鐵路隧道洞內(nèi)CPⅡ?qū)Ь€測量與復(fù)測精度指標(biāo)合理性探討

陳光金,付宏平,秦德生

鐵路隧道洞內(nèi)CPⅡ?qū)Ь€測量與復(fù)測精度指標(biāo)合理性探討

陳光金,付宏平,秦德生

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

在鐵路隧道洞內(nèi)精密平面控制網(wǎng)CPⅡ建立、復(fù)測過程中,因規(guī)范規(guī)定的往返觀測平距較差限值、導(dǎo)線復(fù)測水平角較差限差及邊長較差限差指標(biāo)過嚴(yán),致使規(guī)范不能嚴(yán)格有效執(zhí)行。以某線3座新建隧道工程的洞內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)建立與復(fù)測為基礎(chǔ),對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行較差統(tǒng)計(jì),對規(guī)范中現(xiàn)行測量限差匹配合理性進(jìn)行分析,提出更加合理可行、安全可靠的限差指標(biāo)建議,達(dá)到既能保證控制網(wǎng)測量質(zhì)量,又減輕施測單位測量工作量的目的,供將來規(guī)范修訂時(shí)參考。

鐵路測量;CPⅡ;復(fù)測;精度指標(biāo)

鐵路長大隧道貫通后,一般由設(shè)計(jì)院建立洞內(nèi)精密控制網(wǎng)CPⅡ,施工單位復(fù)測后,作為鋪設(shè)無砟軌道CPⅢ控制網(wǎng)的基準(zhǔn)?，F(xiàn)行《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB10601—2009)中,規(guī)定了CPⅡ控制網(wǎng)按導(dǎo)線方式建立時(shí),CPⅡ邊長測量、導(dǎo)線復(fù)測的測量技術(shù)要求[5,6],見表1、表2。

表1 邊長測量技術(shù)要求

表2 導(dǎo)線復(fù)測較差的限差

上述測量技術(shù)要求是在學(xué)習(xí)、研究國外高速鐵路測量技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過國內(nèi)有限的測量實(shí)踐驗(yàn)證來制定的。在工程實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),不同測量單位采用不同的測量儀器建立控制網(wǎng)或?qū)刂凭W(wǎng)進(jìn)行復(fù)測時(shí),在排除了測量單位觀測方法、外界觀測條件等方面的因素以外,均出現(xiàn)一定數(shù)量的數(shù)據(jù)超限情況,具體包括往返觀測平距較差、導(dǎo)線復(fù)測水平角較差及邊長較差超限。對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行較差統(tǒng)計(jì),對規(guī)范中現(xiàn)行測量限差匹配合理性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行規(guī)范制定的上述限差指標(biāo)要求過嚴(yán),造成測量單位大量返工后仍然不能滿足要求,只好采取適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,獲取成果,從而出現(xiàn)實(shí)際測量與現(xiàn)行規(guī)范不相符的現(xiàn)象,導(dǎo)致在測量過程中規(guī)范不能嚴(yán)格有效地執(zhí)行。

通過對某線4家測量單位觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行較差統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析后,有必要對規(guī)范中的指標(biāo)通過大量的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)分析來進(jìn)一步完善。在此基礎(chǔ)上,提出一個(gè)合理可行、安全可靠的限差建議指標(biāo),達(dá)到既能保證控制網(wǎng)測量質(zhì)量,又減輕施測單位測量工作量的目的,供將來規(guī)范修訂時(shí)參考。

1 隧道工程CPⅡ?qū)崪y數(shù)據(jù)較差統(tǒng)計(jì)分析

1.1 隧道CPⅡ往測距離較差合理性統(tǒng)計(jì)

某線新建3座隧道的洞內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)[11],原測(設(shè)計(jì)院)采用Leica TCA2003全站儀(測角精度± 0.5″,測距精度±1 mm+1 ppm)配合Trimble TSC2手簿進(jìn)行測量。施工單位復(fù)測采用Leica TCRP1201+全站儀(測角精度±1.0″,測距精度±1 mm+1.5 ppm)配合Trimble小手薄進(jìn)行測量,原測、復(fù)測往返測距離較差統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 3座隧道CPⅡ往返測距離較差統(tǒng)計(jì)

從表3中可以看出:

(1)3座隧道,4家測量單位,僅1家往返測距離較差滿足規(guī)范要求,僅占25%;

