談鐵路長大隧道的洞內(nèi)平面控制測量

曹文科

(中鐵一局集團第五工程有限公司，陜西寶雞 721006)

1 概述

隨著經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展，在工程建設中修建長大隧道的施工技術(shù)日益完善，近年來，在鐵路建設中的長大隧道越來越多。由于鐵路隧道貫通后要進行無砟軌道施工，而隧道平面貫通誤差的大小直接影響隧道無砟軌道施工時的隧道洞內(nèi)CPⅡ測量和CPⅢ測量的精度。隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展，洞外平面控制測量現(xiàn)在均采用GPS測量技術(shù)進行，由于GPS測量精度很高，由洞外平面控制測量產(chǎn)生的貫通誤差很小，因此隧道的平面貫通誤差主要由隧道洞內(nèi)平面控制測量的精度產(chǎn)生。隧道洞內(nèi)平面控制測量由于受環(huán)境條件的限制，測量條件差、施工干擾大，如何保證測量的精度和可靠性，使隧道能正確貫通，并使隧道內(nèi)各建筑物界限符合驗收精度要求，就顯得尤為重要。

2 網(wǎng)形設計

長大鐵路隧道貫通后要進行無砟軌道施工，因此隧道貫通誤差的大小直接影響無砟軌道施工時的隧道洞內(nèi)CPⅡ測量和CPⅢ測量的精度，而隧道貫通誤差的大小直接由隧道施工時的導線精度決定。普通的導線環(huán)由于網(wǎng)形簡單、檢核條件少，不易保證現(xiàn)階段的測量精度要求，致使隧道貫通后誤差較大，雖然滿足規(guī)范的精度要求，但對后續(xù)的隧道洞內(nèi)CPⅡ測量和CPⅢ測量的精度產(chǎn)生很大影響。采用交叉導線網(wǎng)，可以加強測量檢核和提高測量精度，大大減小貫通誤差，從而保證無砟軌道施工時的隧道洞內(nèi)CPⅡ測量和CPⅢ測量的精度。

導線長度受周圍環(huán)境和施工干擾影響，應根據(jù)實際情況控制在300 m～500 m范圍內(nèi)，特殊情況下最短邊不低于250 m，相鄰邊長的比不宜小于1∶3(見圖1)。

圖1 導線長度與邊長

3 導線的布設

導線點埋設時，在確保視線清晰的條件下，應盡量將導線邊長放長，以減少洞內(nèi)測站數(shù)，消弱誤差的積累;導線點應布設在施工干擾小、穩(wěn)固可靠的地方，點間視線應離開洞內(nèi)設施0.5 m以上，以削弱旁折光對水平角測量的影響;導線點宜側(cè)移中線適當距離成對布設，每對點相距2 m左右，在里程方向前后錯開5 m～10 m為宜，以便防止導線點在使用過程中產(chǎn)生混淆。

4 導線點的編號

由于導線點埋設時前后錯開，各導線點里程不同，為避免導線編號重復和便于查找，建議按照導線點里程作為點名，里程取至整米，左線點號前冠以字母“Z”，左線點號前冠以字母“Y”，例如:Z352+268，Y352+273，分別表示左線里程K352+268、右線里程K352+273處的導線點。

5 觀測的儀器要求

由于隧道洞內(nèi)導線測量觀測條件差、施工干擾大、精度要求高等特點，因此洞內(nèi)導線測量應采用高精度、穩(wěn)定性好，具有自動目標搜索、自動照準、自動觀測、自動記錄功能的全站儀。全站儀標稱測角精度不應低于 ±1.0″，測距精度不應低于 ±1 mm+2 ppm。觀測前須按要求對全站儀及其棱鏡進行檢校，作業(yè)期間儀器須在有效檢定期內(nèi)。邊長觀測應進行溫度、氣壓等氣象元素改正，溫度讀數(shù)精確至0.5℃，氣壓讀數(shù)精確至0.5 hPa。

6 觀測技術(shù)要求

洞內(nèi)導線測量測回數(shù)應根據(jù)導線等級及選用的儀器精度來確定，測量應符合相應的《鐵路工程測量規(guī)范》的規(guī)定(見表1)。

表1 測角精度、儀器等級和測回數(shù)

距離測量應對向往返觀測各4測回。

7 導線檢測

從洞外向洞內(nèi)引測或在洞內(nèi)已襯砌好的地段引測時，必須對原導線點的相鄰邊和水平角進行檢測。通過檢測:1)判斷起算的已知導線點是否發(fā)生位移;2)驗證起算點的點位精度是否可靠。由于引起點位位移的因素一般不可避免，位移現(xiàn)象常有發(fā)生但又不易察覺，因此每一次進行導線引測時，對起算邊的原有導線點進行檢測是十分必要的。

