淺析高速公路工程隧道控制測量的方法

摘要：隨著中國社會經濟的快速發展，高速公路工程項目越來越多，隨之而來的是日益凸顯的隧道質量問題，特別是可能會引發安全事故的隧道測量誤差問題直接關系到高速公路工程項目的整體質量。基于高速公路工程建設中的隧道控制測量原則，為確保隧道控制測量的準確性探討了相應的控制測量方法。

關鍵詞：高速公路;隧道;控制測量;測量方法

隧道建設是公路建設的非常關鍵的環節，隧道為交通運輸業和城市的發展提供了基礎條件。但是，與其他工程項目相比，隧道工程的施工環境本身更為復雜，需要考慮的因素很多，導致施工更加困難。隧道工程控制測量是隧道工程勘察設計、工程施工等其他建設環節的基礎和前提，其結果是否準確直接影響隧道工程的質量。基于此，探討高速公路隧道控制測量的原理和方法及其他相關內容對于提高高速公路工程建設質量來說至關重要。

一、高速公路隧道控制測量原則

為保證施工時高速公路隧道能夠順利貫通，確保隧道開挖及支護位置的準確性，需要做好控制測量和施工放樣工作，在工程實踐中要遵循的基本原則主要有以下兩個方面：

首先，測量時必須遵循“首先測量整體，然后測量局部”的順序。即，在達到從高水平測量到低水平測量的轉變之前，必須按順序及精度指標由高到低測量，直到滿足規范或設計參數為止。然后，將相應的儀器按規劃好的控制網或導線形式依次安置在每個加密控制點上，以執行測量任務。通常，隧道施工控制測量有兩種類型：平面控制網和高程控制網。

其次，測量控制網的布局應遵循“因地制宜，質量第一”的原則。 （1）“因地制宜”的原則：主要是在建設隧道控制網絡之前負責調查施工現場的人員要認真復核移交的測量控制點及相關參數，測量公路隧道的水文條件，地形等，為布設測量控制網方案提供關鍵參考信息。同時，在擬定測量控制網形時，相關技術人員應充分了解現場的各種測量儀器，熟悉控制等級的相關規范以及操作要點，全面深入地掌握現場的交通因素和其他外部環境因素，必須將質量要求與實際工程條件相結合，持續優化隧道測量控制網絡布設方案，不斷提高控制網絡的合理性和準確性。（2）“質量第一”的原則：在布設公路隧道測量控制網時，有必要提高等級精度，將其作為各項操作的基礎。例如，在隧道測量過程中，請確保在每個隧道的入口及出口附近設置至少三個平面控制點，以確保對隧道內部測量的度量有參考和校核作用。又如，為方便起見，對施工中線進行放樣和測量。當在隧道洞口投點進行布設時，洞內傳算的起算邊長一般為300m或以上，相鄰的控制點需要確保相互可見，并更好地執行檢查和定向操作。（3）“技術先進”的原則：為提高公路隧道控制網布設時的測量精度，不僅要嚴格遵守規范和設計要求，而且還采用了一些先進的測量設備和測量技術，同時還需要注意控制網布局的整體質量。

二、隧道平面控制網精度要求

1、測量控制網精度

隧道測量控制網的布局應確保其能夠順利貫通，控制網絡的等級和精度要求取決于隧道長度，公路等級、貫通誤差要求及施工技術。隧道控制測量有三種常見的控制網類型：

（1）GPS網絡。是最常用的的一種控制網，通常也是首級控制網。由于控制點之間無需通視，因此網絡布設限制更少，網絡精度相對較高，適用于做隧道內控制的起算網點。

（2）三角網。適用于地形起伏較大，能見度較高的施工場地，適用于做大范圍測區的施工控制網。

（3）導線網。適用于地勢相對平坦、要求通視的施工場地，適用于做帶狀測區及隧道內的施工控制網。

現階段，控制網布設主要采用GPS控制網的形式，主要特點是點位之間不需通視，可以直接連接隧道中的兩個投點，顯著減少控制點數量。GPS定位精度很高，特別是由較長測量基線邊緣（≥1000m）組成的控制網絡。GPS控制網的設計還需要考慮隧道的貫通精度，以確保項目的安全性及準確性，實現精確控制。

2、GPS控制網精度

假設在隧道開口處控制點的坐標精度為m2，GPS觀測精度以m0表示，

則有

其中，m0由GPS接收機決定，Q表示GPS控制網圖形強度，和控制網的幾何形狀直接相關。為了實現隧道網的布設和精確設計可以基于隧道的總長度，測量區域的地形以及每個坑口的初步位置模擬幾種不同邊長的GPS測量網絡方案，并根據圖形和GPS向量的協方差矩陣解計算Q值，然后求解出隧道開口控制點的精度，方案不但要滿足m2<±20mm的精度，而且必須高效。

三、建立隧道控制測量坐標系統

高速公路上的直線隧道長度超過1000m，彎曲隧道的長度超過500m的情況下必須根據橫向貫通精度的要求建立任意平面坐標系，坐標系應便于隧道施工放樣。需要考慮隧道兩端的精準連接，可采用國家的高斯平面坐標系，也可以是任何經度的中央子午線高斯平面坐標系。但是實際上普遍使用獨立坐標系。傳統的測量網絡也應該為施工提供便利。從隧道主軸的入口到出口的方向始終是正x軸方向，隧道中特定線的中心線的里程數是X坐標系的起始值。向右旋轉90°以建立Y軸。坐標的原點值可以是任意樁號。也可以為0。在實際施工中可以選擇隧道底部的平均高程面作為投影面高程，隧道的中心線被認為是中央子午線。根據高斯共形投影計算平面的直角坐標系也可以將偏移高程面用作投影面，并根據高斯共形投影計算該平面的直角坐標，還可以根據橢圓的投影選擇合適的中央子午線。即，由于將長度投影到投影區域而引起的變形，這與投射到橢圓球體上的長度變形完全相同。

結語

綜上所述，完善的測量控制網形、測量技術以及滿足精度要求的測量儀器是確保隧道順利貫通并減少項目風險的先決條件。從某種意義上說，高效的隧道工程控制測量不僅能確保高速公路工程項目的建設進度，而且降低了項目成本。

參考文獻

[1]李益恒. GPS定位系統在隧道施工控制測量中的應用[J]. 廣東交通職業技術學院學報， 2006， 5（003）：44-47.

[2]劉小軍， 朱蘭艷. 淺談GPS測量系統在長大隧道平面控制測量中的運用[J]. 價值工程， 2014， 000（015）：206-208.

[3]李國軍. 高速公路隧道控制測量原則和方法[J]. 科學技術創新， 2017（11）.

[4]王足朋. 淺談高速鐵路長大隧道施工控制測量[J]. 建筑工程技術與設計， 2018， 000（015）：2584.

作者簡介：高國強，男（1991.11-）陜西省咸陽市，大學專科，中級職稱， 路橋方向。

（中國水利水電第十二工程局有限公司?310004）