差总值为：=22.8mm50mm不难看出，采用三等导线控制网能满足小寨隧道导线控制测量要求。3.2 高程贯通误差高程贯通中误差的计算公式为：其中mm，L=6.497km，则=5.1mm17mm不难看出，高程采用精密水准测量能满足设计要求。4 结束语通过近年来从事隧道工程的相关工作，总结出来几点有利于提高隧道测量精度的方法，以供参考：1，应该熟读测量规范，严格按照设计单位对控制网等级要求制定相应合理的测量方法。2，由于隧道洞内控制点间距在300m左右，不能完全满足隧道开挖与衬砌工作，因此每开挖到一定长度要及时增设临时导线点用以指导洞内开挖与衬砌，对临时导线点的施测可以考虑支导线的方式，但临时导线点不可以用来作为全局性控制测量用，且要进行经常性的检测 ，确保洞室开挖与衬砌的正确。3，导线要尽可能布设成近似等边直伸型导线，在测量环境允许的范围内尽量选择长边，要严格进行边长的投影改正计算，正确计算各点平面坐标。4，导线测量对视力要求较高，需要由专人施测，不宜经常换人，测量时一测回内仪器中的望眼镜不宜二次调焦，否则影响测量精度。参考文献：1潘正风.数字测量原理与方法M.武汉：武汉大学出版社，2004.2TB10601-2009,高速铁路工程测量规范 S.3王国胜.大长隧道贯通误差估算方法J.北方交通，2006，（8）：78-89.作者简历：张时宾（1986 -01）男，江西抚州人，助理工程师，从事测绘工程专业。