公路隧道貫通測量及誤差估算分析的關鍵技術研究

支小平,曹 建

（中交一公局集團有限公司,北京 100020）

0 引言

在隧道施工中，我們會根據隧道長度、地形地貌、圍巖等級等因素，采用兩個或者多個工作面進行開挖施工，最后在某一個斷面位置進行貫通。因此，隧道貫通測量控制網方案的設計比選以及誤差估算是不可缺少的。實施誤差估算的目的是在保證精度前提下降低成本，防止資源浪費，建立合理的洞內、洞外控制網，保證隧道施工順利貫通。

1 隧道洞外控制測量

1.1 洞外平面控制測量

1.1.1 同步環各坐標分量

式中，n——邊數；σ——基線中誤差（mm）；W——全長閉合差；a——固定誤差（mm）；b——測量所產生的比例誤差（ppm）；d——相鄰控制點位間的距離（km）。

1.1.2 異步環各坐標

式中，n——異步環的邊數；σ——基線中誤差（mm），由相應等級中的規定而定；W——異步環的全長閉合差。

1.2 洞外高程控制測量

洞外高程控制測量一般使用電子水準以采用二等水準測量方法，從隧道一端到另一端進行往返測閉合。

2 隧道洞內控制測量

2.1 洞內平面控制測量

洞內平面控制網有很多布設形式，不同的形式各有優缺點，具體選擇視情況而定，在實踐施工過程中，采用主副導線形式居多。洞內控制導線需要經常不間斷地測量，定期復測，當有平行導坑或分離式雙線隧道時，通過橫洞進行聯測核驗。

2.2 洞內高程控制測量

隧道內高程控制網是洞內構造物高程放樣的基準，按照測量相關規范及設計要求，每隔一定距離要埋設一對高程控制點，以便相互校核[1]。高程控制點可以單獨埋設也可以同平面控制點設置一起，具體根據實地情況而定。高程控制按照相應的規范等級，將控制點構成閉合環。

3 貫通誤差估算

由于洞內觀測條件和自然環境的影響，觀測視線較差，所以洞內控制測量的精度也會差很多，誤差不容易控制。根據相關測量規范，橫向中誤差估算分析方法如下。

3.1 誤差估算

其中：myβ、myl——橫向中誤差（mm），由分別測角、測距引起；myβ——閉合差測角中誤差（″）；Rx——導線點投影到貫通面的垂距（m）；——邊長的相對中誤差；dy——控制網中導線邊在貫通面上所產生的投影（m）。

3.2 高程中誤差

式中，mΔ——每1 km水準測量的偶然中誤差（mm）；l——路線長度（km）。

4 工程實例

吉水縣醪橋至青原區草坪橋段改建工程大東山1號隧道，全長462 m。地貌類型屬剝蝕低丘陵地貌。山脊大致北東至南西向，地形起伏變化大。隧道范圍相對高差約60 m，地質圍巖情況較差，Ⅴ級圍巖居多，對貫通精度要求較高。貫通測量技術方案比選及貫通誤差分析，對指導施工尤其重要。

4.1 洞外控制網

4.1.1 洞外控制網設計

該工程項目根據所處位置的地形、地貌以及地質圍巖條件，洞外控制網采用單導線形式布設，具體如圖1所示。控制網坐標系是以隧道中心線為X軸正方向（按里程增加方向），通過洞外控制點JM16作為坐標系起始點建立的。控制點JM18、JM17、JM16、JM20-2、K2和JM20貫通面方向上的垂足，分別為 JM18＇、JM17＇、JM16＇、JM20-2＇、K2＇和JM20＇，根據測量采集數據計算出各控制點的垂距Rx和各導線邊在隧道貫通面上的投影長為dy。

圖1 隧道洞外平面控制網布設

4.1.2 隧道外平面控制網等級判定

該隧道長度為462 m，根據施工圖紙及工程測量規范中要求，其洞外導線可設為四等，導線測量角度中誤差可為mβ=±2.5''，邊長相對中誤差為=1/35 000。

4.1.3 隧道外控制網產生誤差對貫通影響

洞外導線誤差對貫通影響的估算如表1所示。

表1 洞外導線誤差對貫通影響的估算

（1）控制網角度測量誤差對隧道貫通的估算。

（2）控制網邊長測量對隧道貫通的估算。

（3）貫通誤差估算。

依據計算結果可知，洞外控制點位的測量中誤差對整個隧道的貫通影響估算值是20.4 mm，其小于25 mm，洞外控制網設計可行。

4.2 洞內控制測量

4.2.1 洞內平面控制網設計

根據測量誤差理論推導，在工程施工控制網中，導線橫向誤差隨導線增加而形成不斷累積，導線長度越長，其誤差增加速度越快。結合該項目特點我們選用主、副導線法，對洞內線路主導線進行貫通誤差估算，副導線主要用于復核。