通過對原有導線點的同精度測角檢測和測邊檢測，如果角度、邊長的差值均在精度允許范圍內(nèi)，則可以認為原導線點的精度和點位均可靠，可以作為導線引測的起算數(shù)據(jù)，如果超限則認為存疑，應沿著原有導線依次倒退檢測邊角，直至精度合格為止，并以合格處的導線點作為起算點向前引測新導線。經(jīng)檢測不合格部分的導線點原坐標成果作廢，采用重新測量的坐標成果進行施工。

檢測的限差公式為:

其中，m1為原有測角或測邊的中誤差;m2為檢測角或檢測邊的中誤差。

8 導線的測設

由隧道外控制點進洞后，洞內(nèi)導線網(wǎng)測量時，每個測站上分別測三個角度 β1，β2，β3，五個邊長 S1，S2，S3，S4，S5(見圖 2)。

圖2 導線的測設

在進行隧道洞內(nèi)導線測量前隧道內(nèi)應通風，盡量減少塵霧。導線水平角觀測應采用全圓方向觀測法進行觀測。由洞外向洞內(nèi)的導線引測宜在陰天進行。距離觀測前應對測站的溫度和氣壓進行測量，并輸入到全站儀中，由全站儀進行氣象改正。

觀測采用具有自動目標搜索、自動照準、自動觀測、自動記錄功能的全站儀進行自動觀測，這樣可以大大減少測量工作時間，減少人工操作，避免了人眼調(diào)焦產(chǎn)生的視差。

觀測流程:

1)儀器安置、整平，儀器一般設置，如儀器常數(shù)、單位、取位、棱鏡類型及常數(shù)設置，溫度、氣壓測定及設置。

2)限差設置。限差設置分別有“歸零差”“測回間2C互差”“測回內(nèi)垂直角指標差”“測回間垂直角限差”“測距互差”。

3)觀測點學習。測站點號及觀測點號輸入，儀器高及目標高的測定及輸入，測回數(shù)設置。

4)觀測。

5)查看是否合格。測量誤差顯示，查看觀測值。

6)重測或遷站進行下一站測量。

7)數(shù)據(jù)輸出。

9 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

當外業(yè)工作完成后，將觀測手薄或數(shù)據(jù)存儲卡中的數(shù)據(jù)導入計算機，由兩人分別進行獨立計算。在進行平差計算前應先將邊長的水平長度歸算到高斯平面或隧道平均高程面上的長度，然后再利用平差軟件進行嚴密平差。

10 在控制測量中的注意事項

1)導線網(wǎng)自洞口向洞內(nèi)是分期、逐次測量建立，并最后貫通的。2)在長大隧道洞內(nèi)進行控制測量，由于條件限制為確保隧道順利貫通，有些測量地段有必要進行局部停工，以防影響測量精度。3)由于洞內(nèi)與洞外存在溫差，儀器進洞后由于溫度和濕度關系必須晾露30 min～40 min后，才能進行測量工作。并經(jīng)常擦拭干凈全站儀和棱鏡鏡面的水汽。4)觀測時必須保持觀測范圍內(nèi)通視良好，將觀測范圍內(nèi)正在工作的空壓機關掉，以防止溫度過高引起空氣對流影響測量精度。5)導線測量需每隔600 m左右聯(lián)測一個施工中線點，以便及時檢查和修正中線。

11 結(jié)語

洞內(nèi)平面控制測量方法對測量精度具有重要的影響，采用交叉導線網(wǎng)進行長大隧道洞內(nèi)平面控制測量，檢核條件多，可以準確快捷地發(fā)現(xiàn)測量粗差;同時采用自動觀測可以大大減少測量工作時間，減少人工操作，避免了人眼調(diào)焦產(chǎn)生的視差。采用交叉導線網(wǎng)進行隧道洞內(nèi)平面控制測量可以提高整個導線網(wǎng)的精度，為后續(xù)的隧道洞內(nèi)CPⅡ測量和CPⅢ測量的高精度建網(wǎng)奠定良好的基礎，是鐵路長大隧道洞內(nèi)平面控制測量中一種很好的測量方法。

［1］ TB 10601-2009，高速鐵路工程測量規(guī)范［S］.

［2］ TB 10101-2009，鐵路工程測量規(guī)范［S］.

［3］ 孔祥元.控制測量學［M］.武漢:武漢大學出版社，1996.