特長隧洞精密測量導線網的控制

余 敏

（中鐵十八局集團隧道工程有限公司 重慶 北碚區(qū) 400700）

某引水隧洞由若干施工支洞承擔相應施工任務，最后實現全部貫通?？偢伤矶雌露刃?，斷面小，與之形成對比的是各施工支洞坡度大斷面更為狹小。隨著特長隧洞的增加，隧洞貫通在施工作業(yè)中尤為重要。隧洞貫通精密測量對衡量后期混凝土二次襯砌施工與竣工后的引水使用要求比較高。特別是對有些管道及特種工程的隧洞，洞內控制測量精度的高低就直接影響到貫通的精度，為保證隧洞在允許精度內貫通，尤其是在小斷面，大坡度，小邊長，小角度的隧洞中，我們首先要對洞內控制測量進行設計，如何布置測量導線網，采用何種方法進行導線測量尤為重要[1]。本文根據已經順利貫通的某引水隧洞為基礎，闡述各種難點下導線的測設。

1 洞內控制測量設計

1.1 縱斷面與平面控制測量設計

設計圖紙在對整體掘進需要下對引水隧洞交通洞內設一距離小于150m,角度小于45°的短邊小角度支洞，給導線測量控制帶來一定難度。在洞口投點當中，利用一個GPS 約束點，同時后視兩個GPS 點，為洞口交叉投兩個導線點，互相制約，互相約束。在交通洞最里面短邊處的置鏡點可以選擇二次置鏡或采取強制對中樁，對投點進行觀測，以減小人為可視誤差。如圖1 圖2 所示：

施工各支洞進口采用靜態(tài)GPS 觀測，對洞口投點受環(huán)境，洞口朝向等因素制約，而且存在測量誤差不斷累積的因素影響，為保證隧洞順利貫通增加了很大難度。各施工支洞與自己所承擔的總干任務在洞內平面控制測量在未貫通前都是支導線。首先要根據洞室相向或單向開挖長度及設計貫通精度要求，對洞內導線進行設計，估算預期的誤差。選擇測量設備及備選測量方案。支導線的終點是支導線精度的最弱點，橫向貫通中誤差是由導線測角誤差及導線邊長誤差所引起，而橫向貫通中誤差主要影響隧洞的貫通精度。

圖1 交通洞與41#施工支洞洞外GPS 與洞內導線點觀測示意圖

圖2 分水退水洞洞外GPS 與洞內導線點觀測示意圖

圖3 紅外線與隧洞構筑物距離觀測示意圖

根據隧洞平面設計圖，合理設計導線邊長，一般不小于300m。尤其盡可能不出現短邊。在大坡度施工支洞中還應充分考慮橫跨施工平臺段全站儀物鏡與棱鏡間構筑物的距離。如圖3 所示

1.2 精密導線網的測設

隧洞洞內控制導線網采用交叉導線網，以提高洞內平面控制測量的精度和可靠性。測量觀測時，每站觀測4 個方向。

圖4 雙“K”字形導線點觀測示意圖

如圖4 所示，全站儀置鏡于Z2 時，分別測Zl、Yl、Z3、Y3。換站置鏡于Y2 時，分別觀測Yl、Zl、Y3、Z3。

在導線水平方向觀測時，選擇距離適中、通視良好、成像清晰且垂直角較小的方向作為零方向。分組觀測時，采用同一零方向。洞內外溫度、濕度、氣壓相差很大，尤其在GPS 點位使用全站儀對洞口投點過程當中尤為重要，應選在陰天或一大早、傍晚沒有強光的情況下進行投點。在測量前儀器應開箱30 分鐘后方可觀測，使全站儀內部溫度與環(huán)境溫度一致。[2]

在大坡度施工支洞觀測數據時，由于坡度較大，全站儀置鏡點與前后棱鏡存在較大高差，需進行距離的改化。長大支洞中的距離誤差直接影響到主洞中縱向的貫通誤差。利用所在坐標系所處的地球曲率半徑和投影面大地高進行跑離改化，可有效的減小主洞貫通誤差。[3]

2 洞內導線的計算

洞外GPS 與洞內導線網外業(yè)觀測和數據質量合格后，及時進行導線網的內業(yè)數據處理。導線網的內業(yè)數據處理按照以下方式進行：①將導線網的原始觀測數據從全站儀中傳輸至計算機，并進行備份。②利用多測回測角軟件對每個測站的2C 互差、半測回歸零差、垂直角指標差互差和測距較差等精度指標進行檢查，對超限的測站及時補測。③利用《SouthSurveyOffice》對測站數據進行概算和平差，將實測邊長改正至投影正常高，同時進行高斯改化。以經檢測穩(wěn)定可靠的控制點為約束點，在隧道工程獨立坐標系下按嚴密平差法進行整網約束平差[4]。④平差出的數據與原始支導線數據進行比對。

3 洞內外高程的控制

在水利隧洞工程中，對于隧洞高程的控制尤為重要。結合現場實際在隧洞內布設二等水準點，二等高程控制網。對狹小的水工隧洞，為了方便施工，左右線分別布設水準點，設在二等導線點上。

二等水準采用LeicaDNA03 電子水準儀，3m銦瓦條碼水準尺，自動觀測記錄，采用單路線往返觀測。儀器經過國家專業(yè)檢測部門檢定，并在開工前和作業(yè)期間進行常規(guī)檢驗和經常性檢查，保證儀器工作狀態(tài)良好。

按照國家二等水準測量精度要求進行施測。水準觀測時，采用大于5 公斤的鑄鐵尺墊立尺轉點，使用尺撐扶尺，視線長度＞3m、≤50m，前后視距差≤1.0m，前后視距累計差≤3.0m，視線高度＞0.5m；≤2.5m，測站限差： 兩次讀數差≤0.4mm,每測站高差之差≤0.6mm,檢測間歇點高差之差≤lmm。由于洞內光線較暗，觀測時將水準尺尺面一定范圍用光源均勻照亮，以便儀器能夠正常讀數。

兩水準點間的往返測高差不符值小于表1 規(guī)定：

表1 水準往返誤差符合表

表中：R 為測段長度，L 為附合路線長度，F 為環(huán)線長度。

4 精度評測

在已貫通的分水退水洞進口段與上游段，采用上述方法施測，取得了非常好的貫通效果。限差均在規(guī)定范圍以內。在規(guī)定范圍以內。

5 結束語

由于隧洞工程施工的特殊性及復雜性?？刂茰y量的精度及測量的方法是保證隧洞開挖、貫通、二襯及附屬工程的質量及精度的重要手段。在施工中，小斷面、大坡度、小邊長、小角度及多種斷面形式，設計結構復雜多樣。在GPS 技術廣泛使用的今天，結合高精度的導線網布設，已經使隧洞按估算精度貫通成為可能。實踐證明，交叉雙"K"字形導線網的使用在操作細則，技術使用方面已經成熟，配以合適的后期處理軟件，為隧洞測量積累了經驗。上述導線網注意事項與高程控制為長大隧洞洞內外控制測量提供一定的借鑒。