隧道洞外控制測(cè)量平差問題的特殊處理

富聿祥

（中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽111000）

隧道洞外控制測(cè)量平差問題的特殊處理

富聿祥*

（中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽111000）

隧道控制測(cè)量必須與路線控制測(cè)量緊密銜接,按所需的技術(shù)等級(jí)為路線與隧道形成系統(tǒng)一致的整體提供基準(zhǔn)保證。因此，在施工放樣前應(yīng)復(fù)測(cè)本項(xiàng)目部控制點(diǎn)并將本合同段的起終點(diǎn)與相鄰合同段進(jìn)行聯(lián)測(cè)，確保合同段銜接處的中樁坐標(biāo)一致。

導(dǎo)線環(huán)網(wǎng)；平差問題；分析；特殊處理

1 概述

由于本人輾轉(zhuǎn)于施工現(xiàn)場(chǎng)的最前沿，時(shí)常會(huì)遇到一些測(cè)量方面的特殊問題需處理?，F(xiàn)介紹重慶境內(nèi)滬蓉國(guó)道主干線支線分水嶺（鄂渝界）至忠縣高速公路的實(shí)例。主要工程為呂家梁隧道，隧道全長(zhǎng)6000m，曲線段半徑2000m。為保證隧道正確貫通，擬定科學(xué)合理的測(cè)量方案及靈活地處理平差就顯得尤為重要。還要求在儀器操作和數(shù)據(jù)處理上特別嚴(yán)格。本文主要闡述特殊導(dǎo)線環(huán)網(wǎng)例題的平面誤差處理辦法。

2 洞外平面控制網(wǎng)布設(shè)方案及選點(diǎn)原則

洞外控制網(wǎng)基本沿線路走向布設(shè)，以減少橫向誤差。另外，每個(gè)洞口附近的控制點(diǎn)必須不少于3個(gè)，在個(gè)別點(diǎn)位被破壞的情況下仍可滿足洞內(nèi)控制測(cè)量，還可以起到復(fù)核的作用。所以，要求用于隧道開挖方向投點(diǎn)的控制點(diǎn)應(yīng)選在地勢(shì)較高、視野開闊、土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、不易破壞的地方，尤其適合安置儀器。那么在隧道測(cè)量路線經(jīng)過的地域表面的控制點(diǎn)只滿足臨時(shí)轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)即可。為了加強(qiáng)導(dǎo)線環(huán)網(wǎng)測(cè)量的可靠性，導(dǎo)線應(yīng)采取主副導(dǎo)線點(diǎn)，大約幾分米左右成對(duì)布設(shè)，便于及時(shí)遷站。并保證主副導(dǎo)線無交叉形成環(huán)。導(dǎo)線邊在有效視距范圍內(nèi)盡可能拉長(zhǎng)，平均邊長(zhǎng)控制在500m左右。應(yīng)布成每個(gè)環(huán)3～4條邊為宜的多環(huán)導(dǎo)線網(wǎng)，以便增強(qiáng)必要的網(wǎng)狀檢核條件，能夠及時(shí)查找外業(yè)操作錯(cuò)誤出處，假如一處觀測(cè)有差錯(cuò)不致于使整條線路都返工重測(cè)的麻煩。

本隧道形成2個(gè)導(dǎo)線環(huán)，每個(gè)導(dǎo)線環(huán)為8～10條邊。其中D107→D108和D109→D110為隧道兩端與鄰標(biāo)段公用基線邊。如圖1中標(biāo)注的數(shù)據(jù)為實(shí)測(cè)角度和投影改正后的邊長(zhǎng)。

3 導(dǎo)線網(wǎng)外業(yè)測(cè)量過程

圖1 洞外導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)平面示意圖

（1）首選觀測(cè)方案確定：按照《公路勘測(cè)規(guī)范》之規(guī) 定，力求按三等導(dǎo)線精度施測(cè)，但實(shí)際規(guī)定達(dá)到四等導(dǎo)線精度便可滿足設(shè)計(jì)單位要求?？販y(cè)使用徠卡TC2003型號(hào)全站儀。標(biāo)稱測(cè)角精度為1″，測(cè)距精度為1+1ppm。對(duì)本合同段與相鄰合同段共用的GPS點(diǎn)D107、D108、D109及D110進(jìn)行測(cè)量，為了在測(cè)量平差結(jié)果中獲取精密坐標(biāo)數(shù)據(jù)，觀測(cè)邊長(zhǎng)保留小數(shù)點(diǎn)后4位有效數(shù)字，角度的秒數(shù)保留小數(shù)點(diǎn)后2位。儀高和棱鏡高在每個(gè)點(diǎn)位觀測(cè)前后都各量1次,取位至毫米。

