鐵路長(zhǎng)大隧道高程貫通誤差調(diào)整方案研究

賴?guó)櫛?中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都　610031)Discussion of Vertical Piercing Error Adjustment in Railway Long TunnelLAI Hongbin

鐵路長(zhǎng)大隧道高程貫通誤差調(diào)整方案研究

賴?guó)櫛?中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031)Discussion of Vertical Piercing Error Adjustment in Railway Long TunnelLAI Hongbin

摘要介紹長(zhǎng)大隧道洞外高程控制測(cè)量的主要方法，以及長(zhǎng)大隧道高程貫通誤差的調(diào)整方案及對(duì)策。

關(guān)鍵詞鐵路長(zhǎng)大隧道貫通誤差調(diào)整

1長(zhǎng)大隧道洞外高程控制測(cè)量的主要方法及存在問題

目前，國(guó)內(nèi)鐵路長(zhǎng)大隧道高程控制測(cè)量的方法和途徑主要有兩種，第一種是二等水準(zhǔn)測(cè)量；第二種是二等三角高程測(cè)量[1-5]。不管是采用二等水準(zhǔn)測(cè)量方式，還是采用二等三角高程測(cè)量方式進(jìn)行隧道貫通前的高程控制測(cè)量，其測(cè)量的路線長(zhǎng)度將不可避免存在繞行現(xiàn)象。通常情況下，隧道越長(zhǎng)、山體越大、交通條件越差，則高程控制測(cè)量的路線繞行情況越嚴(yán)重，洞外水準(zhǔn)路線的長(zhǎng)度越長(zhǎng)。根據(jù)我公司已完成部分長(zhǎng)大隧道長(zhǎng)度與高程控制測(cè)量的路線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)可知，在隧道貫通前，長(zhǎng)大隧道高程控制測(cè)量的路線繞行長(zhǎng)度通常情況下是隧道本身長(zhǎng)度的3～5倍。有些隧道的繞行長(zhǎng)度更甚：如貴廣鐵路大寨隧道(隧道長(zhǎng)度8 969 m)、其嶺隧道(隧道長(zhǎng)度7 047 m)和金寶頂隧道(隧道長(zhǎng)度7 169 m)，在隧道貫通前，二等水準(zhǔn)測(cè)量的路線繞行長(zhǎng)度分別為55.690 km、95.130 km和98.104 km，其二等水準(zhǔn)路線繞行長(zhǎng)度是隧道本身長(zhǎng)度的6.2倍、13.5倍和13.7倍。

考慮到長(zhǎng)大隧道高程控制測(cè)量存在系統(tǒng)誤差和偶然誤差[6-7]，當(dāng)長(zhǎng)大隧道貫通前高程控制測(cè)量路線繞行越長(zhǎng)，其測(cè)量累積的誤差可能就越大。長(zhǎng)大隧道貫通后，進(jìn)行隧道高程貫通測(cè)量、隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，必然存在隧道貫通后隧道進(jìn)、出口兩端水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差與隧道貫通前繞行所測(cè)量高差不一致。出現(xiàn)這一情況時(shí)，應(yīng)如何制定解決方案和對(duì)策，是本文研究的主要內(nèi)容，即對(duì)現(xiàn)有長(zhǎng)大隧道貫通后的實(shí)際高程貫通誤差調(diào)整方法進(jìn)行研究，從而研究和制定出最優(yōu)的實(shí)際貫通誤差調(diào)整方法，以指導(dǎo)鐵路長(zhǎng)大隧道的高程控制測(cè)量和施工。

2長(zhǎng)大隧道高程貫通后誤差情況

長(zhǎng)大隧道貫通后，應(yīng)立即開展隧道的貫通測(cè)量和隧道洞內(nèi)控制測(cè)量。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)以及上面提到的問題，長(zhǎng)大隧道貫通后，隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)測(cè)量的高差與隧道貫通前繞行所測(cè)的洞口高程控制點(diǎn)間的高差必然不一致，其差值Δh(即附合路線閉合差W)可能出現(xiàn)以下三種情況：

上述各式中的L為隧道貫通后水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度，以km為單位。

由于式(3)差值|Δh|較大，說(shuō)明存在較大測(cè)量誤差或粗差，這種情況不做討論。

3長(zhǎng)大隧道貫通后高程貫通誤差調(diào)整方案及其對(duì)策

3.1　長(zhǎng)大隧道洞外高程控制網(wǎng)建立及施工期間的注意事項(xiàng)[8-11]

