隧道工程測量的精度分析與測量方案設計

曾小偉（中南建設集團有限公司，湖南長沙410000）

隧道工程測量的精度分析與測量方案設計

曾小偉（中南建設集團有限公司，湖南長沙410000）

隧道工程橫向貫通誤差是評價施工質量的精度標準，因此，在隧道工程測量工作中，對允許貫通誤差進行科學合理的分配，并加強隧道工程施工測量方案設計至關重要。對此，本文首先介紹了隧道工程測量工作的特點，然后對隧道工程測量的精度分析進行了闡述，并結合工程實例對隧道工程測量方案設計進行了詳細探究。

隧道工程；精度；測量方案

1 引言

在隧道施工過程中，不可避免的會產生貫通誤差，包括豎向誤差、橫向誤差和縱向誤差。其中，高程控制誤差對豎向誤差的影響規律比較簡單，縱向誤差不會對隧道貫通產生直接影響，施工測量人員最為關注的是地面控制網誤差對橫向貫通的影響。如果在貫通測量工程中產生較大誤差，則會直接影響隧道工程正常使用，因此，對隧道工程測量方案進行詳細探究具有十分重要的現實意義。

2 隧道工程測量工作特點

①部分隧道工程施工環境較差，經常需要進行點下對中，邊長較短時測量精度無法得到保障。②隧道工程一般采用獨頭掘進方式，洞室之間相互不連通，不便組織校核，隨著坑道推進致使點位誤差逐漸累積。③隧道工程施工現場較為狹窄，因此可選的控制測量方式較少，只能以低級導線坑道掘進，之后布設高級導線。④為確保地面和地下采用的坐標系統統一，要采用聯系測量的方式進行測量。

3 隧道貫通誤差及其分配

3.1 隧道貫通誤差

貫通誤差主要分為三類：

（1）縱向貫通誤差——線路中線方向的投影長度，簡稱縱向誤差。這一誤差主要影響隧道中線長度，基本不影響隧道貫通，也較少影響施工質量。

（2）橫向貫通誤差——垂直于中線方向的投影長度，簡稱橫向誤差。

（3）高程貫通誤差——高程方向的投影長度，簡稱高程誤差。這一誤差主要對掘進和鋪軌同步進行的隧道影響較大，導致接軌點的平滑度較低，也可能影響隧道坡度。采用合適的測量方法能減少這一誤差。

3.2 貫通誤差的分配

采用盾構法施工的隧道工程，在進行工程測量時，地面控制網的選擇較多，地下控制測量卻大多只能布設為支導線形式。貫通誤差限值的分配即是測量精度的確定。洞內導線能夠確定施工中線和貫通誤差，測量誤差、施工誤差和放樣誤差對貫通精度的影響也可以忽略不計，所以隧道貫通誤差的主要影響因素可確定為來源于地上控制網、地下控制網和導線及豎井聯系測量。隧道施工過程中，地面控制測量和洞內控制測量往往由不同施工單位分別實施，因此貫通誤差應當進行適當分配。

由于地面條件顯著優于地下，平面控制測量精度要求也必然要高于地下測量，洞內導線測量的精度可略低于地面測量。地面控制測量的誤差、洞內導線測量誤差均可作為獨立影響因素，而豎井開挖的聯系測量較大程度上能夠影響貫通精度，因此也被作為影響貫通精度的獨立影響因素。高程控制測量時，洞內的高差變化和水準路線條件都優于地面；洞內的水、氣和煙塵的影響程度等按等影響原則進行分配；光亮度較差，施工干擾都使豎井聯系測量可以被作為高程貫通精度的重要影響因素。隨著我國施工技術和勘測技術的不斷發展，一些傳統的測量方法已經被GPS控制測量方法所替代，并廣泛應用于地鐵等隧道交通施工的地面控制測量中。

4 地面控制測量對橫向貫通誤差的影響

在隧道工程測量中，地面控制測量是第一道測量程序，在進行地面控制測量工作時，首先對洞口坐標誤差進行測量，然后對地面控制網邊方向進行誤差測量。其中，洞口點坐標的誤差對于對貫通誤差的影響與同一隧道開挖兩洞口點的相對誤差橢圓在貫通面上的投影式數值相同，控制網測量誤差對于隧道工程貫通誤差的影響是相對的。在對地面控制網邊方向進行誤差測量時，誤差主要體現在方向上，主要表現為兩點：①聯系測量的誤差；②地下支導線的起始方位的誤差。在進行聯系測量過程中，無論采用何種測量方式，都不可避免的會對貫通誤差產生一定的影響。假設，將地下單側支導線的總長在貫通面的垂直方向上的投影設定為S，則地面控制網邊的方向誤差對橫向貫通誤差的影響值就等于起始方向誤差與S的乘積。對于控制網最弱邊的相對誤差，可以根據精度要求進行計算。

