水利水電工程中隧洞施工控制測(cè)量的誤差分析

龔娟

摘要：隧洞施工作為水利水電工程的重要部分，其施工控制測(cè)量非常重要，然而由于隧洞施工過程兩洞口無法通視，導(dǎo)致隧洞測(cè)量工作難度較大。施工過程中，測(cè)量精度直接決定了貫通精度，混凝土襯砌是跟貫通精度直接聯(lián)系的。這就要求對(duì)隧洞施工進(jìn)行控制測(cè)量設(shè)計(jì)，在施工過程中保證精度符合要求，并且對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精度估算。為了確保隧洞貫通精度，本文從隧洞控制測(cè)量的設(shè)計(jì)和誤差分析、精度估算以及增加貫通精度的措施這幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵字： 水利水電；隧洞；控制測(cè)量；精度分析

中圖分類號(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914x（2014）26-01-01

隧洞作為水利水電工程中一個(gè)重要組成部分，具有自身的特點(diǎn)。如從地理位置而言，隧洞工程一般處于地理環(huán)境較惡劣的地方，如尾水洞、導(dǎo)流洞等等。正因如此，跟隧洞工程相關(guān)的一些規(guī)章制度和施工標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)其他類型的工程而言也相對(duì)較多一些，并且針對(duì)不同用途的隧洞類型，其對(duì)測(cè)量精度的要求也差異較大。然而，測(cè)量的精度對(duì)于隧洞的施工質(zhì)量而言非常重要，只有精度達(dá)標(biāo)才能保證隧洞的施工質(zhì)量合格。因此，為了確保隧洞施工質(zhì)量，應(yīng)采取相應(yīng)的措施保證施工精度，降低施工誤差，其中一種行之有效的辦法便是在施工前準(zhǔn)確設(shè)計(jì)洞內(nèi)控制測(cè)量，并且通過精度估算保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。由于隧洞的貫通精度直接取決于洞內(nèi)控制測(cè)量精度，因此，洞內(nèi)控制測(cè)量的設(shè)計(jì)以及貫通前的相關(guān)精度估算工作就顯得尤為重要，除此之外，還應(yīng)該通過一些具體的增加精度的措施來保證隧洞的最終貫通滿足精度要求。

一、洞內(nèi)控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

洞內(nèi)控制測(cè)量設(shè)計(jì)由平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)和高程控制測(cè)量設(shè)計(jì)兩部分組成，這兩者由于所針對(duì)的側(cè)重點(diǎn)不同導(dǎo)致了設(shè)計(jì)內(nèi)容存在較大的差異，下面分別從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析，從而明晰洞內(nèi)控制測(cè)量的誤差來源以及相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

1、平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

貫通前，有關(guān)隧洞的平面控制測(cè)量均由支導(dǎo)線組成。開挖后，首先要對(duì)支導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，其中主要包括施測(cè)等級(jí)以及誤差估算，這些工作均以洞內(nèi)施工方式（如單向還是雙向），開挖尺寸以及精度要求為基礎(chǔ)，為了后期測(cè)量方案和施工設(shè)備的選擇做鋪墊。

設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備工作主要有以下兩個(gè)方面，首先，將貫通面和開挖平面以圖紙的方式展示出來，其次根據(jù)實(shí)際施工的洞內(nèi)環(huán)境，包括出渣和通視情況等對(duì)測(cè)量的影響在圖紙上確定導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)位置。橫向貫通的誤差主要由導(dǎo)線邊長(zhǎng)和測(cè)角組成，這兩方面的誤差對(duì)于隧洞的貫通精度帶來的影響很大，因此下面就橫向貫通中的誤差進(jìn)行分析。

由相關(guān)誤差傳播原理可知，導(dǎo)線的測(cè)邊和測(cè)角這兩者相互獨(dú)立，因此，在橫向貫通誤差分析中，對(duì)于測(cè)角和測(cè)邊所引起的兩個(gè)誤差可以分開討論：

