GPS洞外控制網對隧道橫向貫通誤差影響的分析
——以新建歌樂山隧道為例

李 建，秦巖賓，孫燁龍

（1．重慶工程職業技術學院 地質與測繪工程學院，重慶400037；2．成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610059；3．成都科遠技術有限公司，四川 成都610059）

GPS洞外控制網對隧道橫向貫通誤差影響的分析
——以新建歌樂山隧道為例

李 建1，秦巖賓2，孫燁龍3

（1．重慶工程職業技術學院 地質與測繪工程學院，重慶400037；2．成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610059；3．成都科遠技術有限公司，四川 成都610059）

論述GPS測量技術在新建歌樂山隧道施工控制網復測中的觀測、數據處理及達到精度的具體應用，根據隧道洞外控制點復測成果對橫向貫通誤差進行估計。為GPS測量技術在長大隧道控制測量中應用積累一定的經驗，并得出一些有益的結論與建議。

GPS；控制點；橫向貫通誤差；估計

隧道一般都要穿越高山，地形條件復雜，若采用傳統的導線控制測量方法步進工作量大，施測難度大，周期長，而且經過大量的傳算點或過渡點施測和計算后，精度難以保證。現代施工控制測量中，GPS由于具有全天候、高精度、定位速度快、定位點間不需通視等特點，已被廣泛采用［1］。

新歌樂山隧道位于新建蘭渝鐵路引入重慶樞紐工程內，位于襄渝線團結村車站至渝懷鐵路井口車站之間，全長4 172 m，起訖里程為HDK2＋388～HDK6＋560。該隧道與歌樂山隧道基本平行，近似垂直穿越中梁山脈，地勢陡峭，起伏較大，地形復雜，植被豐富，常規測量布網困難，通視條件極差。在該隧道一期工程即將全面開工之前，必須對洞外控制點進行復測，以確保工程質量，為一期工程提供準確、可靠的測量基準。經比選決定采用GPS測量系統進行平面控制網復測。

1 GPS測量方案設計

1．1 作業依據及設備

本次測量主要技術依據為：全球定位系統測量規范與鐵路工程建設相關規范［2－6］，新建蘭渝鐵路引入重慶樞紐工程新歌樂山隧道平面圖，新歌樂山隧道平面圖進出口場地布置圖。

本次測量設備選用了6套中海達V8（GNSS－LR4）動、靜態接收機，筆記本電腦1臺。GPS接收機在作業前均在儀器檢測中心進行了檢測，其性能與精度均符合標稱平面精度±（5mm＋1×10－6D），滿足規范要求。

圖1 新歌樂山隧道GPS控制網布設示意圖

1．2 復測方案的選擇與精度要求

在實際工作中，兩洞口控制點選擇滿足規范要求：每個洞口應布設不少于3個平面控制點，以資校核；控制點應盡量沿洞口連線方向布設，以減少橫向貫通誤差［7］。

根據新歌樂山隧道走向及隧道洞口控制點布設要求，先在平面圖上進行選點并做優化設計，經實地踏勘，確定L10、L11、L12、L13、L14和SNGPS10為復測控制點（見圖1）。

GPS控制點選擇過程中關于減小多路徑效應、周圍建筑物高度角、避免大面積水域等要求應符合相應規范［2－6］規定。

控制網復測采用的方法和精度與原測相同，因此，本次控制網復測采用GPS靜態定位模式，同步作業圖形之間采用邊連接構網相結合的方式，平差成果精度滿足四等GPS控制網要求。

1．3 已有測量成果評價和利用

為了與第一次的觀測成果進行比較，仍以原測控制網三等GPS控制點D33、D34和SNGPS10作為本次復測的起算點（見圖1）。該三點源于中鐵二院于2009年9月完成的新建蘭渝鐵路引入重慶樞紐站前代建Ⅰ標GPS平面控制網。

復測前對起算點與復測控制點進行了標石外觀檢查，各點地質條件較好，點位保存良好，現場踏勘各點通視情況良好，周圍無新建高大建筑物與大功率信號發射塔，初步確定可進行控制點復測工作。

1．4 施 測

野外觀測時，天線安置嚴格整平、對中，天線高在觀測前后各量測1次，互差均小于1 mm；觀測時確保接收機開機和關機時間的同步，及時填寫觀測手簿；觀測過程中，注意數據的接收情況，如衛星高度截止角、有效觀測衛星個數、幾何精度因子PDOP值、運算歷元間隔、有效觀測時段長度等。

考慮到長邊的電離層影響較大，長基線控制網的觀測時間確定為120 min，短基線控制網觀測時間確定為60 min。

2 GPS平差計算

新歌樂山隧道GPS內業成果共搜索到最小獨立同步環9個，最小獨立異步環18個，重復基線邊5條。約束平差前對重點進行重復基線較差比較、基線向量的質量檢驗。對不符合上述限差的閉合環或基線，根據全網的具體情況分析，檢查出含有粗差點的基線并及時剔除，必要時進行重測，以確保成果的整體質量。

在各項質量檢查符合技術要求后，進行 WGS 84坐標系中的三維無約束平差。在無約束平差中，先檢驗觀測值中誤差、單位權中誤差、觀測值改正數，確定異常觀測值，并進行檢查和分析，決定棄舍。