地面控制測量的誤差對于橫向貫通誤差值的影響，是由洞口點坐標誤差以及地面控制網邊方向的誤差所合成的。

通過對地面控制網進行優化設計，可以根據隧道開挖段兩端控制點的相對誤差以及定向邊方向誤差確定精度指標。如果采用常規方式設計控制網，則可以使用最弱點點位誤差以及最弱邊邊長相對誤差作為精度指標。因此，在進行地面控制測量時，可以使用常規方法，操作便捷。

5 聯系測量對橫向貫通誤差的影響

隨著地下導線長度的增加或者減小，隧道起始方位角的誤差對于貫通誤差的影響會不斷發生變化。如果采用平洞或者斜井的方式進行隧道開挖，則地下導線的起始位置就是地面控制網的方位角，為了減小貫通誤差，必須進行科學合理的測量。在進行洞外平面控制測量時，必須使用先進的測量儀器進行定位測量，為了減小洞外測量誤差所引起的橫向貫通誤差，可以采用延長觀測時間、增加觀測時段等方式。隧道工程的面積與控制大小是有限的，因此，洞內測量分布很難做到全面和系統，因此，在進行隧道工程開挖時，隧道隧洞測角誤差是橫向貫通誤差的重要因素。

6 地下導線測量誤差對橫向貫通誤差的影響

地下導線貫通誤差對于橫向貫通誤差的影響的表達公式如下：

在隧道貫通前，由于地下的導線是支導線，可以將上述公式轉化為以下公式：

在大部分城市地鐵工程中，隧道工程一般為直線形，而在直線隧道中，需要布設等邊的直伸導線，橫向貫通誤差是由測角誤差所引起的。

7 隧道工程測量的精度分析與測量方案設計實例

7.1 貫通誤差及相應技術指標

由于縱向誤差對貫通誤差幾乎沒有影響，因此可忽略不計。按照等影響原則，洞內外水準測量誤差所產生的高程貫通誤差的容許值相同。

7.2 地面控制測量

本文以某隧道施工工程為例，對隧道貫通測量技術及其設計方案進行簡要闡述。

7.2.1 坐標系統

地面控制測量和洞內控制測量均采用與已知點相同的坐標系統，平面采用WGS-84坐標，高程采用1985年頒布的國家高程基準體系。設計地面布設一級導線，分為5條邊，長邊298m，短邊196m，平均邊長270m，測量中誤差5s，測距相對中誤差為1/30000。

7.2.2 地面高程控制測量

該隧道工程所處地段地形復雜，周邊植被茂盛，該隧道屬于中直隧道。由于受到各種因素的影響，洞外按2km進行四等水準測量，并且敷設四等水準路線，測量儀器選用3S型水準儀，其每公里高差中數的偶然中誤差為5.0mm。觀測方法為四等水準測量方法。

7.2.3 洞內控制測量

（1）洞內導線布設

該隧道工程為直線型隧道，而且為于中隧道，綜合考慮各種因素，采用沿隧道中線布設等邊直伸型二級支導線作為工作導線，并且導線布設形式為等邊直伸型。在隧洞內部，設置4個導線點，5條邊線，長邊為200m，短邊180m，平均邊長為196m，測角中誤差為8s，測距相對中誤差為1/14000。在本次測量過程中，所用測量儀器與洞外平面導線控制測量時的儀器相同。

（2）洞內導線測角和測邊

洞內導線測角采用方向觀測法進行測量，并且與地面導線基本相同。洞內導線測邊采用光電測距儀和全站儀測定邊長，測量效果比較好。

8 結語

綜上所述，在隧道工程測量過程中，各個測量環節誤差因素都會對貫通測量誤差產生影響，通過對隧道工程測量誤差進行詳細分析，能夠確保各個測量環節能夠高質量完成，確保隧道工程全面安全貫通。

［1］高 明，高治華，第五江波.淺談隧道工程測量方案中的關鍵問題和對策［J］.城市建設理論研究：電子版，2012（23）：36～37.

［2］王肇輝.隧道工程測量方案設計中的關鍵問題和對策［J］.華東科技：學術版，2014（03）：113.

［3］虞晶磊.隧道工程施工測量控制［J］.城市建設理論研究：電子版，2012（33）：72～74.

U452.1

A

2095-2066（2016）29-0215-02

2016-9-30

曾小偉（1974-），男，工程師，本科，主要從事測量工作。