對(duì)于測(cè)角誤差引起的橫向貫通誤差myβ，根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

myβ= （1）

其中，式中mβ代表測(cè)角誤差，RC代表貫通面與測(cè)量角度的導(dǎo)線點(diǎn)之間的垂直距離；

另一方面，在測(cè)邊過程中的橫向貫通誤差用mys表示，其值根據(jù)公式（2）計(jì)算：

mys= （2）

其中，式中 為導(dǎo)線邊長(zhǎng)相對(duì)重誤差，Dy貫通面上導(dǎo)線邊的投影長(zhǎng)度。

最后，根據(jù)測(cè)邊和測(cè)腳分別引起的橫向貫通誤差myβ和mys來計(jì)算貫通面上由于導(dǎo)線測(cè)量所引起的總的橫向貫通中誤差，用my表示，計(jì)算公式如公式（3）所示：

my= = （3）

公式（3）常被用來估算隧洞施工橫向貫通中誤差。

2、高程控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

以上分析了橫向貫通中誤差的影響因素，那么豎向貫通中誤差由什么決定呢？該誤差直接由洞內(nèi)高程控制測(cè)量精度來決定。具體而言，高程控制測(cè)量誤差等級(jí)一般根據(jù)豎向貫通中誤差來決定，而引起豎向貫通中誤差的是三角高程測(cè)量或水準(zhǔn)測(cè)量過程中所造成的誤差。

一般而言，通過下式來估算豎向貫通誤差：

mh= （4）

其中上式中mh表示豎向貫通誤差， 表示每公里高差中數(shù)的偶然中誤差（按測(cè)段往返測(cè)的高差不符值計(jì)算），L表示整個(gè)高程測(cè)量中的總長(zhǎng)度值。

由此可知，根據(jù)公式（4）便可反算出 的值，將所計(jì)算的值與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)誤差等級(jí)對(duì)應(yīng)的值作比較，選取符合要求的高程控制測(cè)量的等級(jí)數(shù)，選取標(biāo)準(zhǔn)為選定的等級(jí)中所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn) 值應(yīng)該不小于計(jì)算值。

二、洞內(nèi)控制測(cè)量精度的估算

1、平面控制測(cè)量精度的估算

雖然根據(jù)上述原則對(duì)設(shè)計(jì)等級(jí)進(jìn)行了合理的選取，但是由于實(shí)際施工環(huán)境下，由于同時(shí)條件以及其他的一些問題的干擾，可能導(dǎo)致原有擬定方針路線無法按照既定計(jì)劃來實(shí)施，根據(jù)這種情況，就必須對(duì)相關(guān)涉及導(dǎo)線進(jìn)行精度估算。

針對(duì)實(shí)際情況中出現(xiàn)的三種隧洞類型，即直伸型、非直伸型隧道以及未施測(cè)的導(dǎo)線點(diǎn)。

對(duì)于第一種類型隧洞，其橫向貫通中誤差通過下式計(jì)算：

MBz=

其中，n代表導(dǎo)線邊數(shù)，mβ為測(cè)角中誤差，L總導(dǎo)線長(zhǎng)；

對(duì)于第二種類型隧洞，橫向貫通中誤差為：

MBF=

其中Dy代表各導(dǎo)線點(diǎn)到到導(dǎo)線重心點(diǎn)的值。

對(duì)于第三種情況，任然按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；

通過以上原則計(jì)算出相應(yīng)的橫向貫通誤差后，應(yīng)保證橫向貫通中誤差的設(shè)計(jì)值大于計(jì)算值。

2、高程控制測(cè)量精度的估算

高程傳遞終點(diǎn)的計(jì)算由公式（4）來獲得。其中， 。

一般而言，無論是三角高程測(cè)量還是水準(zhǔn)測(cè)量均可按照該方法來估算高程測(cè)量的精度

三、增加貫通精度的措施

通過以上分析，結(jié)合實(shí)際施工過程，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面來提高施工貫通的精度，降低施工控制測(cè)量的誤差。

（1）保證各點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算準(zhǔn)確無誤，除此之外，對(duì)一些投影的計(jì)算要嚴(yán)格規(guī)范；

（2）測(cè)量過程中，要嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)要求中的等級(jí)要求。注意相關(guān)儀器的參數(shù)設(shè)置是否正確，如是否有氣泡偏離及儀器存在縫隙等，保證棱鏡基座的正確安放。除此之外，應(yīng)該盡量選取三聯(lián)腳架法進(jìn)行相關(guān)測(cè)量。