最終以D33、D34、SNGPS11為起算點，對控制網進行二維約束平差計算。平差結果精度統計見表1。

表1 平差成果精度統計表

3 洞外控制點對隧道橫向貫通誤差初步估計

式中：m外為洞外GPS測量引起的橫向貫通中誤差，m0為GPS點位中誤差引起的橫向貫通中誤差，L為GPS進洞點至隧道貫通面的距離，mα0為GPS基線邊方位角中誤差，ρ為206265″。

結合控制點現場地形及通視條件可知，新歌樂山隧道進、出洞控制點最不利點分別位于進洞口處的L10和出洞口處的L13，將直接影響貫通面處的橫向貫通誤差，兩點位中誤差分別為±2．4 mm和

隧道總的橫向貫通誤差來源有2個方面，即洞外GPS控制測量和洞內導線測量引起的誤差。在工程實踐中，常將地下兩相向開挖的洞內導線測量誤差及洞外GPS測量誤差均作為獨立因素［8］。

洞外GPS復測誤差對隧道貫通的影響包括GPS點的點位中誤差和進洞定向基線邊的方位角中誤差，根據誤差傳播定律，GPS點的點位中誤差和定向邊的方位角中誤差對進洞導線在貫通面的橫向貫通誤差影響為［9］±7．2 mm。

定向基線邊的方位角中誤差，首先影響在進洞控制點處的撥角誤差，繼而通過進洞控制點到貫通面的“貫通距離”，引起貫通面處的橫向貫通中誤差。由平差結果得出：進口處后視邊最弱方向為L10～D33，其方位角中誤差為±2．13″，出口處后視邊最弱方向為L13～L12，其方位角中誤差為±1．97″。

由于考慮GPS點的點位中誤差與進洞定向基線邊的方位角中誤差均為最不利條件下的中誤差值，因此，預計的新歌樂山隧道橫向貫通中誤差應為最大橫向貫通中誤差。將貫通面選擇在隧道中部，貫通面至隧道進、出口兩端的距離為2．084 km，將上述誤差帶入式（1）得出

采用鐵路工程建設控制測量中的相關規范［3－5］判斷隧道控制測量對貫通中誤差的影響值，具體精度指標如表2所示。

表2 隧道洞外控制測量對貫通測量中誤差影響的限值

顯然，本次復測控制點橫向貫通中誤差預計值均小于相應的限差要求。由此可見：新歌樂山隧道GPS控制網復測成果能夠滿足隧道施工控制精度要求。

4 結束語

GPS由于具有全天候、高精度、定位速度快、定位點間不需通視等優點，已廣泛運用于現代公路、鐵路隧道、大型水利等工程施工控制測量中。所以采用GPS測量控制的隧道貫通誤差的估計方法相比傳統的導線控制測量的貫通誤差預計的方法更具有應用前景。

使用GPS對隧道施工控制網進行復測，精度高于四等導線的相應精度指標，復測的坐標成果可信，可供比較和施工測量時使用。

聯測進洞測量時，應選擇邊長較長及方位角中誤差較小的后視邊和合適的進洞控制點，以提高橫向貫通的精度。

［1］王勁松，陳正陽，吳堂林，等．GPS地面控制網對橫向貫通誤差影響的分析［J］．湘潭礦業學院學報，2003，18（3）：76－80．

［2］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局．GB／T18314－2009全球定位系統（GPS）測量規范［S］．北京：中國標準出版社，2009．

［3］中國人民共和國鐵道部．TB10101－99新建鐵路工程測量規范［S］．北京：中國鐵道出版社，1999．

［4］中鐵二院工程集團有限公司．TB10601－2009，J962－2009高速鐵路工程測量規范［S］．北京：中國鐵道出版社，2010．

［5］中國有色金屬工業協會．GB50026－2007工程測量規范［S］．北京：中國計劃出版社，2008．

［6］中國人民共和國鐵道部．TB10054－2010鐵路工程衛星定位測量規范［S］．北京：中國鐵道出版社，2010

［7］謝先武．渝懷鐵路歌樂山隧道洞外平面GPS控制測量［J］．鐵路航測，2001（3）：44－46．

［8］李青岳，陳永奇．工程測量學［M］．北京：測繪出版社，1993．

［9］張鳳舉．控制測量學［M］．北京：煤炭工業出版社，1999．

The analysis of influence on lateral error of transfixion in GPS tunnel construction control network——Taking new Geleshan Tunnel in Chongqing as an Example

LI Jian1，QIN Yan－bin2，SUN Ye－long3
（1．Geological Surveying and Mapping Engineering College，Chongqing Vocational Institute of Engineering School，Chongqing 400037，China；2．College of Earth Sciences，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；3．Chengdu Keyuan Technology Co．，Ltd，Chengdu 610059，China）

The article discussed the GPS measurement technology in specific applications of observations，data processing and achieved accuracy on construction control network retest in new Geleshan tunnel．Made preliminary estimation on lateral error of transfixion and feasible conclusions about measurement result．Some experience was accumulated about the role of GPS measurement technology in the long tunnel control measurement and draw some useful conclusions and suggestion．

GPS；control points；lateral error of transfixion；estimation

P228．4

B

1006－7949（2012）03－0071－03

2011－07－26

四川省高等學校博士學科點專項科研基金課題（20105122110006）

李 建（1979－），男，助教，碩士．

［責任編輯劉文霞］