隧道洞外控制測量平差問題的特殊處理

富聿祥

（中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧遼陽111000）

隧道洞外控制測量平差問題的特殊處理

富聿祥*

（中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧遼陽111000）

隧道控制測量必須與路線控制測量緊密銜接,按所需的技術等級為路線與隧道形成系統(tǒng)一致的整體提供基準保證。因此，在施工放樣前應復測本項目部控制點并將本合同段的起終點與相鄰合同段進行聯(lián)測，確保合同段銜接處的中樁坐標一致。

導線環(huán)網；平差問題；分析；特殊處理

1 概述

由于本人輾轉于施工現場的最前沿，時常會遇到一些測量方面的特殊問題需處理。現介紹重慶境內滬蓉國道主干線支線分水嶺（鄂渝界）至忠縣高速公路的實例。主要工程為呂家梁隧道，隧道全長6000m，曲線段半徑2000m。為保證隧道正確貫通，擬定科學合理的測量方案及靈活地處理平差就顯得尤為重要。還要求在儀器操作和數據處理上特別嚴格。本文主要闡述特殊導線環(huán)網例題的平面誤差處理辦法。

2 洞外平面控制網布設方案及選點原則

洞外控制網基本沿線路走向布設，以減少橫向誤差。另外，每個洞口附近的控制點必須不少于3個，在個別點位被破壞的情況下仍可滿足洞內控制測量，還可以起到復核的作用。所以，要求用于隧道開挖方向投點的控制點應選在地勢較高、視野開闊、土質堅實、不易破壞的地方，尤其適合安置儀器。那么在隧道測量路線經過的地域表面的控制點只滿足臨時轉點觀測即可。為了加強導線環(huán)網測量的可靠性，導線應采取主副導線點，大約幾分米左右成對布設，便于及時遷站。并保證主副導線無交叉形成環(huán)。導線邊在有效視距范圍內盡可能拉長，平均邊長控制在500m左右。應布成每個環(huán)3～4條邊為宜的多環(huán)導線網，以便增強必要的網狀檢核條件，能夠及時查找外業(yè)操作錯誤出處，假如一處觀測有差錯不致于使整條線路都返工重測的麻煩。

本隧道形成2個導線環(huán)，每個導線環(huán)為8～10條邊。其中D107→D108和D109→D110為隧道兩端與鄰標段公用基線邊。如圖1中標注的數據為實測角度和投影改正后的邊長。

3 導線網外業(yè)測量過程

圖1 洞外導線網布設平面示意圖

（1）首選觀測方案確定：按照《公路勘測規(guī)范》之規(guī) 定，力求按三等導線精度施測，但實際規(guī)定達到四等導線精度便可滿足設計單位要求。控測使用徠卡TC2003型號全站儀。標稱測角精度為1″，測距精度為1+1ppm。對本合同段與相鄰合同段共用的GPS點D107、D108、D109及D110進行測量，為了在測量平差結果中獲取精密坐標數據，觀測邊長保留小數點后4位有效數字，角度的秒數保留小數點后2位。儀高和棱鏡高在每個點位觀測前后都各量1次,取位至毫米。

（2）其次，進行邊角測量：

①水平角觀測:主導線網及洞口加密點的導線內、外角分別觀測3測回,共6測回,最后按周角閉合差分配取其平均值歸算每環(huán)內角。觀測時，各項差值均保證在允許限差范圍內。

②距離觀測:每條邊均往返對向觀測,各測2測回;每測回讀數2次。并時時測定溫度和氣壓,現場輸入儀器進行氣象改正(另外,觀測時附帶三角高程測量進行邊長改化)。

4 內業(yè)數據處理的步驟及方法

4.1 起算數據的使用（表1）

表1 石忠高速公路B7合同段交樁表

4.2 平差的基本原理

本主副導線環(huán)(網)從隧道進口端以D108→D2為起始邊方位角出發(fā),按簡易相關平差方法推到出口端設計院所給的D110點的第一次坐標結果以后和已知值進行比較。

實測值為:XD110=322999.3169；YD110=611851.3831

這時,XD110差=+0.1369m，YD110差=+0.0011m,根椐誤差三角形計算其閉合差斜邊D==0.1369m，由此可見,此坐標不能滿足施工單位所需控制網貫通精度等級的需要。該平面導線網以環(huán)的形式從已知點推算到待測點,必然會出現點的精測與定測坐標不符值。

原 已 知 ：aD108→D110=269°42′50.72″;dD108→D110= 6405.7138m

現 實 測 ：aD108→D110=269°42′55.13″;dD108→D110= 6405.7120m

而以往絕大多數測量員遇到坐標點位誤差達到0.1369m這種棘手的問題就會束手無策,不知怎樣解決,甚至仍然采用復測值。這就意味著在將來隧道洞內施工測量中存在隱患。所以遇到測量難題應全面分析,衡量利弊,即使有些數據在允許限差內,也要控制在最小。