（3）隧洞的開挖過程中，即時(shí)注意導(dǎo)線點(diǎn)的增設(shè)，臨時(shí)點(diǎn)最好不要超多三個(gè)。經(jīng)常核查隧洞的開挖是否正確。

（4）最好采用等邊直伸型來對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行布設(shè)并且盡量選取長(zhǎng)導(dǎo)線。

（5）當(dāng)進(jìn)行三角高程測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意一些細(xì)節(jié)，如保證垂直角和測(cè)距按照同一個(gè)照準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量；另外，對(duì)于等級(jí)不小于三級(jí)的測(cè)量應(yīng)通過增加對(duì)中精度或者隔點(diǎn)設(shè)站的方式來適當(dāng)提高精度等級(jí)。

（6）經(jīng)常核查導(dǎo)線，定期檢測(cè)其精度和其他相關(guān)參數(shù)，一旦設(shè)計(jì)路線臨時(shí)改變，必須保證對(duì)其精度進(jìn)行重新估算。

（7）有些隧洞存在多貫通面的情況，對(duì)此應(yīng)充分考慮軸線情況；另外，對(duì)于混凝土堆砌的隧洞內(nèi)布局，應(yīng)該保證兩相向開挖的導(dǎo)線能夠附和，并對(duì)其貫通誤差進(jìn)行相關(guān)處理如平差或誤差分配，從而確保隧洞內(nèi)部混凝土的正確堆砌和形體合格。

總而言之，熟練的操作是保證控制測(cè)量高精度和低誤差的條件。在實(shí)際的測(cè)量中，只有嚴(yán)格按照規(guī)范要求來對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施，以準(zhǔn)確無誤的步驟來進(jìn)行測(cè)量工作才有可能達(dá)到滿意的結(jié)果。將測(cè)量方法同實(shí)際工作相結(jié)合不僅能夠提高效率節(jié)省時(shí)間還可以提高隧洞控制測(cè)量精度和貫通精度。除此之外，為了最大程度保證貫通精度符合要求，還應(yīng)該采取一些特別的技術(shù)如陀螺經(jīng)緯儀、組件導(dǎo)線網(wǎng)以及改善測(cè)量環(huán)境和提高設(shè)備性能等來提高隧洞內(nèi)導(dǎo)線的精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]尚小琦，薛貴東，黃愛華，孫志文.隧道工程控制測(cè)量主要方法與誤差分析[J] 測(cè)繪技術(shù)裝備，2008.10（4）

[2]李興亮.水利隧洞施工測(cè)量技術(shù)[J].工程技術(shù)，2009（20）

[3]張會(huì)君.淺議水工隧洞施工測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)[J].吉林農(nóng)業(yè)，2012（10）

[4]趙建軍，劉翠芝，王娟平.隧洞洞內(nèi)的控制測(cè)量探析[J].工業(yè)技術(shù)，2001（18）

[5]姚偉.隧洞控制測(cè)量設(shè)計(jì)及其精度估算探討[J].四川水利，2011（6）endprint

摘要：隧洞施工作為水利水電工程的重要部分，其施工控制測(cè)量非常重要，然而由于隧洞施工過程兩洞口無法通視，導(dǎo)致隧洞測(cè)量工作難度較大。施工過程中，測(cè)量精度直接決定了貫通精度，混凝土襯砌是跟貫通精度直接聯(lián)系的。這就要求對(duì)隧洞施工進(jìn)行控制測(cè)量設(shè)計(jì)，在施工過程中保證精度符合要求，并且對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精度估算。為了確保隧洞貫通精度，本文從隧洞控制測(cè)量的設(shè)計(jì)和誤差分析、精度估算以及增加貫通精度的措施這幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵字： 水利水電；隧洞；控制測(cè)量；精度分析

