長大隧道內(nèi)CPII控制網(wǎng)測量技術(shù)探析

付民光

【摘 要】本文提出了以CPII控制點(diǎn)為強(qiáng)制對中標(biāo)志，同時(shí)樁頂刻劃“十”字兼容原平面標(biāo)志功能，在左右點(diǎn)對中間設(shè)站，每站觀測前后相鄰的3對點(diǎn)，形成“點(diǎn)對中間設(shè)站、相鄰點(diǎn)邊角同測”的一種適合于長大隧道內(nèi)CPII控制網(wǎng)測量方法（簡稱中間法），通過在杭黃鐵路紫高尖隧道內(nèi)實(shí)際驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了達(dá)到了預(yù)期效果，對今后類似長大隧道內(nèi)CPII控制網(wǎng)測量施工提供一定的借鑒和參考意義。

【Abstract】The CPII control point is used as the mandatory centering mark， and the top of the pile is characterized by the "+" ，it is also compatible with the original plane mark. In the middle of left and right point pairs， we set the station， each station observes three adjacent point pairs， to form the measurement method of " setting station between point pairs， same testing on corner of adjacent points"， this method is suitable for long tunnel CPII control network measurement（it is also referred to as the middle method）. This method is presented in this paper， and it is verified in the Zigaojian tunnel in HangHuang railway， which achieves the expected effect and provides some reference and significance for the construction of CPII control network in similar long tunnels.

【關(guān)鍵詞】長大隧道； CPII控制網(wǎng) ； 測量技術(shù)

【Keywords】 long tunnel ；CPII control network ；measurement technology

【中圖分類號】U45 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0185-05

1 引言

隨著近幾年高速鐵路的快速發(fā)展，大批長大隧道不斷涌現(xiàn)，受客觀條件限制，目前洞內(nèi) CPII平面控制網(wǎng)的布設(shè)只能采用導(dǎo)線方式[1]。由于CPII的成果將作為軌道控制網(wǎng)（CPIII）的起算基準(zhǔn)，而CPIII控制網(wǎng)的精度將直接影響軌道的平順，從而影響列車運(yùn)行的舒適度及安全性。因此，洞內(nèi) CPII平面控制網(wǎng)的測量精度就非常重要。在實(shí)際工作中，由于目前多采用0.5″級高精度全站儀，因此三等CPII平面控制網(wǎng)精度比較容易滿足，而隧道二等及更高等級的洞內(nèi)CPII平面控制網(wǎng)測量精度卻往往達(dá)不到限差要求，從而陷入長時(shí)間的返工 ，給各方工作帶來很大制約，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。因此，如何保證長大隧道洞內(nèi)CPII測量精度成為一個(gè)新的課題。

2 概念說明

長大隧道：主要指長度在6km以上的隧道，采用CPII控制網(wǎng)的形式進(jìn)行平面控制網(wǎng)的布設(shè)。坐標(biāo)系統(tǒng)和測量等級技術(shù)指標(biāo)要求如下：

2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)

采用原有施工測量坐標(biāo)系，經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)測后確認(rèn)的新成果。

2.2 測量等級及技術(shù)指標(biāo)

各級平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求應(yīng)符合下表1的規(guī)定。

洞內(nèi)（CPⅡ）三、四等導(dǎo)線測量的主要技術(shù)要求應(yīng)符合下表2的規(guī)定。

3 控制點(diǎn)布設(shè)及埋樁

3.1 布點(diǎn)

洞內(nèi)CPⅡ點(diǎn)沿線路走向布設(shè)，前后相鄰點(diǎn)間距300～600m。本項(xiàng)目無砟軌道段CPⅡ?qū)Ь€布設(shè)成導(dǎo)線網(wǎng)，在CPⅡ點(diǎn)對側(cè)布設(shè)輔助點(diǎn)，輔助點(diǎn)與CPⅡ點(diǎn)里程差盡量小[2]。

導(dǎo)線點(diǎn)宜充分利用洞內(nèi)施工平面控制樁，單獨(dú)布點(diǎn)時(shí)應(yīng)布設(shè)在施工干擾小、安全穩(wěn)固、方便設(shè)站、便于保存的地方，點(diǎn)間視線應(yīng)距洞內(nèi)設(shè)施0.2m以上。

3.2 埋樁

控制點(diǎn)埋設(shè)于水工電纜槽墻頂部，控制點(diǎn)穩(wěn)固后方可進(jìn)行測量工作。

4 測量方法及技術(shù)要求

4.1 測量儀器設(shè)備

所用儀器應(yīng)在觀測前檢驗(yàn)合格，并保證觀測時(shí)儀器在有效檢定期。本次洞內(nèi)CPⅡ?qū)Ь€測量采用TCA2003。TCA2003標(biāo)稱精度為方向測量中誤差0.5″，距離測量中誤差1mm+1ppm。

進(jìn)行導(dǎo)線邊長觀測時(shí)，溫度讀數(shù)精確至0.2℃，氣壓讀數(shù)精確至0.5hPa。

4.2 測量方法

洞內(nèi)CPⅡ測量采用導(dǎo)線網(wǎng)測量方法，如下表3所示。

洞內(nèi)導(dǎo)線測量應(yīng)起閉合于洞外CPI控制點(diǎn)，導(dǎo)線兩端均應(yīng)進(jìn)行已知方位邊觀測。

4.3 技術(shù)要求

4.3.1導(dǎo)線測量總體技術(shù)要求如表4所示

②相鄰點(diǎn)位坐標(biāo)中誤差小于5mm。

4.3.2 水平角方向觀測技術(shù)要求如表5所示

②下半測回歸零差超限時(shí)，應(yīng)立即重測該測回。

4.3.3 邊長觀測技術(shù)要求

在方向觀測時(shí)進(jìn)行邊長觀測，邊長觀測次數(shù)與方向觀測次數(shù)一致。距離較差限差如表6所示。

5 CPⅡ控制網(wǎng)測量方案

①在建立洞內(nèi)導(dǎo)線CPⅡ控制網(wǎng)測量前，設(shè)計(jì)院應(yīng)進(jìn)行CPI點(diǎn)（二等GPS測量控制網(wǎng)）進(jìn)行復(fù)測量，并取得最終成果。