也就是說所測D108→D110方位角相對于它的已知理論方位角偏大4.41″,距離偏小0.0018m,如果按此次計算的各導線點坐標進行施工測量放樣,那顯然對隧道洞內將來在貫道面假設洞內控制測量無誤差的情況下,其橫向貫通誤差也要相差0.07m,縱向無誤差。如圖2所示。

圖2 D110點的誤差示意圖

但是隧道測量任務注重的就是橫向誤差的影響,鑒于以上原因,必須還要進行D108→D2起始邊坐標方位角平面轉軸后的二次坐標計算。D108→D2改變后的方位角為107°17′02.47″（這里值得一提的是轉軸的方向不要弄反），再重新計算D110點的坐標。

這時計算出來的D110點坐標和設計值對照基本相符,證明轉軸后的各個控制點坐標計算無誤,平差處理完畢(導線網簡易平差計算表格篇幅大,未列出舍去)。

5 平差的討論與分析

設計院提供的D108和D110兩點坐標保證基本不變的基礎上,對D107和D109兩點的坐標值稍做改變。

D107點坐標改變?yōu)椋篨D107=323205.722；YD107= 619059.6319

D109點坐標改變?yōu)椋篨D109=323376.3021；YD109= 613010.5797

綜上所述表明，進出口基線邊方位角調整后是數值正負符號恰好相反,而絕對值相同的關系。D107和D109兩點計算坐標與它的理論坐標反算偏移誤差分別為0.021m和0.038m,經數據綜合考慮分析無大的妨礙,這樣兩基線邊的鄰標段應采用原設計值不變,而我標段經平差后計算的坐標就對隧道本身正確貫通也無影響。關鍵更不影響鄰標段的線路走向,線型達到了洞外平面控制測量精測目的和預想效果。所以說此獨特的平差辦法起到的作用非常醒目。

6 平差的鮮明思路

以閉合導線或簡易相關平差形成環(huán)以后,都可以采用此法進行平差計算,整體誤差被分配到隧道兩端的D107和D109點上,并且誤差甚小,對整條線路均無影響，從而更加科學合理的滿足特長隧道的施工需求。

7 精度評定

（1）導線環(huán)測角中誤差：

（2）導線網全長閉合差的相對精度:

（3）導線坐標閉合差的相對精度:

（4）洞外控制測量誤差對貫通精度影響值的估算:

①由測角引起的橫向貫通中誤差:

②由測距引起的橫向貫通中誤差:

③洞外控制測量引起橫向貫通中誤差:

（《公路勘測規(guī)范》）

8 測量成果評述

在這次平差處理過程當中,對待山區(qū)地形起伏較大,點的平面位置可與高程同步完成,三角高程測量也滿足了四等精度要求,也提高了工作效率,因為高程不為本章重點,未刻意提及。導線坐標計算可用編程計算器推得,其中各項指標滿足允許限差要求,精度合格,成果可靠。導線環(huán)比單導線精度提高倍。各控制點數據采用本次精測成果為宜。

9 結論及建議

在長大隧道的精密控測中,經反復驗證,此平差程序方法得到了成功嘗試,該網的布設、觀測、平差方案優(yōu)化。

近幾年來,針對測量行業(yè)總結了一些經驗。并深有體會,認為:

（1）內業(yè)數據的處理固然重要,但必須保證外業(yè)資料收集的精確性。

（2）不要強化導線控制網的嚴密平差,應講求實效,最終兩種方法比較只差在毫米級,基本一致。

（3）只要符合精度等級的測回數觀測,不建議采用多余觀測,否則致使工作量大而提高的精度并不顯著。

（4）應使用精度較高的先進儀器設備,儀器周期檢定要落實到位,保證儀器使用的可靠性,并且在良好的外界條件下進行觀測。

（5）只有樹立高標準、嚴要求的思想,采用嚴密的控制測量手段,才是檢驗測量成果可靠的標準，期望值才會更高。

（6）另外,要求精測人員應具備實用性操作技能,掌握相關基本理論知識,精心測設、嚴密把關、抱有堅定的信念和恒心,才能為企業(yè),更為我國的交通、土建工程事業(yè)做出卓越的貢獻。

圖3 新疆哈密市白水井鐵礦6號勘控線剖面圖

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1004-5716(2015)03-0183-03

2014-01-23

富聿祥（1970-），男（漢族），遼寧開原人，工程師，現從事工程測量技術工作。