超長隧道橫向貫通誤差分析——洞內平面控制測量部分

超長隧道橫向貫通誤差分析——洞內平面控制測量部分

李冠青，黃聲享

(武漢大學測繪學院，湖北武漢430079)

摘要：國內超長隧道工程越來越多，而針對20 km以上隧道的橫向貫通誤差限差問題尚缺乏規范與經驗，針對此問題，文中利用CODAPS軟件包，具體分析直線型和曲線型超長隧道橫向貫通誤差的影響因素。通過模擬分析，得出導線網邊長、測角精度、測邊精度對橫向貫通誤差的影響規律，為理論研究和工程實踐提供借鑒和參考。

關鍵詞：超長隧道；橫向貫通誤差；測角精度；測邊精度；導線邊長

中圖分類號：TB22文獻標志碼：A

收稿日期：2014-03-27;修回日期：2014-09-10

作者簡介：李冠青(1990-)，男，碩士研究生.

Lateralbreakthrougherroranalysisofsuperlongtunnel

——derivedfrominsidehorizontalcontrolsurvey

LIGuan-qing，HUANGSheng-xiang

(SchoolofGeodesyandGeomatics，WuhanUniversity，Wuhan430079,China)

Abstract：There is an increasing number of super long tunnels in China，but technical standards and experiences about lateral breakthrough error range of super long tunnels which are more than 20 km are lacking.Aiming at this problem，it analyzes the lateral breakthrough error influence factors of liner and curved super long tunnel in the use of CODAPS software.And through the simulation analysis，laws of edge length of traverse，angle measuring accuracy and baseline measuring accuracy affecting lateral breakthrough error are obtained，which have a certain reference value for the relevant theoretical research and engineering practice.

Keywords：superlongtunnel;lateralbreakthrougherror;anglemeasuringaccuracy;baselinemeasuringaccuracy;edgelengthoftraverse

現有規范對相向開挖長度超過20km的隧道貫通誤差沒有明確的規定，而目前國內20km以上的隧道越來越多，且隧道里程不斷加大，隧道等級不斷提升，鐵路隧道、公路隧道、引水隧道都在以這樣的趨勢發展。本文針對這一現象，著力探討20km以上隧道的貫通誤差問題。隧道貫通誤差分地面和洞內兩部分，其大小取決于相應控制測量的精度。結合當前的實際工程要求和測量技術水平，橫向貫通誤差的要求最難達到。對于只有一個貫通面的隧道而言，影響橫向貫通誤差的因素就是洞內、外平面控制測量的測量誤差[1]。本文重點分析洞內平面控制測量引起的橫向貫通誤差。

1洞內平面控制網

對于超長隧道，洞內導線可分由大地四邊形構成的全導線網和交叉雙導線網，如圖1所示。以20km長、6m寬隧道為例，長導線邊按600m設計，觀測精度取LeicaTS30全站儀的標稱精度，角度測量0.5″，距離測量0.6+1×10-6D，大地四邊形的兩條短邊不做方向觀測，利用CODAPS控制測量數據處理通用軟件包進行模擬計算(下文所有模擬計算均采用此軟件包進行)，對比兩種網形。

圖1　洞內導線網布設示意圖

全導線網方向觀測值262個，邊長觀測值166個，共計428個，橫向貫通誤差91.8mm；交叉雙導線網方向觀測值202個，邊長觀測值98個，共計300個，橫向貫通誤差105.6mm。比較發現，交叉雙導線網的觀測量比全導線網少43%，貫通精度只下降15%。采用交叉雙導線網可以大幅減少工作量，有效避免旁折光對隧道邊墻測邊的影響，且能保證很好的網形強度和測量精度。綜合考慮工程需要、工作量、費用等因素，對于長隧道和超長隧道，優先推薦交叉雙導線網用于洞內平面控制測量。為此，下文所有模擬計算均以交叉雙導線網為例。

2直線型隧道模擬分析

2.1　測角、測邊精度影響

目前，國家規范對相向開挖長度小于20km的隧道橫向貫通誤差規定見表1[3]。

表1　隧道橫向貫通誤差的規范規定

針對超長隧道，以常見的鐵路隧道為例，寬6m，長導線邊按600m設計，方向觀測精度取0.5″、0.7″，測邊精度取0.6+1×10-6D、1+1×10-6D、3+2×10-6D，計算結果如表2所示。

表2　測角、測邊精度對直線型超長隧道洞內

2.2　導線邊長影響

上面的分析都是長導線邊按600m設計，但是很多時候，由于洞內的光照條件、灰塵、機械、車輛等影響，隧道工程的實際情況可能無法滿足這一條件。武夷山特長隧道貫通后實測導線邊長245～418m，平均邊長只有292.8m[4]；中天山特長隧道邊長是按進口段650m、出口段400m的導線測量方案設計[5]；秦嶺特長隧道按平均邊長500m設點[6]。針對這一現象，現在分析洞內平面控制網的導線邊長對隧道橫向貫通誤差的影響和規律。按隧道寬6m，測角精度0.7″，測邊精度1+1×10-6D設計，交叉雙導線網的長導線邊從200m增加到600m，進行模擬計算，結果見表3。