在長(zhǎng)大隧道洞外高程控制網(wǎng)測(cè)量期間，以及隧道貫通前的施工期間，為了減小貫通后的高程貫通誤差，應(yīng)該注意以下問題：

(1)在進(jìn)行長(zhǎng)大隧道高程控制測(cè)量前，要進(jìn)行測(cè)區(qū)的詳細(xì)踏勘，找出最短、可行的測(cè)量路線，避免在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)不必要、多余的繞行路線，從而增大高程測(cè)量誤差。

(2)長(zhǎng)大隧道進(jìn)、出口段布設(shè)不少于3個(gè)高程控制點(diǎn)，其目的是在隧道施工前或隧道施工期間可以實(shí)時(shí)、方便地檢測(cè)高程控制網(wǎng)的穩(wěn)定性。另外，當(dāng)個(gè)別高程控制點(diǎn)遭遇破壞時(shí)，可利用其它高程控制點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)設(shè)。

(3)高程控制測(cè)量時(shí)，可參照《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》、《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》及其它一些相關(guān)規(guī)范，在不影響外業(yè)測(cè)量效率的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高外業(yè)測(cè)量限差要求(如采用數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行長(zhǎng)大隧道二等水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，可將二等水準(zhǔn)測(cè)量的前后視距差設(shè)為1.0 m，測(cè)段間前后視距累積差設(shè)為3.0 m，同一測(cè)站兩次讀數(shù)所測(cè)高差差值設(shè)為0.4 mm)，以保證外業(yè)高差測(cè)量數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。

(5)整條線路水準(zhǔn)平差定權(quán)時(shí)，長(zhǎng)大隧道進(jìn)、出口端水準(zhǔn)繞行測(cè)段的平差距離取隧道長(zhǎng)度，而不是水準(zhǔn)路線的繞行長(zhǎng)度，從而提高長(zhǎng)大隧道進(jìn)、出口端水準(zhǔn)控制點(diǎn)間的相對(duì)精度。

3.2　長(zhǎng)大隧道貫通后的高程貫通誤差調(diào)整方案及其對(duì)策

長(zhǎng)大隧道貫通后，隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)測(cè)量?jī)啥纯诳刂泣c(diǎn)間的高差，與隧道貫通前繞行所測(cè)的高差必然不一致。下面將根據(jù)差值Δh的大小，有針對(duì)性地進(jìn)行分析和研究，從而制定出最優(yōu)的實(shí)際高程貫通誤差調(diào)整方法，以指導(dǎo)鐵路長(zhǎng)大隧道的測(cè)量和施工。

考慮到鐵路施工進(jìn)度不一致，基于種種原因，長(zhǎng)大隧道線下施工進(jìn)度往往落后于隧道兩端大、小里程其它構(gòu)筑物的施工進(jìn)度。當(dāng)長(zhǎng)大隧道貫通后，大、小里程的其它構(gòu)筑物往往已經(jīng)進(jìn)行了后續(xù)的施工步驟，如已完成無(wú)砟軌道鋪設(shè)、軌道精調(diào)等。

由于隧道兩洞口外大、小里程其它地段的構(gòu)筑物和無(wú)砟軌道已經(jīng)施工，且無(wú)砟軌道施工時(shí)所采用的CPⅢ高程測(cè)量成果與長(zhǎng)大隧道進(jìn)、出口既有水準(zhǔn)點(diǎn)有關(guān)，在這種情況下，就不能用上述方案，即采用延長(zhǎng)附合水準(zhǔn)路線的方法進(jìn)行長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)加密及其它既有相關(guān)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程值更新。如果這樣處理，勢(shì)必導(dǎo)致后續(xù)長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)構(gòu)筑物的高程，與隧道外其它地段構(gòu)筑物的高程不一致，最后出現(xiàn)長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)的軌道鋪設(shè)和軌道精調(diào)等無(wú)法與兩端已完工的無(wú)砟軌道實(shí)現(xiàn)順接，從而出現(xiàn)斷高，嚴(yán)重時(shí)，還可能造成局部工程報(bào)廢。

經(jīng)過(guò)對(duì)多條線路，多個(gè)隧道高程貫通后的高差與隧道進(jìn)出口端既有水準(zhǔn)點(diǎn)間的既有高差進(jìn)行分析、比較和研究，筆者認(rèn)為如果長(zhǎng)大隧道高程貫通誤差的確是因?yàn)樗淼镭炌ㄇ袄@行測(cè)量誤差累積引起，且長(zhǎng)大隧道進(jìn)出口端大、小里程相鄰地段的無(wú)砟軌道已經(jīng)施工而不能調(diào)整其高程值時(shí)，則可以像方法(1)一樣進(jìn)行強(qiáng)制平差，計(jì)算出洞內(nèi)加密二等水準(zhǔn)點(diǎn)高程，并將高差不符值Δh直接消化在長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)的高程控制網(wǎng)中。之所以可以這樣處理，分析如下：

