超特長隧道高程測量的貫通誤差控制

楊云

摘要：本文首先對超特長隧道洞外高程控制測量的主要方法存在的問題進行了分析，找出貫通測量的誤差情況，最后提供了控制超特長隧道測量的貫通誤差的方案和對策，希望對未來超特長隧道高程控制測量的貫通誤差控制提供參考。

Abstract： This paper firstly analyzes the problems existing in the main method of ultra-extra long tunnel external elevation control measurement， finds the error of the penetration measurement， and finally provides the scheme and countermeasures for controlling the penetration error of the ultra-extra long tunnel measurement. It is hoped that this paper can provide reference for the penetration error control of the ultra-long tunnel elevation control measurement.

關鍵詞：超特長隧道;隧道高程控制測量;貫通誤差

Key words： super-extra long tunnel;tunnel elevation control measurement;penetration error

中圖分類號：U452.1+3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）09-0075-03

1 ?超特長隧道洞外高程控制測量的主要方法及存在問題

二等水準測量和二等三角高程測量在我國超特長隧道測量發揮著重要的作用，是測量的兩種主要方法。這兩種方法在進行隧道貫通前的高程控制測量時，其測量的路線長度一定會存在繞行現象。隧道的長短、山體的大小和交通運輸等超過一定的程度后都會對高程控制測量的路線造成影響，不僅會使得繞行情況嚴重，而且洞外水準路線的長度就會變長。我國在超長隧道高程控制測量上已經積累了一定的經驗，根據以往的統計數據顯示，在隧道貫通之前，超特長隧道高程控制測量的路線繞行長度要遠遠長于隧道本身的長度，且其一般會是隧道本身長度的3倍以上，一般情況為3～5倍，有的甚至達到了十多倍，比如其嶺隧道和金寶頂隧道，在隧道貫通之前，兩者的二等水準路線繞行長度分別是隧道本身長度的13.5倍和13.7倍。

系統誤差和偶然誤差是超特長隧道測量的兩大問題，當超特長隧道貫通前高程控制測量路線繞行越長，其測量累積的出現誤差的可能性就會越大。超特長隧道貫通后，隧道貫通后隧道進、出口兩端水準點間的高差與隧道貫通前繞行所測量高差不一致一定會再次進行隧道高程貫通測量、隧道洞內二等水準測量出現。針對上述的問題，本文對于超特長隧道貫通后的誤差情況做出了相應的研究，提供了調整和控制誤差的解決方案和對策，希望對未來超特長隧道的貫通誤差控制提供參考和建議。

2 ?貫通測量概述及超特長隧道高程貫通后誤差情況

2.1 貫通測量概述

為了能夠滿足設計的要求，使得測量工作順利開展并達到貫通測量的目的，我們需要保障兩個或者多個相向或是同向掘進的工作面需要準確的、成功的掘進同一并向。多頭掘進同一井巷的貫通方式具有一定的優勢，比如說像縮短工期、改善通風和勞動條件等，從而促使掘進的速度和礦井采礦都保持平衡。

貫通巷道兩端的平面坐標和高程是進行貫通測量時需要知道的兩個基本數據，然后在一定的誤差范圍內將計算出巷道中線的坐標方位角和巷道腰線的坡度與設計的原始數據進行對比，此外還要求出巷道兩端點處的指向角，根據以上的各種數據，我們可以對巷道的中線和腰線進行確定，在此基礎上指導設計中不同的巷道向著一樣的方向進行開掘，從而保證在貫通相遇點完美的銜接。

2.2 超特長隧道高程貫通后誤差情況

據各種具體情況而言，貫通誤差預計參數主要包含了四種，為地面控制網誤差預計參數、陀螺定向誤差預計參數、立井導入高程誤差預計參數、井下控制網誤差預計參數。由長度誤差、角度誤差、高程誤差參數等的導致地面已知控制點的坐標、方位角誤差的我們稱為是地面控制網誤差。測角誤差參數、量邊誤差參數及高程測量誤差參數都是井下控制網誤差參數，這三種誤差參數還可以繼續進行細分，其中測角誤差可以細分為測量水平角誤差和測量垂直角誤差;鋼尺量邊誤差和光電測距儀量邊誤差都是量邊誤差;水準測量誤差和三角高程測量誤差為高程測量誤差的兩種。