（2）其次，進(jìn)行邊角測(cè)量：

①水平角觀測(cè):主導(dǎo)線網(wǎng)及洞口加密點(diǎn)的導(dǎo)線內(nèi)、外角分別觀測(cè)3測(cè)回,共6測(cè)回,最后按周角閉合差分配取其平均值歸算每環(huán)內(nèi)角。觀測(cè)時(shí)，各項(xiàng)差值均保證在允許限差范圍內(nèi)。

②距離觀測(cè):每條邊均往返對(duì)向觀測(cè),各測(cè)2測(cè)回;每測(cè)回讀數(shù)2次。并時(shí)時(shí)測(cè)定溫度和氣壓,現(xiàn)場(chǎng)輸入儀器進(jìn)行氣象改正(另外,觀測(cè)時(shí)附帶三角高程測(cè)量進(jìn)行邊長(zhǎng)改化)。

4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的步驟及方法

4.1 起算數(shù)據(jù)的使用（表1）

表1 石忠高速公路B7合同段交樁表

4.2 平差的基本原理

本主副導(dǎo)線環(huán)(網(wǎng))從隧道進(jìn)口端以D108→D2為起始邊方位角出發(fā),按簡(jiǎn)易相關(guān)平差方法推到出口端設(shè)計(jì)院所給的D110點(diǎn)的第一次坐標(biāo)結(jié)果以后和已知值進(jìn)行比較。

實(shí)測(cè)值為:XD110=322999.3169；YD110=611851.3831

這時(shí),XD110差=+0.1369m，YD110差=+0.0011m,根椐誤差三角形計(jì)算其閉合差斜邊D==0.1369m，由此可見,此坐標(biāo)不能滿足施工單位所需控制網(wǎng)貫通精度等級(jí)的需要。該平面導(dǎo)線網(wǎng)以環(huán)的形式從已知點(diǎn)推算到待測(cè)點(diǎn),必然會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)的精測(cè)與定測(cè)坐標(biāo)不符值。

原 已 知 ：aD108→D110=269°42′50.72″;dD108→D110= 6405.7138m

現(xiàn) 實(shí) 測(cè) ：aD108→D110=269°42′55.13″;dD108→D110= 6405.7120m

而以往絕大多數(shù)測(cè)量員遇到坐標(biāo)點(diǎn)位誤差達(dá)到0.1369m這種棘手的問題就會(huì)束手無策,不知怎樣解決,甚至仍然采用復(fù)測(cè)值。這就意味著在將來隧道洞內(nèi)施工測(cè)量中存在隱患。所以遇到測(cè)量難題應(yīng)全面分析,衡量利弊,即使有些數(shù)據(jù)在允許限差內(nèi),也要控制在最小。

也就是說所測(cè)D108→D110方位角相對(duì)于它的已知理論方位角偏大4.41″,距離偏小0.0018m,如果按此次計(jì)算的各導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行施工測(cè)量放樣,那顯然對(duì)隧道洞內(nèi)將來在貫道面假設(shè)洞內(nèi)控制測(cè)量無誤差的情況下,其橫向貫通誤差也要相差0.07m,縱向無誤差。如圖2所示。

圖2 D110點(diǎn)的誤差示意圖

但是隧道測(cè)量任務(wù)注重的就是橫向誤差的影響,鑒于以上原因,必須還要進(jìn)行D108→D2起始邊坐標(biāo)方位角平面轉(zhuǎn)軸后的二次坐標(biāo)計(jì)算。D108→D2改變后的方位角為107°17′02.47″（這里值得一提的是轉(zhuǎn)軸的方向不要弄反），再重新計(jì)算D110點(diǎn)的坐標(biāo)。

這時(shí)計(jì)算出來的D110點(diǎn)坐標(biāo)和設(shè)計(jì)值對(duì)照基本相符,證明轉(zhuǎn)軸后的各個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算無誤,平差處理完畢(導(dǎo)線網(wǎng)簡(jiǎn)易平差計(jì)算表格篇幅大,未列出舍去)。

5 平差的討論與分析

設(shè)計(jì)院提供的D108和D110兩點(diǎn)坐標(biāo)保證基本不變的基礎(chǔ)上,對(duì)D107和D109兩點(diǎn)的坐標(biāo)值稍做改變。

