影響隧道洞內導線測量精度的因素分析

鄭雪峰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300142)

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影響隧道洞內導線測量精度的因素分析

鄭雪峰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300142)

隧道洞內導線測量環境復雜，影響測量精度的因素較多。介紹影響隧道洞內導線測量精度的因素，對這些因素進行深入分析，制訂相應的措施，結合工程建設實例，給出隧道洞內導線測量的建議。

洞內導線測量研究分析

基于某客運專線多條隧道洞內導線測量的實踐經驗，系統地分析影響隧道洞內導線測量精度的因素，并提出改進措施。

1　導線測量實例

某客運專線兩座長度大于5 km的隧道，均采用雙側成對布設交叉全導線網測量，如圖1所示。

圖1　雙側成對布點交叉全導線網

第一座隧道長5.09 km，為直線隧道，洞內共布設導線點11對，按照隧道二等測量要求施測。外業測量后數據處理時，角度閉合差為42.82″，超過限差12.98″的要求。X坐標閉合差為35.54 mm，Y坐標閉合差為180.63 mm，導線全長相對閉合差為1∶27 678，超過限差1∶55 000的要求。導線內四邊形環角度和全長相對閉合差超限情況見表1，共有21個閉合環，其中有10個環角度閉合差超限。對相關測站進行補測，補測數據替換后仍然超限。

表1　隧道洞內CPⅡ導線閉合環超限情況統計

第二座隧道全長6 km，曲線占全長的三分之一。按照圖1采用二等導線施測，測量后發現部分角度閉合差嚴重超限。通過分析排除了起算基準不可靠因素、測量儀器及人員操作的粗差，通過多達4次的補測檢查，數據對比分析如表2所示。

表2　隧道洞內CPⅡ導線不同位置觀測角度互差分析

第一座隧道洞內觀測條件較差，有施工干擾，洞內粉塵水汽較重；第二座隧道洞內觀測條件較好，施工已經完成，沒有水汽粉塵。經過對測量數據計算及對比分析，發現兩座隧道指標超限的測站基本相同，角度超限大小不等，無明顯規律。

2　導線測量誤差分析

針對以上情況，從以下幾個方面對隧道洞內導線測量誤差進行分析。

2.1儀器、測量標志及操作分析

儀器狀態：使用高精度馬達伺服驅動全站儀，測角精度不低于1″，測距精度優于±(2+1×10-6D) mm，在檢定有效期內，滿足設計精度要求。

測量標志：各控制點埋設在穩固的地方，標志清晰，無松動。

測量操作：開工前，對儀器操作員進行了專門的技術培訓，作業時，三角架使用穩定的木質角架，現場測量過程滿足技術要求。

2.2溫度氣壓分析

溫度氣壓對全站儀測距影響較大，通過計算及現場實測發現，溫度每變化1 ℃，對距離觀測值影響為1/1 000 000；氣壓每變化10 hPa，對距離觀測值影響為2.8×10-6。測量時溫度計、氣壓計均經過嚴格的檢校，并正確輸入(如表3、表4所示)。

表3　溫度變化對測距影響

表4　氣壓變化對測距影響

2.3洞內觀測條件分析

第一座隧道導線測量時，洞內環境相對較差，測量時受到施工干擾嚴重，現場測量時發現，有些測站角度超限情況較多，精度較差。影響導線測量精度的因素有以下幾個方面：

(1)隧道洞內排水溝及仰拱面有積水，洞內外溫差及空氣濕度相對較大，對電磁波測距、測角有很大影響，且沒有規律性。

(2)測量時，洞內機械車輛振動、人員遮擋、尾氣粉塵影響，導致單站精度較差，對最終測量精度有影響。

(3)測量時，儀器受到洞內強光照射，對測角、測距均影響較大，導致單站精度太差或超限且無規律，測量時必須避免。

(4)測量時，觀測視線距離障礙物距離太近或被遮擋，對角度測量影響較大。

第二座隧道導線測量時，條件較好，沒有施工干擾。通過對表2數據的分析及現場實地檢查，發現同一觀測方向多次觀測角度互差超限段落基本位于隧道曲線段，且視線距離洞壁、電纜槽等構筑物太近，最近距離在0.2～0.5 m左右，測量時受到偏折光的影響，導致角度測量超限較大。

3　改進措施

第一座隧道：測量前加強與施工單位溝通，清除洞內電纜槽及洞內影響導線視線的雜物；加強洞內排水措施，清除洞內大面積積水；采取鼓風機等措施，保證洞內通風，排除水汽粉塵；為避開施工干擾，選擇施工間隙洞內測量條件相對較好時間段進行測量。在確保觀測條件后進行補測，導線平差計算指標一次性通過。

第二座隧道：通過對測量數據進行處理，剔除旁折光影響的導線邊數據，采用交叉導線方式進行計算，兩條附和路線角度及全長相對閉合差精度很高，但交導線方式每個導線點只有兩個觀測方向，不能保證點位的絕對精度，因而沒有采用。實際工程中，若采用圖1雙側成對布點交叉雙導線網測量，特別是曲線地段，受邊長限制，同側導線邊距離洞壁太近。為避免觀測時受旁折光影響，經過分析，對第二座隧道采用如圖2網形進行重新布網。經過重新測量計算，所有四邊形環的精度均滿足要求，導線角度閉合差為-0.37″，小于限差12.98″，X坐標閉合差為-27.08 mm，Y坐標閉合差為62.80 mm，導線全長相對閉合差為1∶74 521，小于限差1∶55 000，所有精度指標一次性通過。

如圖2方式進行導線測量時，根據理論推導及現場實測數據分析，考慮到測量時兩個棱鏡互不影響，單側點對間布設的距離不宜太短，一般布設距離20～40 m為宜，距離太短時觀測時容易相互影響，太長時會導致測量精度降低。

圖2　單側成對交叉布點三方向導線網

考慮到隧道洞內條件及全站儀測角誤差的影響，不同側點對間距離300～500 m為宜，太短時測站增多，導致測站誤差累計增大；太長時，導線方向容易受到洞內環境影響，導致方向誤差較大。

導線測量成果供后續CPⅢ測量使用，滿足施工測量精度指標。

4　結論及建議

通過對某客運專線多條長隧道導線實測數據分析比較，隧道洞內導線測量多處于施工期，現場條件復雜，受控因素多，應從以下幾方面采取措施：

(1)提前做好測量計劃，與施工單位加強溝通，密切配合，避免與施工相互干擾，保證導線觀測條件是關鍵因素之一。

(2)采用單側成對交叉布點導線測量方式，不僅能最大程度消除偏折光的影響，而且能夠保證導線測量數據的質量和精度，是隧道導線測量的優化網形，值得在其他類似項目推廣應用。

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Tunnel Hole to Traverse Survey Research and Analysis

ZHENG Xuefeng

2016-01-26

鄭雪峰(1980—)，男，2005年畢業于蘭州交通大學鐵道工程專業，工學學士，工程師。

1672-7479(2016)02-0006-03

U452.1+3

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