測距三角高程法在錢江隧道高程控制網中的應用研究

鄒文靜

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢　430063)

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測距三角高程法在錢江隧道高程控制網中的應用研究

鄒文靜

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063)

Trigonometric Leveling Method in Application of Network in the Elevation Control of Qianjiang Tunnel

ZOUWenjing

摘要介紹測量機器人測距三角高程法在錢江隧道高程控制網中(二等水準測量)的應用。先根據收集國家點情況確定高程起算數據，再對測距三角高程法進行技術方案的設計，根據技術方案指導外業生產和內業數據處理及成果精度統計分析，計算出合格的跨河高程測量結果，最后對跨河水準和洞外水準測量誤差所引起的高程貫通誤差做估算評定。

關鍵詞測距三角高程法跨河水準測量錢江隧道高程控制測量高程貫通誤差測量機器人

1概述

錢江隧道是南連杭州蕭山、北接嘉興海寧的特大越江公路隧道。隧道截彎取直，向北延伸與滬杭高速公路連接，向南延伸與杭甬高速相溝通，建成后將改變從蕭山至錢江以北需往西從杭州繞行的現狀，上海與蕭山間的距離也將縮短70 km。為了確保錢江隧道兩端的施工單位在進行對向施工測量控制時具有一個統一的測量基準，以確證該隧道施工的質量和高精度貫通，按照二等水準測量精度要求對錢江隧道施工洞外高程控制網進行設計和測量，采用測量機器人(TCA2003)的測距三角高程法對跨河部分進行二等跨河水準測量。

2高程控制網技術方案設計

2.1錢江隧道地形和高程控制網高程基準

錢江隧道地理坐標介于東經120°24′～120°38′，北緯29°11′～30°15′之間。錢江隧道位于浙北平原區，為錢塘江河口沖積海積平原地貌單元。錢塘江原水面寬度約10～11 km，1960年上游修建了新安江水庫，錢塘江流量減少，現江面沿隧道線寬度約為2 345 m，河床高程0.38～1.81 m，勘察鉆孔時江水深約1～3 m；北岸沿江側為著名的明清老海塘，堤頂高程8.86 m，沿線海塘間距250 m建有丁壩群，丁壩長度約50 m。北岸為農田，種植桑樹、農作物，隧道兩側分布少量民房，樁號K11+324～K11+344為長樂江河，樁號K12+220～K12+235為新塘河；南岸為圍墾地，現為棋格狀魚塘，樁號K15+705～K15+770為長樂江河，樁號K16+195～K17+220為河道。

本次錢江隧道高程控制網建網測量的高程系統為1985國家高程基準(二期成果)。對所收集的國家水準點高程數據經過檢核測量，以國家二等水準點Ⅱ肖紹16的高程作為高程平差時的高程起算數據。這樣可以與錢江通道接線工程的高程系統進行順暢銜接。

2.2跨河測量的主要技術要求

距離觀測時間段：往 1，返1；

距離時間段內測回數：6；

距離一測回讀數間較差：≤10 mm；

距離測回中數間較差：≤15 mm；

往返測距中數的較差：≤2(a+b·D·10-6) mm；

垂直角指標差互差：≤8″；

同一標志垂直角互差：≤4″。

2.3跨河水準測量網形及精度

隧道高程控制網選點埋石總數為12個，其中包括4個深埋基礎GPS水準點和8個淺埋基本GPS水準點。江北6個水準點(QJG01、QJG02、QJG07、QJG08、QJD03、QJD09)水準路線長約為14 km，江南6個水準點(QJG05、QJG06、QJD04、QJD10、QJG11、QJG12)水準路線長約為14 km，江南和江北的水準點分別連成獨立的閉合環。隧道高程控制網作為整個線路的一部分，應該和線路的水準點進行聯測，兩岸各聯測最近的線路水準點1～2個。若隧道兩岸附近有國家高等級水準點，隧道水準點最好也與國家高等級水準點聯測，以復核跨江水準測量的成果。

同岸的GPS水準點和GPS 控制點構成閉合水準路線，各點之間均應進行往返觀測。隧道控制網水準點與線路水準點以及國家高等級水準點的聯測，采用往返觀測的方法進行(如圖1)。