D107點(diǎn)坐標(biāo)改變?yōu)椋篨D107=323205.722；YD107= 619059.6319

D109點(diǎn)坐標(biāo)改變?yōu)椋篨D109=323376.3021；YD109= 613010.5797

綜上所述表明，進(jìn)出口基線邊方位角調(diào)整后是數(shù)值正負(fù)符號(hào)恰好相反,而絕對(duì)值相同的關(guān)系。D107和D109兩點(diǎn)計(jì)算坐標(biāo)與它的理論坐標(biāo)反算偏移誤差分別為0.021m和0.038m,經(jīng)數(shù)據(jù)綜合考慮分析無大的妨礙,這樣兩基線邊的鄰標(biāo)段應(yīng)采用原設(shè)計(jì)值不變,而我標(biāo)段經(jīng)平差后計(jì)算的坐標(biāo)就對(duì)隧道本身正確貫通也無影響。關(guān)鍵更不影響鄰標(biāo)段的線路走向,線型達(dá)到了洞外平面控制測(cè)量精測(cè)目的和預(yù)想效果。所以說此獨(dú)特的平差辦法起到的作用非常醒目。

6 平差的鮮明思路

以閉合導(dǎo)線或簡(jiǎn)易相關(guān)平差形成環(huán)以后,都可以采用此法進(jìn)行平差計(jì)算,整體誤差被分配到隧道兩端的D107和D109點(diǎn)上,并且誤差甚小,對(duì)整條線路均無影響，從而更加科學(xué)合理的滿足特長(zhǎng)隧道的施工需求。

7 精度評(píng)定

（1）導(dǎo)線環(huán)測(cè)角中誤差：

（2）導(dǎo)線網(wǎng)全長(zhǎng)閉合差的相對(duì)精度:

（3）導(dǎo)線坐標(biāo)閉合差的相對(duì)精度:

（4）洞外控制測(cè)量誤差對(duì)貫通精度影響值的估算:

①由測(cè)角引起的橫向貫通中誤差:

②由測(cè)距引起的橫向貫通中誤差:

③洞外控制測(cè)量引起橫向貫通中誤差:

（《公路勘測(cè)規(guī)范》）

8 測(cè)量成果評(píng)述

在這次平差處理過程當(dāng)中,對(duì)待山區(qū)地形起伏較大,點(diǎn)的平面位置可與高程同步完成,三角高程測(cè)量也滿足了四等精度要求,也提高了工作效率,因?yàn)楦叱滩粸楸菊轮攸c(diǎn),未刻意提及。導(dǎo)線坐標(biāo)計(jì)算可用編程計(jì)算器推得,其中各項(xiàng)指標(biāo)滿足允許限差要求,精度合格,成果可靠。導(dǎo)線環(huán)比單導(dǎo)線精度提高倍。各控制點(diǎn)數(shù)據(jù)采用本次精測(cè)成果為宜。

9 結(jié)論及建議

在長(zhǎng)大隧道的精密控測(cè)中,經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證,此平差程序方法得到了成功嘗試,該網(wǎng)的布設(shè)、觀測(cè)、平差方案優(yōu)化。

近幾年來,針對(duì)測(cè)量行業(yè)總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。并深有體會(huì),認(rèn)為:

（1）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理固然重要,但必須保證外業(yè)資料收集的精確性。

（2）不要強(qiáng)化導(dǎo)線控制網(wǎng)的嚴(yán)密平差,應(yīng)講求實(shí)效,最終兩種方法比較只差在毫米級(jí),基本一致。

（3）只要符合精度等級(jí)的測(cè)回?cái)?shù)觀測(cè),不建議采用多余觀測(cè),否則致使工作量大而提高的精度并不顯著。

（4）應(yīng)使用精度較高的先進(jìn)儀器設(shè)備,儀器周期檢定要落實(shí)到位,保證儀器使用的可靠性,并且在良好的外界條件下進(jìn)行觀測(cè)。

（5）只有樹立高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求的思想,采用嚴(yán)密的控制測(cè)量手段,才是檢驗(yàn)測(cè)量成果可靠的標(biāo)準(zhǔn)，期望值才會(huì)更高。

（6）另外,要求精測(cè)人員應(yīng)具備實(shí)用性操作技能,掌握相關(guān)基本理論知識(shí),精心測(cè)設(shè)、嚴(yán)密把關(guān)、抱有堅(jiān)定的信念和恒心,才能為企業(yè),更為我國(guó)的交通、土建工程事業(yè)做出卓越的貢獻(xiàn)。

圖3 新疆哈密市白水井鐵礦6號(hào)勘控線剖面圖

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1004-5716(2015)03-0183-03

2014-01-23

富聿祥（1970-），男（漢族），遼寧開原人，工程師，現(xiàn)從事工程測(cè)量技術(shù)工作。