鐵路隧道洞內CPⅡ導線測量與復測精度指標合理性探討

陳光金,付宏平,秦德生

鐵路隧道洞內CPⅡ導線測量與復測精度指標合理性探討

陳光金,付宏平,秦德生

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

在鐵路隧道洞內精密平面控制網CPⅡ建立、復測過程中,因規范規定的往返觀測平距較差限值、導線復測水平角較差限差及邊長較差限差指標過嚴,致使規范不能嚴格有效執行。以某線3座新建隧道工程的洞內CPⅡ控制網建立與復測為基礎,對實測數據進行較差統計,對規范中現行測量限差匹配合理性進行分析,提出更加合理可行、安全可靠的限差指標建議,達到既能保證控制網測量質量,又減輕施測單位測量工作量的目的,供將來規范修訂時參考。

鐵路測量;CPⅡ;復測;精度指標

鐵路長大隧道貫通后,一般由設計院建立洞內精密控制網CPⅡ,施工單位復測后,作為鋪設無砟軌道CPⅢ控制網的基準。現行《高速鐵路工程測量規范》(TB10601—2009)中,規定了CPⅡ控制網按導線方式建立時,CPⅡ邊長測量、導線復測的測量技術要求[5,6],見表1、表2。

表1 邊長測量技術要求

表2 導線復測較差的限差

上述測量技術要求是在學習、研究國外高速鐵路測量技術的基礎上,通過國內有限的測量實踐驗證來制定的。在工程實踐應用中發現,不同測量單位采用不同的測量儀器建立控制網或對控制網進行復測時,在排除了測量單位觀測方法、外界觀測條件等方面的因素以外,均出現一定數量的數據超限情況,具體包括往返觀測平距較差、導線復測水平角較差及邊長較差超限。對實測數據進行較差統計,對規范中現行測量限差匹配合理性進行分析,發現現行規范制定的上述限差指標要求過嚴,造成測量單位大量返工后仍然不能滿足要求,只好采取適當降低標準后進行數據處理,獲取成果,從而出現實際測量與現行規范不相符的現象,導致在測量過程中規范不能嚴格有效地執行。

通過對某線4家測量單位觀測數據進行較差統計和數據分析后,有必要對規范中的指標通過大量的數據檢驗分析來進一步完善。在此基礎上,提出一個合理可行、安全可靠的限差建議指標,達到既能保證控制網測量質量,又減輕施測單位測量工作量的目的,供將來規范修訂時參考。

1 隧道工程CPⅡ實測數據較差統計分析

1.1 隧道CPⅡ往測距離較差合理性統計

某線新建3座隧道的洞內CPⅡ控制網[11],原測(設計院)采用Leica TCA2003全站儀(測角精度± 0.5″,測距精度±1 mm+1 ppm)配合Trimble TSC2手簿進行測量。施工單位復測采用Leica TCRP1201+全站儀(測角精度±1.0″,測距精度±1 mm+1.5 ppm)配合Trimble小手薄進行測量,原測、復測往返測距離較差統計見表3。

表3 3座隧道CPⅡ往返測距離較差統計

從表3中可以看出:

(1)3座隧道,4家測量單位,僅1家往返測距離較差滿足規范要求,僅占25%;

(2)原測、復測共統計550邊,超過2倍標稱精度的邊占8.2%。

按現行《高速鐵路工程測量規范》2倍儀器標稱精度(2mD)的限差指標執行,能夠完全滿足要求的項目很少;超限比例達到8.4%～19.4%,超過了指標合理性標準(一般小于5%)。說明現行限差指標規定不合理,偏嚴格,導致返工測量數量大。另外,隧道洞內觀測條件差,達到觀測限差要求本身不容易,返工數量大會嚴重影響工期與進度。

1.2 隧道CPⅡ復測較差指標合理性統計分析

3座隧道,3家復測單位,對較差大的測點進行核實后,CPⅡ復測網的觀測限差、導線全長相對閉合差、方位角閉合差、測角中誤差、相鄰點位坐標中誤差等指標均滿足隧道二等導線的要求,復測坐標較差限差均滿足小于15 mm的規范要求[5,6](表1)。在此基礎上,比較原測、復測的同名測站角度、邊長觀測成果,其較差卻不完全符合規范要求,復測角度、邊長較差統計情況[11]見表4、表5。