②洞內(nèi)導(dǎo)線CPⅡ控制網(wǎng)宜附合到各洞口CPⅠ控制點(diǎn)上。在進(jìn)出洞口處應(yīng)分別布點(diǎn)，避免一條導(dǎo)線邊分處洞外和洞內(nèi)。

③洞內(nèi)導(dǎo)線CPⅡ控制網(wǎng)測量等級：當(dāng)附合長度小于6km以下時(shí)為四等，附合導(dǎo)線長度大于6 km且不超過10km時(shí)為三等。

④導(dǎo)線邊長300～500m，每隔600～1000m埋設(shè)永久導(dǎo)線點(diǎn)。

⑤永久性導(dǎo)線點(diǎn)采用不銹鋼制作，中心刻“+”。

⑥導(dǎo)線邊長觀測時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫度、氣壓等氣象元素測定，并輸入全站儀對觀測距離進(jìn)行自動(dòng)改正。溫度讀至0.5℃，氣壓讀至1hPa。

⑦觀測方法：角度采用方向觀測法，盤左順時(shí)針，盤右逆時(shí)針依次觀測各方向。測站限差為：方向觀測法半測回歸零差不大于6″，一測回內(nèi)2C較差不大于9″，同一方向值兩測回較差不大于6″。距離和方向同時(shí)測量，半測回、測回間距離較差不大于2mm。

⑧洞內(nèi)導(dǎo)線采用雙導(dǎo)線布設(shè)，點(diǎn)對之間應(yīng)測量距離，并參與平差計(jì)算。布設(shè)方式如圖1所示：

現(xiàn)場CPII控制網(wǎng)在業(yè)主規(guī)定的基礎(chǔ)上，又采取了進(jìn)一步的加強(qiáng)措施。主要表現(xiàn)在如下：

①CPII控制網(wǎng)所有導(dǎo)線點(diǎn)均埋設(shè)了強(qiáng)制對中標(biāo)志（5/8英寸制式），標(biāo)志采用不銹鋼制作，頂面中心刻“+”，兼容原平面標(biāo)志功能；

②洞內(nèi)導(dǎo)線采用交叉導(dǎo)線閉合環(huán)方式，每1站同時(shí)觀測相鄰的2對導(dǎo)線點(diǎn)，并測量對點(diǎn)之間的距離。布設(shè)形式如圖2所示：

③同時(shí)對部分段落CPII控制網(wǎng)采用了“點(diǎn)對中間設(shè)站、前后邊角同測”方式進(jìn)行測量（以下簡稱中間法）。測量方式如圖3所示：

④中間法CPII控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理。

可以采用兼容的CPIII平差軟件進(jìn)行解算（市面上部分CPIII平差軟件不能解算這種網(wǎng)形），也可轉(zhuǎn)換為導(dǎo)線形式進(jìn)行平差計(jì)算。

轉(zhuǎn)換為導(dǎo)線形式后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理降低處理難度，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的直觀性，符合一般技術(shù)人員應(yīng)用習(xí)慣。結(jié)合下圖進(jìn)行詳細(xì)說明，圖中虛線為中間法觀測數(shù)據(jù)展示，兩側(cè)的粗實(shí)線為轉(zhuǎn)換為導(dǎo)線邊，前后相鄰邊有角度觀測值和距離觀測值，左右對點(diǎn)間距離參加平差，如圖4所示：

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可采用自主開發(fā)的專用軟件，轉(zhuǎn)換步驟如圖5所示：

6 實(shí)例介紹

根據(jù)以上測量原理在杭黃鐵路紫高尖隧道CPII控制網(wǎng)中進(jìn)行驗(yàn)證測量，紫高尖隧道全長9775m，設(shè)計(jì)為雙線隧道，全隧為單面上坡，位于右偏曲線上，設(shè)計(jì)行車速度為250km/h。

圖6示例：杭黃鐵路紫高尖隧道洞同內(nèi)CPII控制網(wǎng)，部分資料在表7中列出（表中數(shù)據(jù)由鐵四院CPIII平差軟件處理）。

中間法CPII控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)線形式后可由通用平差軟件進(jìn)行質(zhì)量檢查和平差計(jì)算，下圖7列出示例經(jīng)武漢大學(xué)科傻軟件CosaWin98處理后結(jié)果。（表7）

7 結(jié)語

采用中間法測量長大隧道內(nèi)CPII控制網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①CPII控制點(diǎn)采用強(qiáng)制對中方式，減少了對中誤差，提高了角度、距離測量精度；

②采用對點(diǎn)中間法設(shè)站測量方式，理論上能有效降低視線水平折光程度，有利于提高控制點(diǎn)相對位置精確性；

③外業(yè)工作量較傳統(tǒng)雙導(dǎo)線減少一半，效率提高50%；

④中間法測量數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)導(dǎo)線形式，閉合差檢查更為直觀；

⑤中間法測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)導(dǎo)線形式后，平差計(jì)算不需要特殊軟件（如CPIII平差系統(tǒng)軟件）即可完成，有利推廣使用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】TB 10601-2009高速鐵路工程測量規(guī)范[S].

【2】王科峰.張子明.GPS在長大隧道控制測量中的應(yīng)用[J].電鐵信息網(wǎng)訊，2007（2）：51-52.