論述隧道貫通測量中導(dǎo)線設(shè)計與誤差預(yù)計

李樹波

【摘 要】隨著經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對道路的建設(shè)的要求也越來越高。長大隧道作為道路建設(shè)的控制性工程之一，其貫通的水平在很大程度上代表了我國隧道的技術(shù)發(fā)展水平，而且貫通測量是測量學(xué)科內(nèi)一項最綜合性的測量工作，非常值得探討、研究，也是對測量理論和知識方面的一次全面性的訓(xùn)練和培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】控制測量；貫通測量；導(dǎo)線測量

1 隧道貫通當(dāng)前現(xiàn)狀

測繪技術(shù)的發(fā)展，使得越來越多的先進儀器和方法應(yīng)用于隧道貫通測量。國家1：10000基本地形圖為隧道選址提供了基礎(chǔ)圖件；遙感技術(shù)提供了多光譜影像，可對隱患地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件進行推斷；光電測距儀，電子全站儀以及全球定位系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，使隧道施工平面控制圖的建立得到革命性的改變；電子計算機的普遍應(yīng)用，使隧道控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計和貫通誤差變的十分簡單。目前世界最長的隧道為日本本州和北海道全長53.9公里的青函隧道。迄今為止，我國最長的隧道為太行山隧道，其全長27.839公里。隨著時間的推移，一定會出現(xiàn)更長的隧道，且其更新的速度也會越來越快。

誤差在測量過程中是不可避免的，隧道貫通中的主要誤差為隧道貫通測量重要方向上的誤差。在實際施工中，通常因為提高工程進度、縮短工程期限以及改善隧道中的工作環(huán)境等，我們一般采用隧道兩端的開切口為施工點，從隧道的兩端同時進行開工。為了保證隧道在貫通的方向和貫通點的的誤差滿足《工程測量規(guī)范》中的精度要求，所以在工程施工前，隧道貫通過程中測量設(shè)計方案及預(yù)計誤差都是相當(dāng)重要的。

此次舉例來說明一下隧道貫通測量的導(dǎo)線設(shè)計和誤差預(yù)計本次的貫通測量地面控制網(wǎng)為四等GPS控制網(wǎng)，采用邊連式的方法進行，最長邊長2360米，最短邊長1300米，平均邊長約1805.83m，隧道高6m，寬13m。儀器的標(biāo)稱精度為±（1+lppm×D）mm。

（1）基線條件精度指標(biāo)

各等級GPS相鄰點間弦長精度用下式表示：

（2）最弱邊相對中誤差為：

2 隧道導(dǎo)線測量方案的設(shè)計

2.1 隧道內(nèi)平面測量

隧道平面測量包括井下施工導(dǎo)線測量、施工控制導(dǎo)線測量。

2.1.1 施工導(dǎo)線測量

隧道貫通測量第一步要布設(shè)導(dǎo)線，確定方向。導(dǎo)線的平均邊長一般為30m，角度觀測中誤差的絕對值≤6”，邊長測距中誤差應(yīng)在≤10mm。

2.1.2 施工控制導(dǎo)線測量

（1）隧道直線施工控制導(dǎo)線點平均邊長200m。

（2）現(xiàn)場一般使用Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)，進行施工控制導(dǎo)線的實際測量，雙測回法，（ + ）-360°<6"，邊長雙向觀測二測回， - <7mm。

（3）在施工控制導(dǎo)線測量前進之前，要對導(dǎo)線前的四個固定點進行檢測測量，如果被檢測的固定點有所變動，那么就要把已有的導(dǎo)線延伸到附近的固定點處來保證導(dǎo)線點的精度。

（4）施工控制導(dǎo)線在隧道貫通前應(yīng)重復(fù)觀測四次，對于重合點的坐標(biāo)值x ，y 與原坐標(biāo)x ，y 滿足x -x <10mm，y -y <10mm時，運用加權(quán)求得的平均值的作為延伸測量過程中的起始數(shù)值。

本次設(shè)計中選用10”的精度進行平面控制，平面測量的起始點位于隧道的中心線上，根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，測量兩次，導(dǎo)線的邊長為200m，測距精度為3mm+2ppm。

2.2 隧道內(nèi)高程測量

隧道內(nèi)高程控制采用I級水準(zhǔn)測量，采用S3水準(zhǔn)儀和木制板尺進行往返觀測，閉合差≤15 mm（R為水準(zhǔn)線路長度，以公里為單位）。