3.3　實(shí)例論證[12]

貴廣鐵路其嶺隧道(DK359+729～DK366+776)位于廣西龍勝縣三門鎮(zhèn)雙江村，隧道全線7 047 m，全隧鋪設(shè)無(wú)砟軌道。因其嶺隧道小里程端同烈隧道(DK352+189～DK356+188，隧道全線3 999 m)以及大里程端天平山隧道(DK366+870～DK381+870，隧道全線14 000 m)無(wú)砟軌道施工已經(jīng)完成，為保證無(wú)砟軌道的平順性，其嶺隧道水準(zhǔn)線路起點(diǎn)和終點(diǎn)分別聯(lián)測(cè)至同烈隧道出口端高程控制點(diǎn)TLBM04以及天平山隧道進(jìn)口端高程控制點(diǎn)0367H21，閉合差精度統(tǒng)計(jì)見表2。

對(duì)其嶺隧道貫通前、后的二等水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行了認(rèn)真的研究和分析，通過(guò)研究和分析可知：其嶺隧道段是貴廣鐵路條件最艱苦、隧道貫通前二等水準(zhǔn)測(cè)量路線繞行長(zhǎng)度最長(zhǎng)的測(cè)段(其嶺隧道貫通前水準(zhǔn)線路繞行距離95.130 km)，其二等水準(zhǔn)路線繞行長(zhǎng)度是隧道本身長(zhǎng)度的13.5倍。考慮到長(zhǎng)大隧道高程控制測(cè)量存在系統(tǒng)誤差和偶然誤差。因此，當(dāng)長(zhǎng)大隧道貫通前高程控制測(cè)量水準(zhǔn)路線繞行越長(zhǎng)，其測(cè)量累積的誤差可能就越大。當(dāng)長(zhǎng)大隧道貫通后，進(jìn)行隧道高程貫通測(cè)量、隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，必然存在隧道貫通后隧道進(jìn)、出口兩端水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差與隧道貫通前繞行所測(cè)量平差高差不一致。

由于其嶺隧道大、小里程端天平山隧道和同烈隧道的無(wú)砟軌道已經(jīng)施工完成，且無(wú)砟軌道施工時(shí)所采用的CPⅢ高程測(cè)量成果與其嶺隧道進(jìn)、出口既有水準(zhǔn)點(diǎn)有關(guān)，在這種情況下，就不能采用延長(zhǎng)附和水準(zhǔn)路線的方法進(jìn)行長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)加密及其它既有相關(guān)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程值更新。如果這樣處理，勢(shì)必導(dǎo)致同烈隧道和天平山隧道洞內(nèi)的水準(zhǔn)點(diǎn)高程值與鋪設(shè)無(wú)砟軌道時(shí)的高程值不一致，最后出現(xiàn)其嶺隧道軌道鋪設(shè)、精調(diào)等無(wú)法與已完工的天平山隧道、同烈隧道無(wú)砟軌道實(shí)現(xiàn)順接，從而出現(xiàn)斷高，造成局部工程報(bào)廢。

強(qiáng)制約束平差后對(duì)理論高差與實(shí)測(cè)高差進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表3。

4結(jié)論

(1)考慮到長(zhǎng)大隧道高程控制測(cè)量存在系統(tǒng)誤差和偶然誤差，當(dāng)長(zhǎng)大隧道貫通前高程控制測(cè)量路線繞行越長(zhǎng)，其測(cè)量累積的誤差可能就越大。因此，應(yīng)從如何減小洞外水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度和利用隧道長(zhǎng)度來(lái)控制洞外水準(zhǔn)測(cè)量往返測(cè)高差的較差等兩方面，來(lái)提高長(zhǎng)大隧道高程貫通的精度。

(2)在長(zhǎng)大隧道洞外高程控制網(wǎng)測(cè)量以及長(zhǎng)大隧道貫通前的施工期間，為了減小長(zhǎng)大隧道貫通后的高程貫通誤差，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行本文3.1節(jié)中提出的各項(xiàng)注意事項(xiàng)。

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文章編號(hào)：1672-7479(2015)06-0004-04

作者簡(jiǎn)介：賴?guó)櫛?1978—)，男，2004年畢業(yè)于西南交通大學(xué)大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師。

基金項(xiàng)目：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司科研項(xiàng)目11541076(11-13)。

收稿日期：2015-11-05