GPS技術在隧道施工控制測量中的應用

摘要：隨著測量技術的發(fā)展，現(xiàn)在隧道測量技術也在不斷的更新。GPS測量具有精度高、靈活性強等特點，已廣泛應用于我國國民經濟建設的各個行業(yè)。尤其是在比較長的隧道測量中GPS技術已經被廣泛的應用。在隧道測量中關鍵性問題就是控制網的建立，建立控制網后就是測量方案的制定，制定測量方案的關鍵點就是測量方法與測量儀器的選擇。隧道測量中采用比較廣泛的就是GPS技術和紅外線測距儀、全站儀廣泛應用于隧道測量中[1]。

關鍵詞：GPS技術；施工；控制測量

中圖分類號：U452文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

近年來，隨著GPS測量技術的發(fā)展，工程測量的作業(yè)方法更是發(fā)生了歷史性的變革。目前，國內已逐步采用GPS技術建立隧道測量首級高精度控制網，然后用常規(guī)方法布設導線加密。GPS在隧道工程中的應用，目前主要是用于建立各種隧道工程控制網及高程控點等。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網困難，而且難以滿足高精度的要求。

GPS在測量中的作用是給出每個測量點精確的坐標位置，然后通過坐標位置得到各個測量點的距離和空間位置。隨著該技術的飛速發(fā)展和普及，GPS定位技術將在城市建設及工程測量中得到更加廣泛的應用。由于GPS定位技術自身獨特而強大的功能，際測量工作中比常規(guī)控制測量具有更大的優(yōu)越性[1]。

1.GPS測量定位組成和原理

GPS由三部分構成：用戶裝置部分，主要由衛(wèi)星天線和GPS接收機組成，它的作用是接收GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號，利用這些信號進行導航定位等工作?？臻g部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個道平面上。地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站以及通訊輔助系統(tǒng)組成。

GPS測量定位原理：GPS定位也是利用測距交會的原理確定點位。采用無線電測距的方法，分別測得了接收機的信號可交會出用戶接收機的空間位置。雖然GPS衛(wèi)星是在不停的運動中，但總可以利用固定于地面上的無線電測距儀同時測定某一時刻的空間距離，應用測距交會的原理便可確定該時刻衛(wèi)星的空間位置，這便是GPS衛(wèi)星定位的基本原理。

2.GPS技術在隧道施工測量中的應用

2.1工程概況

上海長江隧道工程連接上海浦東和長興島。采用盾構法施工，隧道全長7.5km，直徑為15m。是目前世界上盾構連續(xù)施工最長的隧道；也是目前世界上最大的盾構法隧道。

本工程東線隧道起始里程為SK0+483.14m，終止里程為SK7+954.79m，全長7471.65m；其中江中段（五好溝大堤～長興島大堤）長度為6872.37m。隧道坡度平緩，最大坡度為2.9%，最小平面曲率半徑為R4000m。

2.2工程特點

上海長江隧道是目前中國地質條件最復雜、工程技術含量最高、施工難度最大的江底隧道工程。中國工程技術人員在開挖這一江底隧道的過程中，成功攻克了五大世界性施工技術難題，這五大難題一是姿態(tài)控制；二是高水壓；三是超淺埋；四是強透水；五是長距離掘進。

2.3 GPS 隧道控制網選點要求

為確保GPS 觀測質量，提高工作效率，方便施工測量， 隧道GPS 控制網選點時應注意以下幾點： 因為GPS是接收電子頻率的，選點的時候要遠離電磁波的地方，為發(fā)避免多路徑的影響，需要離開有反射的地方同時也要注意高電磁物體的影響，盡量遠離高電磁物體以減小電磁波對GPS 接收信號的干擾。 要選擇盡量開闊的地方，每個洞口兩相鄰點間的距離保證在300 m-500m 之間，且要相互通視，以便常規(guī)測量儀器的施工放樣?？刂泣c位應盡量等高、等距布設，以減弱觀測調焦和垂線偏差對進洞連接角的影響。這樣使GPS能接收到更多的GPS衛(wèi)星。交通便利，便于保存已知點，還要考慮到常規(guī)儀器的聯(lián)測?？刂泣c應盡量沿隧道軸線布置，控制點埋設要穩(wěn)固，最好埋設在基巖上，以便保持長久穩(wěn)定[2]。

2.3隧道內導線布置

在進行隧道測量時應該注意隧道內導線布置，隧道測量的關鍵點就是控制網設置和導線點的設置，所以隧道內導線布置應放在第一位，在進行測量及時的隧道內導線點的變化，如果發(fā)現(xiàn)隧道內導線點發(fā)生變化應該及時的糾正，在進行測量控制點的布控[2]。

2.4GPS 控制網網型設計

根據(jù)設計參數(shù)計算洞內中線點的設計坐標和高程。坐標反算得到測設數(shù)據(jù)，即洞內中線點與洞口控制點之間的距離、角度和高差關系。測設隧道中線時，通常每掘進20m埋設一個中線樁。在做GPS控制測量時首先是從地方已知高等級的參考點引測至測區(qū)，然后以此點為參考點，在平差的時候首先進行無約束平差，檢測是否存在粗差，然后約束平差得出平差結果。GPS 控制網網型設計應滿足以下的要求：在GPS 網的觀測方案設計中，應考慮最佳觀測時段，考慮到同時能接收5 顆以上衛(wèi)星的信號的觀測時段，應避免在某一時段出現(xiàn)GDOP 陡然變化的情況。隧道GPS 網一般應通過獨立基線構成閉合圖形， 所有控制點均由同步環(huán)或異步環(huán)相聯(lián)，網中不應存在自由基線。避免導致各邊粗差在求閉合差時相互抵消，網中各點最好至少應通過3 條獨立基線，以保證檢核條件，提高網的可靠性[3]。

3. 結語

GPS測繪主要是根據(jù)天空的幾大衛(wèi)星定位系統(tǒng)提供的定位信息，通過我們陸地上的接收機接收后進行解算求出當前點的坐標信息的過程。由于無需通視，可構成較強的網形，提高點位精度，同時對檢測常規(guī)測量的支點也非常有效。

GPS技術在隧道測量中也具有廣泛的應用前景，在長江隧道工程中就很好的應用GPS技術。上海長江隧道全長7471.65m米，對于測量人員來說這就需要建立控制網，對于導線點和控制網的建立應該是選擇比較合理的方案，由于GPS技術的特點，在進行控制網布設時就能夠有很多的選擇余地，有利于隧道工程的測量控制網的建立，利于測量工程的順利進行。GPS技術在長江隧道施工控制測量中的應用效果是比較明顯，在實際施工中GPS技術的應用減少很多的工作量，在導線測量上精準度也有很大的提高，在高程控制測量上也比較準確。GPS技術對于導線點的布控要求是比較簡單的，對于控制網的建立要求也比其它的測量技術低，在長江隧道長距離的測量工作中，GPS技術得到很好的應用，在整個工程的測量工作中GPS技術的特點減少很多的測量環(huán)節(jié)，大大提高了工作效果，也使長江隧道測量相對比較精準，線型準確。GPS測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經濟和社會效益[4]。

參考文獻

[1] 李征航，黃勁松。 GPS測量與數(shù)據(jù)處理武漢：武漢大學出版社，2005

[2] 徐紹銓，張華海等。 GPS測量原理及應用武漢：武漢測繪科技大學出版社1998

[3] 魏二虎、黃勁松。GPS測量操作與數(shù)據(jù)處理，武漢大學出版社，2005

[4]姜偉。 GPS在307國道工程控制測量中的應用，科技情報開發(fā)與經濟，2006年第23期