中圖分類號(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914x（2014）26-01-01

隧洞作為水利水電工程中一個(gè)重要組成部分，具有自身的特點(diǎn)。如從地理位置而言，隧洞工程一般處于地理環(huán)境較惡劣的地方，如尾水洞、導(dǎo)流洞等等。正因如此，跟隧洞工程相關(guān)的一些規(guī)章制度和施工標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)其他類型的工程而言也相對(duì)較多一些，并且針對(duì)不同用途的隧洞類型，其對(duì)測(cè)量精度的要求也差異較大。然而，測(cè)量的精度對(duì)于隧洞的施工質(zhì)量而言非常重要，只有精度達(dá)標(biāo)才能保證隧洞的施工質(zhì)量合格。因此，為了確保隧洞施工質(zhì)量，應(yīng)采取相應(yīng)的措施保證施工精度，降低施工誤差，其中一種行之有效的辦法便是在施工前準(zhǔn)確設(shè)計(jì)洞內(nèi)控制測(cè)量，并且通過精度估算保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。由于隧洞的貫通精度直接取決于洞內(nèi)控制測(cè)量精度，因此，洞內(nèi)控制測(cè)量的設(shè)計(jì)以及貫通前的相關(guān)精度估算工作就顯得尤為重要，除此之外，還應(yīng)該通過一些具體的增加精度的措施來保證隧洞的最終貫通滿足精度要求。

一、洞內(nèi)控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

洞內(nèi)控制測(cè)量設(shè)計(jì)由平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)和高程控制測(cè)量設(shè)計(jì)兩部分組成，這兩者由于所針對(duì)的側(cè)重點(diǎn)不同導(dǎo)致了設(shè)計(jì)內(nèi)容存在較大的差異，下面分別從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析，從而明晰洞內(nèi)控制測(cè)量的誤差來源以及相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

1、平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

貫通前，有關(guān)隧洞的平面控制測(cè)量均由支導(dǎo)線組成。開挖后，首先要對(duì)支導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，其中主要包括施測(cè)等級(jí)以及誤差估算，這些工作均以洞內(nèi)施工方式（如單向還是雙向），開挖尺寸以及精度要求為基礎(chǔ)，為了后期測(cè)量方案和施工設(shè)備的選擇做鋪墊。

設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備工作主要有以下兩個(gè)方面，首先，將貫通面和開挖平面以圖紙的方式展示出來，其次根據(jù)實(shí)際施工的洞內(nèi)環(huán)境，包括出渣和通視情況等對(duì)測(cè)量的影響在圖紙上確定導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)位置。橫向貫通的誤差主要由導(dǎo)線邊長(zhǎng)和測(cè)角組成，這兩方面的誤差對(duì)于隧洞的貫通精度帶來的影響很大，因此下面就橫向貫通中的誤差進(jìn)行分析。

由相關(guān)誤差傳播原理可知，導(dǎo)線的測(cè)邊和測(cè)角這兩者相互獨(dú)立，因此，在橫向貫通誤差分析中，對(duì)于測(cè)角和測(cè)邊所引起的兩個(gè)誤差可以分開討論：

對(duì)于測(cè)角誤差引起的橫向貫通誤差myβ，根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

myβ= （1）

其中，式中mβ代表測(cè)角誤差，RC代表貫通面與測(cè)量角度的導(dǎo)線點(diǎn)之間的垂直距離；

另一方面，在測(cè)邊過程中的橫向貫通誤差用mys表示，其值根據(jù)公式（2）計(jì)算：

mys= （2）

其中，式中 為導(dǎo)線邊長(zhǎng)相對(duì)重誤差，Dy貫通面上導(dǎo)線邊的投影長(zhǎng)度。

最后，根據(jù)測(cè)邊和測(cè)腳分別引起的橫向貫通誤差myβ和mys來計(jì)算貫通面上由于導(dǎo)線測(cè)量所引起的總的橫向貫通中誤差，用my表示，計(jì)算公式如公式（3）所示：

my= = （3）

公式（3）常被用來估算隧洞施工橫向貫通中誤差。

2、高程控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

以上分析了橫向貫通中誤差的影響因素，那么豎向貫通中誤差由什么決定呢？該誤差直接由洞內(nèi)高程控制測(cè)量精度來決定。具體而言，高程控制測(cè)量誤差等級(jí)一般根據(jù)豎向貫通中誤差來決定，而引起豎向貫通中誤差的是三角高程測(cè)量或水準(zhǔn)測(cè)量過程中所造成的誤差。