(2)原測、復(fù)測共統(tǒng)計(jì)550邊,超過2倍標(biāo)稱精度的邊占8.2%。

按現(xiàn)行《高速鐵路工程測量規(guī)范》2倍儀器標(biāo)稱精度(2mD)的限差指標(biāo)執(zhí)行,能夠完全滿足要求的項(xiàng)目很少;超限比例達(dá)到8.4%～19.4%,超過了指標(biāo)合理性標(biāo)準(zhǔn)(一般小于5%)。說明現(xiàn)行限差指標(biāo)規(guī)定不合理,偏嚴(yán)格,導(dǎo)致返工測量數(shù)量大。另外,隧道洞內(nèi)觀測條件差,達(dá)到觀測限差要求本身不容易,返工數(shù)量大會(huì)嚴(yán)重影響工期與進(jìn)度。

1.2 隧道CPⅡ復(fù)測較差指標(biāo)合理性統(tǒng)計(jì)分析

3座隧道,3家復(fù)測單位,對較差大的測點(diǎn)進(jìn)行核實(shí)后,CPⅡ復(fù)測網(wǎng)的觀測限差、導(dǎo)線全長相對閉合差、方位角閉合差、測角中誤差、相鄰點(diǎn)位坐標(biāo)中誤差等指標(biāo)均滿足隧道二等導(dǎo)線的要求,復(fù)測坐標(biāo)較差限差均滿足小于15 mm的規(guī)范要求[5,6](表1)。在此基礎(chǔ)上,比較原測、復(fù)測的同名測站角度、邊長觀測成果,其較差卻不完全符合規(guī)范要求,復(fù)測角度、邊長較差統(tǒng)計(jì)情況[11]見表4、表5。

表4 角度復(fù)測較差統(tǒng)計(jì)

表5 邊長復(fù)測較差統(tǒng)計(jì)

從表4、表5可以看出:

(1)3家不同施工單位的隧道CPⅡ控制網(wǎng)復(fù)測,不論原測、復(fù)測間隔時(shí)間長短(10 d～2年),邊長、角度指標(biāo)均不能完全滿足規(guī)范隧道二等的限差要求,規(guī)范規(guī)定[5,6](表2)的坐標(biāo)較差限差、水平角較差限差、邊長較差限差3個(gè)指標(biāo)不能同步滿足;

(2)施工單位復(fù)測往往僅比較坐標(biāo)較差而忽略水平角、邊長比較,隱含的點(diǎn)位不穩(wěn)定性(三**隧道邊長S=600 m,較差7 mm)沒有有效判斷出來,因此,進(jìn)行水平角較差限差、邊長較差限差2個(gè)指標(biāo)檢查是必要的;

(3)現(xiàn)行規(guī)范[5,6]的復(fù)測角度較差、邊長較差偏嚴(yán),點(diǎn)位變化不能有效判斷。老**隧道在設(shè)計(jì)院CPⅡ控制網(wǎng)完成后,立即進(jìn)行復(fù)測,點(diǎn)位變化的可能性很小,而復(fù)測角度較差有6%、邊長較差有6%的指標(biāo)達(dá)不到要求(綜合3座隧道的統(tǒng)計(jì),有10%的角度、9%的邊長較差指標(biāo)達(dá)不到要求)。若判斷為點(diǎn)位變化,采用復(fù)測成果太牽強(qiáng),與實(shí)際情況不符合,說明現(xiàn)行限差指標(biāo)不合理。

2 CPⅡ控制網(wǎng)測量限差匹配合理性分析

2.1 角度復(fù)測較差不合理分析

在規(guī)范中,CPⅡ控制網(wǎng)測量時(shí)執(zhí)行的角度觀測限差指標(biāo)見表6。

表6 洞內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)角度測量主要技術(shù)要求

CPⅡ控制網(wǎng)測量時(shí),儀器不動(dòng),同一氣象條件下,測站同一方向各測回間較差可以達(dá)到4″～6″(表6)。而CPⅡ控制網(wǎng)復(fù)測時(shí),有如下不利因素:

(1)儀器型號不一致,施工單位一般采用測角精度±1.0″,測距精度±1 mm+1.5 ppm的儀器進(jìn)行復(fù)測,與原測儀器型號不同,儀器精度低于原測儀器精度;

(2)儀器、棱鏡均需要重新設(shè)站、對中,增加測量誤差;

(3)時(shí)間間隔久(數(shù)月～數(shù)年),外界氣象條件差異(冬、夏季節(jié))、洞內(nèi)觀測條件變化可能大,測量誤差影響源發(fā)生變化,對測量結(jié)果影響不一致;