從表3可以看到，在相同的測角精度和測邊精度條件下，隨著導線邊長度的增加，隧道橫向貫通誤差呈逐漸減小的趨勢，減小的速度越來越慢；邊長增加相同長度時，隧道長度越大，橫向貫通誤差減小的幅度越大。并且，對于20km長隧道，導線邊長為200m時，按測角0.7″、測邊1+1×10-6D施測，無法滿足規范規定的160mm洞內貫通中誤差要求(見表1)，這就要求在能夠正常施測的前提下，提高測角精度的同時，盡可能延長導線邊長度。

表3　導線邊長對直線型超長隧道洞內

3曲線型隧道模擬分析

上面所有的分析都是針對長直隧道，當隧道是有一定轉角的曲線時，情況會有所變化。以平面曲率為1/942 480的曲線型隧道(相當于相向開挖長度為50km時隧道轉角30°)為例進行模擬計算，其他設計指標同2.1，結果如表4所示。

可見，對具有一定曲率的曲線隧道，改變測角、測邊精度，橫向貫通誤差的變化規律和直線型隧道相同，洞內導線網引起的橫向貫通誤差與測角精度也成比例變化，同樣受測邊精度變化的影響不大。但是，相向開挖長度相同時，采用相同的測角和測邊精度施測，曲線隧道的橫向貫通誤差比直線隧道的要大。相向開挖長度50km的兩種類型隧道進洞點到貫通點段交叉雙導線網誤差橢圓如圖2所示。

表4　測角、測邊精度對曲線型超長隧道洞內

圖2　相向開挖長度50 km隧道進洞點到貫通點段交叉雙導線網誤差橢圓

4實例分析

山西省萬家寨引黃工程南干線5#和7#特長輸水隧洞相向開挖長度分別為26.5km和42.6km，洞內設置具有強制對中裝置的觀測臺，相距為600m左右，在沒有規范可循的情況下，最長的7#隧洞實測貫通誤差為85mm，5#隧洞實測貫通誤差為86mm[7]，很好地滿足了工程隧洞開挖線路與設計隧洞線路偏離保持在100mm以內的要求[8]，實現了超長隧道的高精度貫通。26.5km和42.6km的相向開挖長度，600m左右的導線邊長，再考慮洞外平面控制測量引起的橫向貫通誤差，實測貫通誤差和表2相比，遠小于103mm和235mm的最優估算結果。可見，20km以上超長隧道的高精度貫通在實際工程中是完全可以做到的[9]。

5結束語

不管是直線型隧道還是曲線型隧道，20km以

上超長隧道洞內平面控制測量引起的橫向貫通誤差與測角精度成比例變化，受測邊精度變化的影響很小；長導線邊越長，橫向貫通誤差越小，在允許的條件下，長導線邊長要盡可能大于300 m。隨著鐵路、公路標準等級的提升，隧道建設的標準會越來越高，超長隧道橫向貫通誤差限差不可能隨著隧道長度的增加永遠增大下去，所以在提高測角和測邊精度的同時，還要研究引入其他測量手段的必要。

參考文獻：

[1]張正祿，李廣云，潘國榮，等.工程測量學[M].武漢:武漢大學出版社，2005:383-393.

[2]張正祿，張松林，伍志剛，等.20～50 km 超長隧道(洞)橫向貫通誤差允許值研究[J].測繪學報，2004，33(1)：83-88.

[3]朱穎，盧建康，程昂，等.TB 10601-2009 高速鐵路工程測量規范 [S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[4]洪淮斌.武夷山特長隧道橫向貫通誤差淺析[J].鐵道建筑，2012(5)：82-84.

[5]臧軍強，李明偉.中天山特長隧道施工 GPS 控制網的建立及橫向貫通誤差預計分析[J].洛陽理工學院學報：自然科學版，2011，21(1)：23-27.

[6]郭志強.基于GPS的秦嶺特長隧道控制測量技術研究[J].科技資訊,2009(15):67-69.

[7]白玉春，胡文元.特長引水隧洞 GPS 控制測量研究與應用[J].測繪通報，2008(10)：43-45.

[8]曹催晨.先進技術在萬家寨引黃工程中的應用[J].中國水利，2004(6)：53-54.

[9]李建.長大隧道平行導坑平面控制網方案設計和貫通誤差分析[J].測繪與空間地理信息，2014，37(8)：82-83.

[責任編輯：劉文霞]