一般而言，通過下式來估算豎向貫通誤差：

mh= （4）

其中上式中mh表示豎向貫通誤差， 表示每公里高差中數(shù)的偶然中誤差（按測(cè)段往返測(cè)的高差不符值計(jì)算），L表示整個(gè)高程測(cè)量中的總長(zhǎng)度值。

由此可知，根據(jù)公式（4）便可反算出 的值，將所計(jì)算的值與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)誤差等級(jí)對(duì)應(yīng)的值作比較，選取符合要求的高程控制測(cè)量的等級(jí)數(shù)，選取標(biāo)準(zhǔn)為選定的等級(jí)中所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn) 值應(yīng)該不小于計(jì)算值。

二、洞內(nèi)控制測(cè)量精度的估算

1、平面控制測(cè)量精度的估算

雖然根據(jù)上述原則對(duì)設(shè)計(jì)等級(jí)進(jìn)行了合理的選取，但是由于實(shí)際施工環(huán)境下，由于同時(shí)條件以及其他的一些問題的干擾，可能導(dǎo)致原有擬定方針路線無法按照既定計(jì)劃來實(shí)施，根據(jù)這種情況，就必須對(duì)相關(guān)涉及導(dǎo)線進(jìn)行精度估算。

針對(duì)實(shí)際情況中出現(xiàn)的三種隧洞類型，即直伸型、非直伸型隧道以及未施測(cè)的導(dǎo)線點(diǎn)。

對(duì)于第一種類型隧洞，其橫向貫通中誤差通過下式計(jì)算：

MBz=

其中，n代表導(dǎo)線邊數(shù)，mβ為測(cè)角中誤差，L總導(dǎo)線長(zhǎng)；

對(duì)于第二種類型隧洞，橫向貫通中誤差為：

MBF=

其中Dy代表各導(dǎo)線點(diǎn)到到導(dǎo)線重心點(diǎn)的值。

對(duì)于第三種情況，任然按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；

通過以上原則計(jì)算出相應(yīng)的橫向貫通誤差后，應(yīng)保證橫向貫通中誤差的設(shè)計(jì)值大于計(jì)算值。

2、高程控制測(cè)量精度的估算

高程傳遞終點(diǎn)的計(jì)算由公式（4）來獲得。其中， 。

一般而言，無論是三角高程測(cè)量還是水準(zhǔn)測(cè)量均可按照該方法來估算高程測(cè)量的精度

三、增加貫通精度的措施

通過以上分析，結(jié)合實(shí)際施工過程，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面來提高施工貫通的精度，降低施工控制測(cè)量的誤差。

（1）保證各點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算準(zhǔn)確無誤，除此之外，對(duì)一些投影的計(jì)算要嚴(yán)格規(guī)范；

（2）測(cè)量過程中，要嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)要求中的等級(jí)要求。注意相關(guān)儀器的參數(shù)設(shè)置是否正確，如是否有氣泡偏離及儀器存在縫隙等，保證棱鏡基座的正確安放。除此之外，應(yīng)該盡量選取三聯(lián)腳架法進(jìn)行相關(guān)測(cè)量。

（3）隧洞的開挖過程中，即時(shí)注意導(dǎo)線點(diǎn)的增設(shè)，臨時(shí)點(diǎn)最好不要超多三個(gè)。經(jīng)常核查隧洞的開挖是否正確。

（4）最好采用等邊直伸型來對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行布設(shè)并且盡量選取長(zhǎng)導(dǎo)線。

（5）當(dāng)進(jìn)行三角高程測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意一些細(xì)節(jié)，如保證垂直角和測(cè)距按照同一個(gè)照準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量；另外，對(duì)于等級(jí)不小于三級(jí)的測(cè)量應(yīng)通過增加對(duì)中精度或者隔點(diǎn)設(shè)站的方式來適當(dāng)提高精度等級(jí)。

（6）經(jīng)常核查導(dǎo)線，定期檢測(cè)其精度和其他相關(guān)參數(shù)，一旦設(shè)計(jì)路線臨時(shí)改變，必須保證對(duì)其精度進(jìn)行重新估算。