(4)在此條件下,角度復(fù)測較差按2.6″執(zhí)行[5,6](表2),比測站測回間的角度較差(4″～6″)還要小2倍左右。復(fù)測角度較差匹配不合理,規(guī)范指標(biāo)明顯太嚴(yán),不能有效判斷點(diǎn)位的穩(wěn)定性?？赡軐⑽磩?dòng)的點(diǎn)判斷為變化點(diǎn),需要更新成果。

2.2 邊長較差不合理分析

規(guī)范規(guī)定CPⅡ控制網(wǎng)測量時(shí)執(zhí)行的邊長觀測限差為:儀器不動(dòng),同一氣象條件下,測站同一方向各測回間距離讀數(shù)較差為3 mm[5,6](表1)。

CPⅡ控制網(wǎng)邊長一般在400～600 m,按2mD標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,采用測角精度±1.0″,測距精度±1 mm+1.5 ppm的儀器測量,往返觀測平距較差限值在3.2～3.8 mm;采用測角精度±0.5″,測距精度±1 mm+1.0 ppm的儀器測量,往返觀測平距較差限值在2.8～3.2 mm。即按2mD標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的限差與測回間距離讀數(shù)較差限值3 mm相當(dāng)。因此:

(1)往返觀測平距較差限值標(biāo)準(zhǔn)(2mD≈3 mm) (表1)不合理。返測時(shí)需要重新設(shè)站、對中,棱鏡重新設(shè)置,包含多種誤差影響,采用與距離讀數(shù)差相當(dāng)?shù)耐涤^測平距較差限值標(biāo)準(zhǔn)(2mD≈3 mm),明顯過嚴(yán),邊長較差匹配不合理,實(shí)際作業(yè)中較難達(dá)到,致使測量單位無法顧及本項(xiàng)限差,從而影響控制網(wǎng)的質(zhì)量;

(2)導(dǎo)線復(fù)測邊長較差限差(2mD≈3 mm)(表2)不合理。主要是CPⅡ控制網(wǎng)復(fù)測時(shí),有很多不利因素,對測量結(jié)果影響不一致。在此條件下,導(dǎo)線復(fù)測邊長較差限差采用2mD≈3 mm,與同站觀測的距離讀數(shù)較差限差(3 mm)相當(dāng),復(fù)測邊長較差限差指標(biāo)明顯太嚴(yán),不能有效判斷點(diǎn)位的穩(wěn)定性。

3 限差指標(biāo)合理化建議

表7 3座隧道CPⅡ往返測距離較差建議指標(biāo)合理性分析

從表7可以看出:綜合統(tǒng)計(jì)3座隧道,往返測距離較差指標(biāo)按22mD執(zhí)行,超限數(shù)量僅占2.5%,返工數(shù)量比原指標(biāo)少近4倍;若采用測距精度±1 mm+1.0 ppm的儀器測量,往返觀測平距較差限值在3.9～4.5 mm,比測回間距離較差限值3 mm(表6)大一個(gè)量級(0.9～1.5 mm),該指標(biāo)比較合理安全。

表8 角度復(fù)測建議指標(biāo)合理性分析

從表8中可以看出:綜合統(tǒng)計(jì)3座隧道,復(fù)測的角度較差建議按22mβ執(zhí)行,超限數(shù)量僅占1.0%,返工數(shù)量比原指標(biāo)少近10倍;間隔10 d復(fù)測的老**隧道沒有出現(xiàn)超限情況,間隔8個(gè)月的九**隧道基本穩(wěn)定,這與實(shí)際情況相符合;對復(fù)測間隔2年的隧道,點(diǎn)位可能出現(xiàn)的變動(dòng)也能反映出來(超限4%);本指標(biāo)3.7″與測角精度±0.5″儀器的同一方向各測回間較差限差4″(表6)相當(dāng),指標(biāo)仍然嚴(yán)格安全,能夠保證測量數(shù)據(jù)質(zhì)量。

從表9中可以看出:綜合統(tǒng)計(jì)3座隧道,復(fù)測的邊長較差若按22mD執(zhí)行,超限數(shù)量僅占2.3%,返工數(shù)量比原指標(biāo)少近5倍;間隔10 d～間隔8個(gè)月復(fù)測的老**隧道、九**隧道沒有出現(xiàn)超限情況,這與實(shí)際情況相符合;對復(fù)測間隔2年的三**隧道,點(diǎn)位出現(xiàn)的變動(dòng)也能反映出來(超限4%);若采用測距精度±1 mm+1.0 ppm的儀器復(fù)測,復(fù)測較原測多出許多誤差影響(如儀器重新設(shè)站、對中,外界氣象條件差異大),復(fù)測距離較差限值(3.9～4.5 mm),比測回間距離較差限值3 mm(表6)大一個(gè)量級(0.9～1.5 mm),說明指標(biāo)匹配是合理的,能夠有效判斷點(diǎn)位的穩(wěn)定性。

