公路長隧道貫通誤差精度分析

李瑞國

中交第二航務工程局有限公司福州分公司，福建 福州 350000

1 研究背景

隨著我國交通事業的快速發展，公路隧道工程建設項目越來越多，隧道的長度也越來越長，在隧道工程施工中建立符合精度要求的隧道洞內控制網是保證隧道順利貫通的前提。洞內施工控制網包含洞內平面控制網和洞內高程控制網，洞內平面控制網以導線測量方法建立，洞內高程控制網以水準測量方法測設。隧道貫通誤差主要包含橫向貫通中誤差、縱向貫通中誤差和豎向貫通中誤差，其中橫向貫通中誤差和豎向貫通中誤差是影響隧道貫通精度的關鍵，縱向貫通中誤差對隧道工程本身影響不大[1]。

目前公路隧道工程普遍采用單導線進行洞內平面控制，采用水準往返測量進行洞內高程控制。文章重點分析了隧道對向開挖中間貫通施工工藝的洞內控制網布網形式，以及相應測量儀器設備的精度比選。

2 隧道橫向貫通中誤差精度估算概述

單導線對隧道洞內橫向貫通中誤差的影響主要由導線測量過程中的測角誤差和量邊誤差引起，而測角與量邊在觀測過程中是兩個相互獨立的觀測量[2]。

公路中常見的隧道線形有直線型和曲線型兩種形式，直線型隧道洞內單導線控制網通常沿隧道中線以等邊直伸導線形式布設，故影響其橫向貫通中誤差的為測角誤差，量邊誤差引起的為縱向貫通中誤差，可以不予考慮；曲線型隧道洞內單導線控制網通常沿隧道中線以等邊等圓心角導線形式布設，故影響其橫向貫通中誤差的為測角誤差和量邊誤差。

3 精度估算

關于長度取值，依據《公路隧道設計規范》（JTG D70—2004）規定，隧道長度L位于1000m＜L＜1000m區間內則屬于長隧道，文章以對向開挖中間貫通（L=1500m）施工工藝為例，分析單導線的橫向貫通中誤差和水準測量往返測豎向貫通中誤差。

3.1 洞內平面控制測量精度估算

關于橫向貫通中誤差取值，《公路勘測細則》（JTG/TC10—2007）中對隧道貫通中誤差作出了規定，《工程測量規范》（GB 50026—2007）也對隧道橫向貫通中誤差作出了規定，具體技術要求如表1、表2所示。針對《公路勘測細則》（JTG/TC10—2007），由于現階段距離測量精度一般高于角度測量精度，隧道橫向貫通中誤差與隧道縱向貫通中誤差的分配比例按估算，則隧道洞內橫向貫通中誤差，這與《工程測量規范》（GB 50026—2007）中隧道洞內橫向貫通中誤差基本一致，按照限差從嚴原則和誤差平均分配原則，對向開挖中間貫通的精度估算，洞內橫向貫通中誤差取。

表1 《公路勘測細則》（JTG/TC10—2007）貫通中誤差技術要求

表2 《工程測量規范》（GB 50026—2007）橫向貫通中誤差技術要求

使用不同精度的全站儀按照不同的邊長針對直線型隧道和曲線型隧道的橫向貫通中誤差進行理論模擬計算，以工程中常用的徠卡TS09-1"全站儀[標稱精度中測角精度為1"，測距精度為1mm+1.5×10-6D（D為測量距離）]和徠卡TS09-2"全站儀（標稱精度中測角精度為2"，測距精度為1mm+2×10-6D）為例，測角精度為1"的全站儀觀測水平角2測回，其測角中誤差一般小于1"，同理，測角精度為2"的全站儀測角中誤差一般小于2"。

綜合考慮，取（mβ=1"，ms=2.5mm）與（mβ=2"，ms=3.5mm）分別進行模擬驗算，計算結果如表3、表4所示。

表3 直線型隧道對向開挖中間貫通橫向貫通中誤差（L=1500m）

表4 曲線型隧道對向開挖中間貫通橫向貫通中誤差（L=1500m）

從表3和表4中可以看出，對于直線型或曲線型長隧道，采用對向開挖中間貫通施工工藝的洞內平面控制測量，使用測角精度2″以上的全站儀進行導線測設，導線邊長控制在125～375m，理論上貫通誤差均小于32mm，可以滿足貫通要求。但考慮到隧道洞內施工環境差，能見度低，各工序交叉作業頻繁且干擾大，并結合外業測設工作量，綜合比選，導線平均邊長控制在200m左右為宜。

從表4中可以看出，對于曲線型長隧道，橫向貫通中誤差主要由測角誤差引起，量邊誤差對橫向貫通中誤差的影響較小[3]。

3.2 洞內高程控制測量精度估算

關于高程貫通中誤差取值，《公路勘測細則》（JTG/TC 10—2007）與《工程測量規范》（GB 50026—2007）中洞內高程貫通中誤差均取。故對向開挖中間貫通的精度估算，洞內高程貫通中誤差取。

《公路勘測規范》（JTG C10—2007）與《工程測量規范》（GB 50026—2007）中四等水準和五等水準的每公里高差偶然中誤差規定分別為±5mm和±8mm，對向開挖中間貫通的洞內高程貫通中誤差的計算結果如表5所示。

表5 對向開挖中間貫通高程貫通中誤差 單位：mm

從表5計算結果可知，兩種貫通類型下，采用四等水準和五等水準可以滿足限差要求，目前工程施工中普遍采用的DS3水準儀，其每公里水準測量高差中數的偶然中誤差為±3mm，完全可以達到上述精度要求。

4 結論

（1）在隧道施工前，施工人員應在隧道進出口建立相應等級的洞外施工控制網，洞外平面控制網可采用GPS網或導線網等形式，洞外高程控制網采用相應等級的水準測量方法為宜，進出口的施工控制點均應布設2個以上，并且應相互通視。

（2）為保證隧道順利貫通，隧道工程施工前，施工人員應根據工程項目的總體施工組織設計，并結合隧道的長度、線路形狀和對貫通誤差的要求，進行貫通誤差精度估算，然后選擇符合精度要求的施工控制網等級、施測方案及測量儀器設備。

（3）進行公路長隧道洞內平面控制測量，施工人員應盡量布設成等邊直伸或等邊等圓心角導線形式，且導線邊長宜控制在200m左右，采用對向開挖中間貫通施工工藝時，使用測角精度不低于2"的全站儀，均能保證橫向貫通中誤差滿足規范要求，采用單向開挖終點貫通施工工藝時，需根據相應公式進行精度估算，選擇合理的測量儀器設備；進行公路長隧道洞內高程控制測量，使用DS3級水準儀進行水準測量即可滿足豎向貫通誤差要求。

（4）雙線隧道且兩者之間設有人行橫洞和車行橫洞，可通過人行橫洞和車行橫洞將雙洞的洞內支導線連成閉合導線或附合導線進行聯測，以便檢核導線點精度，及時進行平差糾偏。

（5）施工過程中，施工人員應定期對隧道施工控制網進行復測，隧道貫通后，應及時組織貫通誤差測量，并在調整段內進行中線調整。