（7）有些隧洞存在多貫通面的情況，對(duì)此應(yīng)充分考慮軸線情況；另外，對(duì)于混凝土堆砌的隧洞內(nèi)布局，應(yīng)該保證兩相向開挖的導(dǎo)線能夠附和，并對(duì)其貫通誤差進(jìn)行相關(guān)處理如平差或誤差分配，從而確保隧洞內(nèi)部混凝土的正確堆砌和形體合格。

總而言之，熟練的操作是保證控制測(cè)量高精度和低誤差的條件。在實(shí)際的測(cè)量中，只有嚴(yán)格按照規(guī)范要求來對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施，以準(zhǔn)確無誤的步驟來進(jìn)行測(cè)量工作才有可能達(dá)到滿意的結(jié)果。將測(cè)量方法同實(shí)際工作相結(jié)合不僅能夠提高效率節(jié)省時(shí)間還可以提高隧洞控制測(cè)量精度和貫通精度。除此之外，為了最大程度保證貫通精度符合要求，還應(yīng)該采取一些特別的技術(shù)如陀螺經(jīng)緯儀、組件導(dǎo)線網(wǎng)以及改善測(cè)量環(huán)境和提高設(shè)備性能等來提高隧洞內(nèi)導(dǎo)線的精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]尚小琦，薛貴東，黃愛華，孫志文.隧道工程控制測(cè)量主要方法與誤差分析[J] 測(cè)繪技術(shù)裝備，2008.10（4）

[2]李興亮.水利隧洞施工測(cè)量技術(shù)[J].工程技術(shù)，2009（20）

[3]張會(huì)君.淺議水工隧洞施工測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)[J].吉林農(nóng)業(yè)，2012（10）

[4]趙建軍，劉翠芝，王娟平.隧洞洞內(nèi)的控制測(cè)量探析[J].工業(yè)技術(shù)，2001（18）

[5]姚偉.隧洞控制測(cè)量設(shè)計(jì)及其精度估算探討[J].四川水利，2011（6）endprint

摘要：隧洞施工作為水利水電工程的重要部分，其施工控制測(cè)量非常重要，然而由于隧洞施工過程兩洞口無法通視，導(dǎo)致隧洞測(cè)量工作難度較大。施工過程中，測(cè)量精度直接決定了貫通精度，混凝土襯砌是跟貫通精度直接聯(lián)系的。這就要求對(duì)隧洞施工進(jìn)行控制測(cè)量設(shè)計(jì)，在施工過程中保證精度符合要求，并且對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精度估算。為了確保隧洞貫通精度，本文從隧洞控制測(cè)量的設(shè)計(jì)和誤差分析、精度估算以及增加貫通精度的措施這幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵字： 水利水電；隧洞；控制測(cè)量；精度分析

中圖分類號(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914x（2014）26-01-01

隧洞作為水利水電工程中一個(gè)重要組成部分，具有自身的特點(diǎn)。如從地理位置而言，隧洞工程一般處于地理環(huán)境較惡劣的地方，如尾水洞、導(dǎo)流洞等等。正因如此，跟隧洞工程相關(guān)的一些規(guī)章制度和施工標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)其他類型的工程而言也相對(duì)較多一些，并且針對(duì)不同用途的隧洞類型，其對(duì)測(cè)量精度的要求也差異較大。然而，測(cè)量的精度對(duì)于隧洞的施工質(zhì)量而言非常重要，只有精度達(dá)標(biāo)才能保證隧洞的施工質(zhì)量合格。因此，為了確保隧洞施工質(zhì)量，應(yīng)采取相應(yīng)的措施保證施工精度，降低施工誤差，其中一種行之有效的辦法便是在施工前準(zhǔn)確設(shè)計(jì)洞內(nèi)控制測(cè)量，并且通過精度估算保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。由于隧洞的貫通精度直接取決于洞內(nèi)控制測(cè)量精度，因此，洞內(nèi)控制測(cè)量的設(shè)計(jì)以及貫通前的相關(guān)精度估算工作就顯得尤為重要，除此之外，還應(yīng)該通過一些具體的增加精度的措施來保證隧洞的最終貫通滿足精度要求。