圖1　測距三角高程法跨河水準測量網形示意

3跨河水準測量的外業觀測及內業精度

3.1跨河水準測量的外業觀測及精度

采用兩臺測量機器人同時對向測距三角高程法進行測量，在不同的時間段內對跨河水準路線分別觀測了28個測回，每個測回按測回法獨立觀測12次，取12次測量的平均值作為本測回的觀測結果。

測距三角高程法每個閉合環中，均有一條邊AB或CD的高差是陸地直接水準測量的成果，因此由直接水準高差和跨河水準高差計算的獨立閉合環的閉合差，是比較客觀和可靠的。

3.2跨河水準測量的高差計算及精度

四個測段AC、AD和BC、BD的28個測回的觀測高差，四個測段AC、AD和BC、BD的28個測回的觀測高差互差，均小于相應限差要求，可見全部28個測回的觀測高差都是合格的。取28個測回觀測高差的平均值作為四個跨河測段的最后高差。根據各測段各測回觀測高差與其平均值的偏差，計算各測段觀測高差平均值的中誤差，四個測段AC、AD和BC、BD的此項計算結果分別為：±1.6mm、±1.1mm、±1.6mm和±1.2mm，可見測距三角高程法跨河水準測量所測得的高差精度較高。

根據四個測段跨河觀測高差的平均值和AB及CD測段直接水準測量的高差，可計算所有閉合環的閉合差，計算結果見表1。

表1中測距三角高程法閉合環閉合差的允許限差計算公式為

(1)

式中Mw——每公里相應等級水準測量的全中誤差限值，二等水準應為2 mm/km;

S——閉合環線長度/km。

由表1中測距三角高程法閉合環的閉合差計算結果，可以認為本次測距三角高程法跨河水準測量已經達到設計的二等水準測量精度要求。

表1　測距三角高程法閉合環的閉合差計算結果統計

4跨河水準測量結果分析

根據圖1中的水準路線，采用測量機器人的測距三角高程法跨河水準測量的觀測高差和兩岸陸地水準點間聯測的一等水準觀測高差。可以計算得到跨河測段QJD03～QJD04和QJD09～QJD10的高差。另外，采用GPS跨河水準測量相應測段高差(正常高差)的比較情況見表2。

表2　跨河測段兩種不同測量方法測量的高差比較

從表2中的比較結果可以看出，測量機器人的測距三角高程法跨河水準測量高差與GPS跨河水準測量高差的較差為7.32 mm和7.48 mm，均小于水準路線長度為2.581 km和2.664 km測段二等水準測量檢測已測測段的允許誤差9.6 mm和9.7 mm，說明采用兩種不同跨河水準測量方法所得測量高差吻合較好，證明本次測量機器人的測距三角高程跨河水準測量方法，不但數值可靠，而且精度達到了二等水準測量的要求。

5洞外水準測量誤差所引起的高程貫通誤差估算

對于錢江隧道高程控制網洞外測量控制，根據《公路隧道勘測規程》(JTJ063—85)的有關規定，測量誤差引起在貫通面上產生的高程貫通中誤差應小于±35 mm，其中洞外高程控制測量所引起的高程貫通中誤差應小于±25 mm。由洞外或洞內高程控制測量誤差影響產生在貫通面上的高程中誤差，按下式計算

(2)

式中mΔh——貫通面上的高程中誤差/mm；

L——洞內或洞外兩開挖洞口間水準路線全長/km；

mΔ——每km高差中數偶然中誤差/mm。

6結束語

錢江隧道施工高程控制網建網測量成果可靠，可以作為錢江隧道施工洞內外聯系測量的控制基準。目前，錢江隧道已經順利貫通，且已順利通車。證明測量機器人測距三角高程跨河水準測量方法可在類似的工程項目中推廣使用。

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中圖分類號：P224.3

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2016)01-0026-02

作者簡介：鄒文靜(1984—)，男，2006年畢業于西南交通大學測繪工程專業，工程師。

收稿日期：2015-12-18