GNSS獨(dú)立網(wǎng)對(duì)隧道群貫通誤差影響的分析研究

摘 要：隨著我國北斗技術(shù)的不斷發(fā)展，GNSS技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和成熟，在大型工程項(xiàng)目中建立，通常使用GNSS技術(shù)建立高精度、高可靠性的控制網(wǎng)，以減少和控制誤差。本文主要通過對(duì)某客運(yùn)專線中多個(gè)隧道段建立整體獨(dú)立網(wǎng)，以消除隧道的貫通誤差，完成整體橋隧的對(duì)接與通達(dá)。通過對(duì)數(shù)據(jù)的采集觀測、成果的多檢驗(yàn)手段提高可靠性，對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行精度分析與評(píng)價(jià)，確定GNSS獨(dú)立控制網(wǎng)可靠性，對(duì)隧道貫通誤差進(jìn)行預(yù)計(jì)，是否滿足精度要求。

關(guān)鍵詞：GNSS；獨(dú)立控制網(wǎng)；精度分析；貫通誤差預(yù)計(jì)

1、引言

隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)不斷發(fā)展， 在很多工程項(xiàng)目中越來越多的測繪單位采用國產(chǎn) GNSS 接收機(jī)，用于建立高等級(jí)測量控制網(wǎng)[1]。本文主要針對(duì)實(shí)測GNSS網(wǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過GNSS軟件平差后，對(duì)獨(dú)立網(wǎng)進(jìn)行精度分析研究，通過對(duì)邊長檢核，一點(diǎn)一方向平差等措施檢核控制網(wǎng)精度，以驗(yàn)證控制網(wǎng)的可靠性和精度，以及分析控制網(wǎng)精度對(duì)隧道貫通誤差的影響。

2、工程項(xiàng)目概況

新建某鐵路客運(yùn)專線，客運(yùn)專線某工程段中包括5座隧道總長23764.26m，橋隧總長26.054km，橋隧比95.32%。為保證隧道控制網(wǎng)的良好整體性，決定對(duì)這7個(gè)隧道群采用GNSS獨(dú)立布網(wǎng)、統(tǒng)一測量、整體平差計(jì)算的方式進(jìn)行測量控制網(wǎng)建設(shè)。在精密測量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立隧道群洞外獨(dú)立控制網(wǎng)。為保證隧道坐標(biāo)系統(tǒng)的一致，并滿足投影變形不超過10mm/Km的要求，參考橢球體采用設(shè)計(jì)選擇坐標(biāo)系國家2000坐標(biāo)系橢球參數(shù)，采用過測區(qū)中心的子午線為中央子午線；投影面大地高為測區(qū)平均大地高260米， 高程異常為-4米。

3、獨(dú)立控制網(wǎng)精度分析

控制網(wǎng)精度主要參考評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：重復(fù)基線較差、閉合環(huán)閉合差、約束平差后精度、平差后基線邊長較差等指標(biāo)，綜合評(píng)定控制網(wǎng)精度以及可靠性。

3.1重復(fù)基線較差與閉合環(huán)檢驗(yàn)

由平差計(jì)算資料可以看出，獨(dú)立網(wǎng)中有重復(fù)基線72條，全部重復(fù)基線較差均合格，其中最大重復(fù)基線較差，經(jīng)過計(jì)算△DX=5.7mm；△DY=1.9mm；△DZ=28.7mm；△S=27.1mm；限差TS=28.5mm，重復(fù)基線均符合要求。全網(wǎng)共有閉合環(huán)119個(gè)，其閉合環(huán)各坐標(biāo)分量（ Wx、Wy、Wz ）及全長閉合差（Ws）符合式規(guī)定。

3.2獨(dú)立網(wǎng)二維約束平差

獨(dú)立網(wǎng)的三維無約束平差合格后，利用鐵四院編制的SYGNSS數(shù)據(jù)處理軟件，聯(lián)測的隧道附近的高等級(jí)CPI控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正已經(jīng)二維約束平差處理。首先檢核CPI控制點(diǎn)間的兼容性，利用附近6個(gè)CPI控制點(diǎn)進(jìn)行間兼容性分析，平均坐標(biāo)偏差：Δx=2.93mm；Δy=1.38mm；最大的坐標(biāo)偏差： Δx=4.0mm；Δy=2.7mm，因此，控制點(diǎn)兼容性較好，可用做二維約束平差的控制基準(zhǔn)。

工程獨(dú)立坐標(biāo)系平面坐標(biāo)進(jìn)行二維約束平差，平差后對(duì)獨(dú)立網(wǎng)二維約束平差精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：主要包括基線向量網(wǎng)基線向量邊長相對(duì)中誤差、坐標(biāo)方位角中誤差、點(diǎn)位坐標(biāo)中誤差等指標(biāo)： 基線向量邊長相對(duì)中誤差最大值1/ 260278；基線向量坐標(biāo)方位角中誤差最大值0.82″；點(diǎn)位坐標(biāo)平面中誤差 最大值0.21cm。獨(dú)立控制網(wǎng)平差結(jié)果中，全部成果均滿足500m最弱邊相對(duì)中誤差和最弱邊方位角中誤差精度指標(biāo)：獨(dú)立控制網(wǎng)基線邊方向中誤差≤0.9″、最弱邊相對(duì)中誤差≤1/25萬的精度要求。二維約束平差后獨(dú)立控制網(wǎng)精度完全滿足《高速鐵路工程測量規(guī)范》中，一等最弱邊相對(duì)中誤差≤1/25萬的精度要求。