一、洞內(nèi)控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

洞內(nèi)控制測(cè)量設(shè)計(jì)由平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)和高程控制測(cè)量設(shè)計(jì)兩部分組成，這兩者由于所針對(duì)的側(cè)重點(diǎn)不同導(dǎo)致了設(shè)計(jì)內(nèi)容存在較大的差異，下面分別從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析，從而明晰洞內(nèi)控制測(cè)量的誤差來源以及相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

1、平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

貫通前，有關(guān)隧洞的平面控制測(cè)量均由支導(dǎo)線組成。開挖后，首先要對(duì)支導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，其中主要包括施測(cè)等級(jí)以及誤差估算，這些工作均以洞內(nèi)施工方式（如單向還是雙向），開挖尺寸以及精度要求為基礎(chǔ)，為了后期測(cè)量方案和施工設(shè)備的選擇做鋪墊。

設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備工作主要有以下兩個(gè)方面，首先，將貫通面和開挖平面以圖紙的方式展示出來，其次根據(jù)實(shí)際施工的洞內(nèi)環(huán)境，包括出渣和通視情況等對(duì)測(cè)量的影響在圖紙上確定導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)位置。橫向貫通的誤差主要由導(dǎo)線邊長(zhǎng)和測(cè)角組成，這兩方面的誤差對(duì)于隧洞的貫通精度帶來的影響很大，因此下面就橫向貫通中的誤差進(jìn)行分析。

由相關(guān)誤差傳播原理可知，導(dǎo)線的測(cè)邊和測(cè)角這兩者相互獨(dú)立，因此，在橫向貫通誤差分析中，對(duì)于測(cè)角和測(cè)邊所引起的兩個(gè)誤差可以分開討論：

對(duì)于測(cè)角誤差引起的橫向貫通誤差myβ，根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

myβ= （1）

其中，式中mβ代表測(cè)角誤差，RC代表貫通面與測(cè)量角度的導(dǎo)線點(diǎn)之間的垂直距離；

另一方面，在測(cè)邊過程中的橫向貫通誤差用mys表示，其值根據(jù)公式（2）計(jì)算：

mys= （2）

其中，式中 為導(dǎo)線邊長(zhǎng)相對(duì)重誤差，Dy貫通面上導(dǎo)線邊的投影長(zhǎng)度。

最后，根據(jù)測(cè)邊和測(cè)腳分別引起的橫向貫通誤差myβ和mys來計(jì)算貫通面上由于導(dǎo)線測(cè)量所引起的總的橫向貫通中誤差，用my表示，計(jì)算公式如公式（3）所示：

my= = （3）

公式（3）常被用來估算隧洞施工橫向貫通中誤差。

2、高程控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

以上分析了橫向貫通中誤差的影響因素，那么豎向貫通中誤差由什么決定呢？該誤差直接由洞內(nèi)高程控制測(cè)量精度來決定。具體而言，高程控制測(cè)量誤差等級(jí)一般根據(jù)豎向貫通中誤差來決定，而引起豎向貫通中誤差的是三角高程測(cè)量或水準(zhǔn)測(cè)量過程中所造成的誤差。

一般而言，通過下式來估算豎向貫通誤差：

mh= （4）

其中上式中mh表示豎向貫通誤差， 表示每公里高差中數(shù)的偶然中誤差（按測(cè)段往返測(cè)的高差不符值計(jì)算），L表示整個(gè)高程測(cè)量中的總長(zhǎng)度值。

由此可知，根據(jù)公式（4）便可反算出 的值，將所計(jì)算的值與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)誤差等級(jí)對(duì)應(yīng)的值作比較，選取符合要求的高程控制測(cè)量的等級(jí)數(shù)，選取標(biāo)準(zhǔn)為選定的等級(jí)中所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn) 值應(yīng)該不小于計(jì)算值。

二、洞內(nèi)控制測(cè)量精度的估算

1、平面控制測(cè)量精度的估算

雖然根據(jù)上述原則對(duì)設(shè)計(jì)等級(jí)進(jìn)行了合理的選取，但是由于實(shí)際施工環(huán)境下，由于同時(shí)條件以及其他的一些問題的干擾，可能導(dǎo)致原有擬定方針路線無法按照既定計(jì)劃來實(shí)施，根據(jù)這種情況，就必須對(duì)相關(guān)涉及導(dǎo)線進(jìn)行精度估算。