（1）用地面水準(zhǔn)測量方法進行隧道內(nèi)的水準(zhǔn)測量，視線長度一般為15～40m。

（2）水準(zhǔn)基點為隧道兩邊開切點，要求每站觀測兩次，兩次儀器的高度之差≥10cm。所測得的高差之差≤4mm。

（3）隧道內(nèi)施工水準(zhǔn)點每50m/個，隧道內(nèi)施工控制水準(zhǔn)點每100m/個。隧道內(nèi)水準(zhǔn)點和地下導(dǎo)線點可以通用，隧道內(nèi)高程點設(shè)在巷道兩幫穩(wěn)定的巖石中，每隔300～500m/組，每組≥3個。

（4）井下水準(zhǔn)基點的埋設(shè)方式按《冶金礦山測量規(guī)范》要求執(zhí)行。

3 隧道貫通測量的誤差預(yù)計

3.1 誤差參數(shù)的確定

（1）地面采用四等GPS導(dǎo)線網(wǎng)，同等級擴展四等導(dǎo)線，規(guī)范規(guī)定，測角中誤差為2.5"，故取m =±2.5"。

（2）地面量邊相對中誤差，測距精度1mm+1 ppm，平均邊長1.8公里，故取 = 。

（3）井下導(dǎo)線測角中誤差。采用10"級導(dǎo)線，故測角中誤差為m =±10"。

（4）井下導(dǎo)線量邊相對中誤差，測距精度3mm+2ppm，平均邊長100米，故取 = 。

（5）地面水準(zhǔn)測量中誤差。規(guī)程規(guī)定地面四等水準(zhǔn)測量的限差為±20 mm，

（L—為水準(zhǔn)路線長 ）。

（6）井下I級水準(zhǔn)測量誤差為m =± =± =8.47mm。

3.2 貫通相遇點K在x軸重要方向的誤差計算

盡可能選擇不同地面導(dǎo)線，近井點、近井導(dǎo)線、起始邊預(yù)計其誤差對貫通巷道誤差影響，選擇確定優(yōu)化方案。

過 K點以垂直于巷道的方向作為假定坐標(biāo) x 軸方向，求相遇點K在水平重要方向上的誤差，求貫通相遇點K在水平方向x軸上的誤差。

3.2.1 地面測角誤差影響

3.2.2 地面量邊誤差影響

式中m1——導(dǎo)線量邊誤差；l——導(dǎo)線邊長。

3.2.3 井下導(dǎo)線測角誤差影響

式中m ——井下導(dǎo)線測角誤差影響；

R ——井下導(dǎo)線點與K點連線在y軸上的投影長度。

井下導(dǎo)線測量工作獨立進行兩次，故測角誤差的影響為：

3.2.4 井下導(dǎo)線量邊誤差影響

井下導(dǎo)線測量工作獨立進行兩次，故量邊誤差的影響為：

由預(yù)計圖上算得，故 =20784.6

式中l(wèi) ——井下兩條貫通導(dǎo)線在起算點連線在x軸上的投影長度。

3.2.5 各項誤差引起貫通相遇點K在x軸上的總中誤差為：

3.2.6 各項誤差引起K點在x軸上的預(yù)計誤差

取2倍中誤差為預(yù)計誤差，則：

3.3 貫通相遇點K在高程重要方向的誤差計算

3.3.1 地面水準(zhǔn)測量引起的誤差

有關(guān)規(guī)范規(guī)定，可按照四等水準(zhǔn)測量的精度指標(biāo)進行實測井口水準(zhǔn)基點的高程，四等水準(zhǔn)支線往返測的高程平均值的中誤差為：

式中L—水準(zhǔn)路線的單程長度，以公里為單位。

3.3.2 井下水準(zhǔn)測量引起的誤差

井下進行I級水準(zhǔn)， 故：

3.3.3 貫通在高程方向上的預(yù)計中誤差

各項測量工作均獨立進行兩次，故：

3.3.4 貫通在高程方向上的預(yù)計誤差

從上述的結(jié)果可知，水平方向和高程方向上均滿足精度要求，因此所選用的方案和方法可行。

4 結(jié)束語

隧道貫通測量中誤差是不可避免的，所以我們要有具體的數(shù)據(jù)來說明這些，以保證正常的施工。隧道貫通中的導(dǎo)線設(shè)計和誤差預(yù)計這兩項工作是十分重要，我們不能盲目追求速度而造成工程質(zhì)量不過關(guān)、精度不達標(biāo)，也不盲目追求高的精度，而增加測量工作量。尤其對大型隧道的貫通有著十分重要的意義。我們測量人要有認真，負責(zé)的態(tài)度來完成每一項工作，以保證工程質(zhì)量。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]