隧道的貫通和隧道洞內控制的測量需要在超特長隧道貫通后及時進行測量。在隧道貫通之后，二等水準測量的高差與隧道貫通前繞行所測的洞口高程控制點間的高差之間的差值我們這里定義為Δh，并且根據差值情況的不同，我們一共分為了三類：

這里的L值得是隧道貫通后水準路線長度，單位是km。一旦|Δh|數值較大，意味著誤差也會很大，鑒于此，本研究對于第三種情況將不予研究。

3 ?超特長隧道貫通后高程貫通誤差調整方案及其對策

3.1 超特長隧道洞外高程控制網建立及施工期間注意事項

在超特長隧道洞外高程控制網測量和施工過程中，為了控制貫通誤差，我們應該注意如下一些問題：

①為了減少測量的誤差和避免不必要的測量，我們一般會在超特長隧道高程控制測量前進行相應的準備工作，以便在詳細踏勘的時候尋找出最短的、最可行的測量路線。

②為了保證方便的、及時的進行高程控制網在隧道施工前或隧道施工期間的穩定性，需要在超特長隧道進、出口端布設3個及以上的高程控制點。多余的控制點還可以在其他控制點破壞后進行補設。

③《高速鐵路工程測量規范》、《國家一、二等水準測量規范》及其它一些相關規范是高程控制測量的依據和標準，還可以就在保障不影響外業測量效率的基礎上，加強對外業測量限差的要求，保證了外業高差測量數據的正確性和可信度。

④關于L的取值一般不會選取水準路線的繞行長度，而是選擇隧道本身的長度，L的單位取km，在進行外業測量時侯，我們將±4mm設置為進出洞口測段間二等水準測量往返測高差的不符值限差。

⑤我們在將隧道本身的長度作為計算超長隧道進口和出口端繞行測段平均距離的計算基準，以便準確提升超特長隧道的控制點。

⑥《高速鐵路工程測量規范》應用于超特長隧道施工的過程中，規范中對于復測的要求提供了具體的指導，還要定期或是不定期的復測超特長隧道高程控制網，復測高差不符值限差為±6mm（L單位為km），其中L是超特長隧道的隧道長度。

3.2 超特長隧道貫通后高程貫通誤差調整方案及對策

超長隧道貫通后，隧道洞內二等水準測量兩洞口控制點間的高差與隧道貫通前繞行所測的高差不一致。想要更好的測量超長隧道，并順利的進行施工，我們需要找出最佳的實際高程貫通誤差調整方法，為了能夠更加深入的進行研究，我們從差值Δh出發，進行了不同的分析。

①當|Δh|≤4：由于相鄰二等水準點之間的測段復測高差與原測高差之差限差為±6和已知點間的高差閉合差限差為±8，所以，在這種情況下，我們可以考慮不對超長隧道進口、出口段進行調整;此外，洞內二等水準加密時，可用隧道進出口兩端的既有二等水準點作為已知點進行約束平差，計算出洞內加密二等水準點的高程，在超長隧道洞內的高程控制網中，直接消除不符值Δh。

②當4<|Δh|≤10：如果隧道洞內二等水準測量的兩端洞口水準點間高差和與隧道貫通前繞行所測的對應高差差值符合4<|Δh|≤10時，為了能夠實現洞內高程控制網往外聯測至隧道大、小里程的其它既有水準點上，我們需要能夠保證隧道進、出口端水準點的相對穩定性，在軌道兩邊還要滿足沒有進行無砟軌道鋪設施工的要求，以便實現附和水準路線長度的加長。如果附和水準路線高差閉合為|Δh′|≤4時，這時是延長后的結果，我們還可以把延長后的附和水準路線使用到超特長隧道洞內二等水準加密，還可以再次更新相關水準點的高程值，此外，我們還可以將此次水準平差計算的高程應用到其它構筑物無砟軌道的鋪設及軌道精調等。