表4 角度復測較差統計

表5 邊長復測較差統計

從表4、表5可以看出:

(1)3家不同施工單位的隧道CPⅡ控制網復測,不論原測、復測間隔時間長短(10 d～2年),邊長、角度指標均不能完全滿足規范隧道二等的限差要求,規范規定[5,6](表2)的坐標較差限差、水平角較差限差、邊長較差限差3個指標不能同步滿足;

(2)施工單位復測往往僅比較坐標較差而忽略水平角、邊長比較,隱含的點位不穩定性(三**隧道邊長S=600 m,較差7 mm)沒有有效判斷出來,因此,進行水平角較差限差、邊長較差限差2個指標檢查是必要的;

(3)現行規范[5,6]的復測角度較差、邊長較差偏嚴,點位變化不能有效判斷。老**隧道在設計院CPⅡ控制網完成后,立即進行復測,點位變化的可能性很小,而復測角度較差有6%、邊長較差有6%的指標達不到要求(綜合3座隧道的統計,有10%的角度、9%的邊長較差指標達不到要求)。若判斷為點位變化,采用復測成果太牽強,與實際情況不符合,說明現行限差指標不合理。

2 CPⅡ控制網測量限差匹配合理性分析

2.1 角度復測較差不合理分析

在規范中,CPⅡ控制網測量時執行的角度觀測限差指標見表6。

表6 洞內CPⅡ控制網角度測量主要技術要求

CPⅡ控制網測量時,儀器不動,同一氣象條件下,測站同一方向各測回間較差可以達到4″～6″(表6)。而CPⅡ控制網復測時,有如下不利因素:

(1)儀器型號不一致,施工單位一般采用測角精度±1.0″,測距精度±1 mm+1.5 ppm的儀器進行復測,與原測儀器型號不同,儀器精度低于原測儀器精度;

(2)儀器、棱鏡均需要重新設站、對中,增加測量誤差;

(3)時間間隔久(數月～數年),外界氣象條件差異(冬、夏季節)、洞內觀測條件變化可能大,測量誤差影響源發生變化,對測量結果影響不一致;

(4)在此條件下,角度復測較差按2.6″執行[5,6](表2),比測站測回間的角度較差(4″～6″)還要小2倍左右。復測角度較差匹配不合理,規范指標明顯太嚴,不能有效判斷點位的穩定性。可能將未動的點判斷為變化點,需要更新成果。

2.2 邊長較差不合理分析

規范規定CPⅡ控制網測量時執行的邊長觀測限差為:儀器不動,同一氣象條件下,測站同一方向各測回間距離讀數較差為3 mm[5,6](表1)。

CPⅡ控制網邊長一般在400～600 m,按2mD標準計算,采用測角精度±1.0″,測距精度±1 mm+1.5 ppm的儀器測量,往返觀測平距較差限值在3.2～3.8 mm;采用測角精度±0.5″,測距精度±1 mm+1.0 ppm的儀器測量,往返觀測平距較差限值在2.8～3.2 mm。即按2mD標準計算的限差與測回間距離讀數較差限值3 mm相當。因此:

(1)往返觀測平距較差限值標準(2mD≈3 mm) (表1)不合理。返測時需要重新設站、對中,棱鏡重新設置,包含多種誤差影響,采用與距離讀數差相當的往返觀測平距較差限值標準(2mD≈3 mm),明顯過嚴,邊長較差匹配不合理,實際作業中較難達到,致使測量單位無法顧及本項限差,從而影響控制網的質量;

(2)導線復測邊長較差限差(2mD≈3 mm)(表2)不合理。主要是CPⅡ控制網復測時,有很多不利因素,對測量結果影響不一致。在此條件下,導線復測邊長較差限差采用2mD≈3 mm,與同站觀測的距離讀數較差限差(3 mm)相當,復測邊長較差限差指標明顯太嚴,不能有效判斷點位的穩定性。

3 限差指標合理化建議

表7 3座隧道CPⅡ往返測距離較差建議指標合理性分析

從表7可以看出:綜合統計3座隧道,往返測距離較差指標按22mD執行,超限數量僅占2.5%,返工數量比原指標少近4倍;若采用測距精度±1 mm+1.0 ppm的儀器測量,往返觀測平距較差限值在3.9～4.5 mm,比測回間距離較差限值3 mm(表6)大一個量級(0.9～1.5 mm),該指標比較合理安全。