3.3一點(diǎn)一方向平差

為了保證隧道獨(dú)立控制網(wǎng)的整體性，并將線路控制點(diǎn)的坐標(biāo)引入隧道進(jìn)出口的子網(wǎng)中，進(jìn)口位置選取點(diǎn)為固定點(diǎn)，出口位置選取點(diǎn)為方向點(diǎn)，采用一點(diǎn)一方向進(jìn)行平差計(jì)算，平差完成后平差精度統(tǒng)計(jì)見表1。

從上表二維約束平差及一點(diǎn)一方向平差較差的結(jié)果，可見相鄰點(diǎn)間相對(duì)關(guān)系較好，二維約束平差及一點(diǎn)一方向平差在隧道橫向較差較小，隧道縱向因尺度原因坐標(biāo)較差較大，因此，本隧道采用一點(diǎn)一方向平差成果用于隧道的施工控制，二維約束平差成果僅作為檢核參考。

4、隧道貫通誤差估算

洞外控制測量完成后，應(yīng)根據(jù)實(shí)測精度估算隧道洞外貫通誤差；確定隧道洞內(nèi)控制網(wǎng)的角度和邊長測量精度。

4.1洞外（GPS測量）貫通誤差估算

洞外GPS控制測量，根據(jù)平差成果，可利用平差軟件選取方向中誤差較高的基線邊做為進(jìn)洞方向邊，來進(jìn)行隧道洞外測量貫通估算。

αF—貫通面方位角。

洞外GPS測量完成后，首先采用四院（SYGPS）平差處理軟件對(duì)GPS網(wǎng)進(jìn)行平差計(jì)算，然后利用該軟件計(jì)算GPS測量的貫通誤差，計(jì)算時(shí)通過選擇不同的定向邊，確定最優(yōu)定向邊作為以后隧道進(jìn)洞邊。貫通誤差影響值（mm）分別為11.3mm、1.4mm、4.5mm、3.0mm、2.1mm，允許橫向貫通中誤差（±30mm）

4.2洞內(nèi)導(dǎo)線測角誤差估算

洞內(nèi)導(dǎo)線，按等邊直伸導(dǎo)線估算導(dǎo)線終點(diǎn)由測角引起的點(diǎn)位橫向誤差由下式計(jì)算：

式中myβ—測角誤差影響在貫通面上的橫向中誤差（mm）。

mβ—控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的測角中誤差（″）。

Rx—控制網(wǎng)各點(diǎn)至貫通面的垂直距離（m）。

4.3洞內(nèi)導(dǎo)線測邊誤差估算

式中myl—測邊誤差影響在貫通面上的橫向中誤差（mm）。

ml /l —控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的邊長相對(duì)中誤差。

dy—控制網(wǎng)各邊在貫通面上投影長度（m）。

4.4隧道綜合貫通誤差估算

隧道綜合貫通誤差由洞外GPS測量通誤差、測角誤差、測邊誤差共同引起的，所以，隧道綜合貫通誤差可由下式計(jì)算得到。

由表2可看出，洞外GNSS測量控制網(wǎng)的對(duì)隧道貫通的影響與隧道長度無關(guān)，洞外GNSS測量誤差影響較小，洞內(nèi)導(dǎo)向測量誤差影響較大，洞內(nèi)測量誤差隨著隧道長度的增加而增大；隧道洞內(nèi)導(dǎo)線采用邊長為350m、測角中誤差采用1.3″時(shí)，測量綜合誤差影響均小于洞內(nèi)外綜合貫通中誤差限差50mm，滿足規(guī)范要求。

5、結(jié)語

經(jīng)過分析計(jì)算，可以得出本次建立的GNSS隧道群獨(dú)立網(wǎng)精度穩(wěn)定可靠。在5座隧道貫通誤差預(yù)計(jì)計(jì)算中，獨(dú)立控制網(wǎng)對(duì)隧道貫通影響最大的貫通誤差為1.13cm，其他均在誤差允許范圍內(nèi)，滿足精度要求。洞外選擇GNSS獨(dú)立網(wǎng)建立隧道控制網(wǎng)建網(wǎng)速度快、精度高，是一個(gè)值得推廣的好方法。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，洞外選擇GNSS建立控制網(wǎng)，進(jìn)行控制測量產(chǎn)生的誤差相對(duì)于洞內(nèi)導(dǎo)線測量產(chǎn)生的誤差影響很小，洞內(nèi)導(dǎo)線測量誤差是隧道貫通誤差的主要誤差影響因素，同時(shí)受隧道長度影響，隧道長度與產(chǎn)生誤差成正比。因此，隧道貫通長度超過一定距離后，應(yīng)采取相應(yīng)措施，提高隧道內(nèi)導(dǎo)向測量精度，才能保證貫通順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙長勝.GNSS原理及其應(yīng)用[M].測繪出版社.2015.

[2] 張東明，鄧軍.GNSS定位測量技術(shù)[M].武漢理工大學(xué)出版社.2016.

[3] 李月朋，黃帥，趙虎.隧道模擬貫通誤差與實(shí)測貫通誤差對(duì)比分析[J].公路.2017（09）

作者簡介：禹志強(qiáng)，中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司 浙江湖州 313000endprint