為了可以避免造成超特長隧道洞內構筑物和其他地段構筑物的高程的不同，我們需要有效地進行對超特長隧道洞內二等水準加密及其它既有相關水準點的高程值的更新，為了保證更新值的有效性和準確性，我們要盡可能得采用延長附和水準路線的方法，如果超長隧道洞內構筑物和其他地段的高程不能保持一致就會造成超特長隧道洞內的道路鋪設和道路調整的準確性，甚至影響到道路的順接，衍生了斷高和局部工程報廢等不好的各種情況。

本研究可以根據既有的隧道高程貫通后的高差與隧道進出口端既有水準點間的既有高差得出，假設超特長隧道高程貫通出現誤差，其導致誤差的原因是隧道貫通前繞行的測量誤差，這種誤差出現時一般采用的方案是鐵路超特長隧道高程貫通誤差調整方案，如果無法對高程值進行調整時，我們還可以采用強制平差，將Δh的不符合值直接去掉，例如：

如果我們取隧道長度是8km，因為要滿足4<|Δh|≤10，我們可以得到11.314mm<|Δh|≤28.284mm，水準點的布置遵循2km的間隔，故而如果隧道長度8km的話需要設置三個水準點，平差后的每段分配的高差不符值需要除以四，結果為2.828mm<|Δh|/4≤7.071mm。復測的兩水準點間高差需要滿足的限差是6mm=8.485mm，附和線路水準點間的高差閉合差限差為8mm=11.314mm，均大于7.071mm，這樣的處理結果可以使得后續的測量繼續進行。已知水準測量測段的高差閉合差限差與是正比例得關系，洞內加密二等水準點會隨著隧道的加長而變多，而且后續測量工作能否可以順利進行，測量限差要求能否滿足，取決于加密后相鄰水準點需分配和消化的高差差值，取值越小越好。

3.3 實例論證

國家高速公路網G4216成都至麗江高速公路華坪至麗江高速公路是云南省干線公路“9210”主骨架網中的第九條放射線中“昆明—華坪—麗江—香格里拉—德欽放射線”的組成路段，也是麗江南連大理通東盟、北接迪慶進藏區、東經華坪入川渝、西過保山至南亞的重要大動脈。項目位于云南省西北部，起于四川省在建麗攀高速公路華坪至滇川界至攀枝花高速公路K18+000處，經麗江市華坪縣、永勝縣、古城區、玉龍縣，接麗江市玉龍縣大理至麗江高速公路，主線全長約151.003km。

本項目為華坪至麗江高速公路第9合同段，起點樁號為K18+280，終點樁號K24+237，路線總長5.957km。本項目范圍內有營盤山超特長隧道1座（含通風斜井1座），馬家灣中橋1座，路基左線248m，右線220m。

營盤山隧道是華坪至麗江高速公路重大控制性工程之一，屬超特長隧道。營盤山隧道左線起訖樁號為ZK18+588～ZK29+860，長11272m;右線起訖樁號為K18+580～K29+890，長11310m;隧道雙洞總長為22582m。本合同段承建營盤山隧道左線起訖樁號為ZK18+588～ZK24+237，長5649m;右線起訖樁號為K18+580～K24+237，長5657m;隧道雙洞總長為11306m。隧道最大埋深約為877m，隧道進口端左右線測設間距為25.7m，洞身左右線測設間距為30m，出口端左右線測設間距為27.2m。隧道穿越了斷層、巖爆、巖溶、大變形等不良地質，其地形、地質、環境條件特殊，建設技術問題十分復雜。營盤山隧道有排風斜井和送風斜井各1座，總長2603m;15座人行橫通道，總長453.2m;8座車型橫通道，總長277.41m;2座變電所橫通道，總長60m;16處緊急停車帶。