表9 邊長復(fù)測建議指標(biāo)合理性分析

4 結(jié)論與建議

針對鐵路長大隧道洞內(nèi)精密平面控制網(wǎng)CPⅡ建立、復(fù)測過程中,因規(guī)范規(guī)定的往返觀測平距較差限值、導(dǎo)線復(fù)測水平角較差限差及邊長較差限差指標(biāo)過嚴(yán),出現(xiàn)規(guī)范不能嚴(yán)格有效執(zhí)行的情況。從某線3座新建隧道的實(shí)測數(shù)據(jù)較差統(tǒng)計(jì)及規(guī)范中測量限差匹配合理性方面分析現(xiàn)行限差指標(biāo)的不合理性,得出如下結(jié)論:

(1)CPⅡ控制網(wǎng)復(fù)測的坐標(biāo)較差限差、水平角較差限差、邊長較差限差3個(gè)指標(biāo)不能同步滿足;

(2)規(guī)范[5,6]規(guī)定隧道洞內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)復(fù)測的水平角較差限差、邊長較差限差2個(gè)指標(biāo)是必要的;

(3)規(guī)范[5,6]規(guī)定的往返觀測平距較差限值、導(dǎo)線復(fù)測水平角較差限差及邊長較差限值偏嚴(yán),不合理。

通過分析比較,建議如下:

(4)施工單位復(fù)測,除進(jìn)行坐標(biāo)比較外,尚應(yīng)進(jìn)行水平角、邊長比較,綜合判定點(diǎn)位的穩(wěn)定性,作為復(fù)測結(jié)論的依據(jù);

(5)當(dāng)出現(xiàn)CPⅡ控制網(wǎng)復(fù)測的坐標(biāo)較差限差、水平角較差限差、邊長較差限差3個(gè)指標(biāo)不能同步滿足時(shí),可分析觀測值是否出現(xiàn)離散,必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測,綜合確認(rèn)點(diǎn)位的穩(wěn)定性,并在復(fù)測報(bào)告中予以說明。

以上提出的建議限差指標(biāo),符合實(shí)際測量情況,指標(biāo)比較合理。既能保證控制網(wǎng)測量質(zhì)量,又減輕施測單位測量工作量,可供將來規(guī)范修訂時(shí)參考。

[1] 王長進(jìn),劉成.京津城際軌道交通工程建立精測網(wǎng)的必要性分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006(S):193-195.

[2] 陳光金.鐵路精測網(wǎng)對橋隧施工測量的影響分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2010(S1):82-84.

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[11]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.成昆鐵路廣昆段精測網(wǎng)成果評估報(bào)告[R].西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2012.

[12]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.拉日鐵路精測網(wǎng)成果評估報(bào)告[R].西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2012.

Discussion on Rationality of Precision Criterions for CPⅡTraverse Survey and Resurvey inside Railway Tunnels

CHEN Guang-jin,FU Hong-ping,QIN De-sheng
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Xi'an 710043,China)

In the process of establishing and resurveying the CPII precise horizontal control network inside railway tunnels,some criterions in survey standard code usually cannot be complied with effectively,because these criterions in survey standard code are too strict,including the tolerance of to-fro observed horizontal distance discrepancy,the tolerance of traverse resurvey horizontal angle discrepancy,and the tolerance of side length discrepancy.For this reason,in this paper,based on the establishment and resurvey of CPII control network of three newly-built railway tunnels,the discrepancies of measured data were analyzed statistically,and also the rationality of the precision tolerance criterions in current survey standard code was analyzed.Finally,this paper made a suggestion on a set of new precision tolerance criterions,which are more rational and feasible,more safe and reliable.With above-mentioned new precision tolerance criterions,not only the survey quality of control network can be ensured,but also the survey workload of survey firm can be lessened.This research can serve as reference for revising the survey standard code in future.

railway survey;CPII;resurvey;precision criterions

U452.1+3

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.04.015

1004-2954(2014)04-0065-04

2013-07-12;

2013-08-07

陳光金(1963—),男,教授級高級工程師,1984年畢業(yè)于昆明工學(xué)院工程測量專業(yè),工學(xué)學(xué)士。