針對(duì)實(shí)際情況中出現(xiàn)的三種隧洞類型，即直伸型、非直伸型隧道以及未施測(cè)的導(dǎo)線點(diǎn)。

對(duì)于第一種類型隧洞，其橫向貫通中誤差通過下式計(jì)算：

MBz=

其中，n代表導(dǎo)線邊數(shù)，mβ為測(cè)角中誤差，L總導(dǎo)線長(zhǎng)；

對(duì)于第二種類型隧洞，橫向貫通中誤差為：

MBF=

其中Dy代表各導(dǎo)線點(diǎn)到到導(dǎo)線重心點(diǎn)的值。

對(duì)于第三種情況，任然按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；

通過以上原則計(jì)算出相應(yīng)的橫向貫通誤差后，應(yīng)保證橫向貫通中誤差的設(shè)計(jì)值大于計(jì)算值。

2、高程控制測(cè)量精度的估算

高程傳遞終點(diǎn)的計(jì)算由公式（4）來獲得。其中， 。

一般而言，無論是三角高程測(cè)量還是水準(zhǔn)測(cè)量均可按照該方法來估算高程測(cè)量的精度

三、增加貫通精度的措施

通過以上分析，結(jié)合實(shí)際施工過程，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面來提高施工貫通的精度，降低施工控制測(cè)量的誤差。

（1）保證各點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算準(zhǔn)確無誤，除此之外，對(duì)一些投影的計(jì)算要嚴(yán)格規(guī)范；

（2）測(cè)量過程中，要嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)要求中的等級(jí)要求。注意相關(guān)儀器的參數(shù)設(shè)置是否正確，如是否有氣泡偏離及儀器存在縫隙等，保證棱鏡基座的正確安放。除此之外，應(yīng)該盡量選取三聯(lián)腳架法進(jìn)行相關(guān)測(cè)量。

（3）隧洞的開挖過程中，即時(shí)注意導(dǎo)線點(diǎn)的增設(shè)，臨時(shí)點(diǎn)最好不要超多三個(gè)。經(jīng)常核查隧洞的開挖是否正確。

（4）最好采用等邊直伸型來對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行布設(shè)并且盡量選取長(zhǎng)導(dǎo)線。

（5）當(dāng)進(jìn)行三角高程測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意一些細(xì)節(jié)，如保證垂直角和測(cè)距按照同一個(gè)照準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量；另外，對(duì)于等級(jí)不小于三級(jí)的測(cè)量應(yīng)通過增加對(duì)中精度或者隔點(diǎn)設(shè)站的方式來適當(dāng)提高精度等級(jí)。

（6）經(jīng)常核查導(dǎo)線，定期檢測(cè)其精度和其他相關(guān)參數(shù)，一旦設(shè)計(jì)路線臨時(shí)改變，必須保證對(duì)其精度進(jìn)行重新估算。

（7）有些隧洞存在多貫通面的情況，對(duì)此應(yīng)充分考慮軸線情況；另外，對(duì)于混凝土堆砌的隧洞內(nèi)布局，應(yīng)該保證兩相向開挖的導(dǎo)線能夠附和，并對(duì)其貫通誤差進(jìn)行相關(guān)處理如平差或誤差分配，從而確保隧洞內(nèi)部混凝土的正確堆砌和形體合格。

總而言之，熟練的操作是保證控制測(cè)量高精度和低誤差的條件。在實(shí)際的測(cè)量中，只有嚴(yán)格按照規(guī)范要求來對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施，以準(zhǔn)確無誤的步驟來進(jìn)行測(cè)量工作才有可能達(dá)到滿意的結(jié)果。將測(cè)量方法同實(shí)際工作相結(jié)合不僅能夠提高效率節(jié)省時(shí)間還可以提高隧洞控制測(cè)量精度和貫通精度。除此之外，為了最大程度保證貫通精度符合要求，還應(yīng)該采取一些特別的技術(shù)如陀螺經(jīng)緯儀、組件導(dǎo)線網(wǎng)以及改善測(cè)量環(huán)境和提高設(shè)備性能等來提高隧洞內(nèi)導(dǎo)線的精度。

參考文獻(xiàn)：

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