表8 角度復測建議指標合理性分析

從表8中可以看出:綜合統計3座隧道,復測的角度較差建議按22mβ執行,超限數量僅占1.0%,返工數量比原指標少近10倍;間隔10 d復測的老**隧道沒有出現超限情況,間隔8個月的九**隧道基本穩定,這與實際情況相符合;對復測間隔2年的隧道,點位可能出現的變動也能反映出來(超限4%);本指標3.7″與測角精度±0.5″儀器的同一方向各測回間較差限差4″(表6)相當,指標仍然嚴格安全,能夠保證測量數據質量。

從表9中可以看出:綜合統計3座隧道,復測的邊長較差若按22mD執行,超限數量僅占2.3%,返工數量比原指標少近5倍;間隔10 d～間隔8個月復測的老**隧道、九**隧道沒有出現超限情況,這與實際情況相符合;對復測間隔2年的三**隧道,點位出現的變動也能反映出來(超限4%);若采用測距精度±1 mm+1.0 ppm的儀器復測,復測較原測多出許多誤差影響(如儀器重新設站、對中,外界氣象條件差異大),復測距離較差限值(3.9～4.5 mm),比測回間距離較差限值3 mm(表6)大一個量級(0.9～1.5 mm),說明指標匹配是合理的,能夠有效判斷點位的穩定性。

表9 邊長復測建議指標合理性分析

4 結論與建議

針對鐵路長大隧道洞內精密平面控制網CPⅡ建立、復測過程中,因規范規定的往返觀測平距較差限值、導線復測水平角較差限差及邊長較差限差指標過嚴,出現規范不能嚴格有效執行的情況。從某線3座新建隧道的實測數據較差統計及規范中測量限差匹配合理性方面分析現行限差指標的不合理性,得出如下結論:

(1)CPⅡ控制網復測的坐標較差限差、水平角較差限差、邊長較差限差3個指標不能同步滿足;

(2)規范[5,6]規定隧道洞內CPⅡ控制網復測的水平角較差限差、邊長較差限差2個指標是必要的;

(3)規范[5,6]規定的往返觀測平距較差限值、導線復測水平角較差限差及邊長較差限值偏嚴,不合理。

通過分析比較,建議如下:

(4)施工單位復測,除進行坐標比較外,尚應進行水平角、邊長比較,綜合判定點位的穩定性,作為復測結論的依據;

(5)當出現CPⅡ控制網復測的坐標較差限差、水平角較差限差、邊長較差限差3個指標不能同步滿足時,可分析觀測值是否出現離散,必要時進行補測,綜合確認點位的穩定性,并在復測報告中予以說明。

以上提出的建議限差指標,符合實際測量情況,指標比較合理。既能保證控制網測量質量,又減輕施測單位測量工作量,可供將來規范修訂時參考。

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Discussion on Rationality of Precision Criterions for CPⅡTraverse Survey and Resurvey inside Railway Tunnels

CHEN Guang-jin,FU Hong-ping,QIN De-sheng
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Xi'an 710043,China)

In the process of establishing and resurveying the CPII precise horizontal control network inside railway tunnels,some criterions in survey standard code usually cannot be complied with effectively,because these criterions in survey standard code are too strict,including the tolerance of to-fro observed horizontal distance discrepancy,the tolerance of traverse resurvey horizontal angle discrepancy,and the tolerance of side length discrepancy.For this reason,in this paper,based on the establishment and resurvey of CPII control network of three newly-built railway tunnels,the discrepancies of measured data were analyzed statistically,and also the rationality of the precision tolerance criterions in current survey standard code was analyzed.Finally,this paper made a suggestion on a set of new precision tolerance criterions,which are more rational and feasible,more safe and reliable.With above-mentioned new precision tolerance criterions,not only the survey quality of control network can be ensured,but also the survey workload of survey firm can be lessened.This research can serve as reference for revising the survey standard code in future.

railway survey;CPII;resurvey;precision criterions

U452.1+3

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.04.015

1004-2954(2014)04-0065-04

2013-07-12;

2013-08-07

陳光金(1963—),男,教授級高級工程師,1984年畢業于昆明工學院工程測量專業,工學學士。