如圖2所示，測量并計算出洞內各導線點K1910+897、K1911+050、K1911+200和K1911+350的垂距Rx和各個導線段在隧道貫通面上方向上的投影長度dy。

4.2.2 確定控制網參數等級

該隧道長度小于0.5 km，根據施工圖紙及工程測量規范中要求，其洞外導線可設為一級，按照一級導線測角中誤差采用mβ=±5，控制網各個邊長的中誤差可采用ml/l=1/15 000。

4.2.3 洞內貫通誤差估算

洞內和洞外控制影響隧道貫通誤差。對于隧道工程的平面控制網，洞外的觀測環境要比洞內更有優勢，因此洞外控制測量對數據精度的要求要比洞內要高[2]。在實際施工過程中，我們把洞外控制測量引起的誤差作為影響隧道橫向貫通的一個獨立因素，同時也把洞內控制網導線所引起的測量誤差作為另一個單獨因素，通常按照同等影響原則估算相應的橫向貫通誤差，其結果見表2。

表2 洞內導線誤差對貫通影響的估算

（1）隧道內控制網角度測量誤差對洞內貫通的影響估算。

（2）隧道內控制網邊長測量對洞內貫通的影響估算。

（3）隧道內控制網對洞內貫通的總影響估算。

按照上述計算結果，洞內控制點測量中誤差對隧道貫通面影響估算值是23.4 mm，其允許值是45 mm，因而，洞內導線布設方案可行。

4.3 控制測量對隧道貫通的綜合影響估算

由以上貫通誤差的計算結果可以得出，按照上述相應控制網形及精度，計算貫通中誤差均符合允許中誤差要求，根據以上可表明按照此方案設置的控制網滿足該隧道橫向貫通精度要求。

4.4 高程（縱向）貫通誤差估算

洞外高程控制測量采用天寶電子水準儀進行二等水準測量，每1 km偶然中誤差MΔ=1 mm，則洞外高程貫通中誤差為=1.5 mm＜25 mm（式中，l——洞外水準線路長度）。

洞內水準控制網按二等要求進行測量，每1 km高程測量偶然中誤差為MΔ=1 mm/km，則隧道由高程引起的貫通中誤差：=1.1 mm＜25 mm（式中，l——洞內水準線路長度）。

4.5 貫通誤差調整

隧道不同斷面開挖貫通后，應先在貫通面測得實際貫通誤差，通過計算對比，在隧道襯砌未施工地段（調線地段）進行中線調整。調整范圍對已完成襯砌段無影響時，可將調整范圍適當延伸到已襯砌段內，其襯砌未施工段的測量放樣數據，應采用調整后的中線和高程值，保證其貫通順接，各個參數復核規范及設計要求。

4.5.1 平面誤差調整

隧道貫通后，將襯砌未施工段兩側中線位置數據采集并連線構成調線段。調線與設計中線會分別產生a1和b1的夾角。按照規范要求，如果夾角小于5″時，可將A、B連線視為直線。如果夾角小于25″而大于5″，應按連線頂點內移誤差數值確定調線段線路中線及相應襯砌位置，在滿足設計要求情況下可相應順延。如果夾角大于25″，應按照規范要求加設相應半徑的圓曲線。

4.5.2 高程誤差調整

隧道貫通后，對于縱向高程貫通誤差的調整是通過兩端不同高程控制網而測得，取不同控制網測取數據的平均值作為該點位置的最或然值，然后根據該最或然值構成相應水準路線，計算出閉合差，最后在襯砌未施工段按照線路長度比例進行相應的調整，其襯砌未施工段的高程應按照所調整高程調整。

5 結語

該文結合公路隧道貫通測量相關內容，對隧道洞內、洞外貫通誤差測量與估算分析的關鍵技術進行了闡述，并以大東山1號隧道為例，通過洞外控制網設計，過程中結合洞內控制測量，分析計算了隧道洞內、外平面控制的測量誤差及高程貫通誤差對其貫通的綜合影響，通過最終的貫通誤差調整，解決了該隧道貫通測量及誤差估算的關鍵技術難題，使隧道實現了高質量、高標準和高精度貫通，同時為類似隧道貫通提供參考和借鑒。