地鐵隧道加測陀螺邊最佳位置估算方案

張宇冉

(天津市勘察院，天津 300191)

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地鐵隧道加測陀螺邊最佳位置估算方案

張宇冉*

(天津市勘察院，天津 300191)

受地鐵隧道特定環(huán)境的限制，地下控制測量一般采用導線測量方式，其橫向貫通誤差最難控制。為了確保貫通測量的質(zhì)量，可以適當加測陀螺方位，而加測陀螺方位的最佳位置就涉及設(shè)計問題。利用嚴密函數(shù)式可以計算導線端點的點位誤差以及計算加測若干條陀螺方位的導線終點誤差，進而推導出陀螺方位的最佳位置，但這種方法比較復雜，計算工作量大、且十分繁瑣。利用以計算機仿真計算為主的現(xiàn)代控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計可以快速、有效解決上述問題。

隧道；控制測量；陀螺方位；貫通誤差

1 引 言

隧道控制測量的主要工作是貫通測量，陀螺全站儀在其中發(fā)揮著不可替代的作用。陀螺全站儀是一種將陀螺儀和全站儀集成于一體的測量儀器，具有不受時間和環(huán)境制約的優(yōu)點，同時能夠獨立測定真北方向，觀測簡單，定向時間短，效率高，而且能保證較高的定向精度[1，3]。由于陀螺儀屬于精密儀器，頻繁使用會對儀器產(chǎn)生不必要的耗損[4]。對加測陀螺方位的隧道控制測量方案進行優(yōu)化設(shè)計，不但可以減少儀器成本，而且可以提高貫通精度[2]。本文基于模擬仿真計算，對加測若干條不同位置陀螺邊的導線精度進行精度估計。

2 設(shè)計原理

將陀螺邊設(shè)置在導線的第1、2、3…、n條邊上，共有n種位置組合方式，經(jīng)嚴密平差處理，分別計算出加測陀螺邊后的導線終點的點位誤差，取點位誤差最小的陀螺邊位置作為設(shè)置一條陀螺邊最佳位置的結(jié)果。

3 算例分析

為仿真測試地下導線加測陀螺邊的最佳位置，選取直線和曲線總轉(zhuǎn)角為60°、120°的等邊等角導線(如圖1所示)，模擬地下導線。

圖1 曲導線示意圖

取導線邊距離150m；為使結(jié)果更精確，取40個導線角，同時有40條導線邊。取一般地鐵地下精密導線測量精度參數(shù)，即方向觀測中誤差m=1.8″(測角精度2.5″)，測距精度 2 mm+2 ppm。陀螺邊精度為4″，作為帶誤差的觀測值參與平差。導線平差處理后，使用先驗精度評定導線點的點位誤差[1]。在不顧及其他因素的情況下，加測陀螺邊后使得導線終點在貫通面上的橫向誤差My最小的陀螺邊位置為最佳位置。通過設(shè)計軟件(如圖2所示)，排列組合陀螺邊在全導線中的位置，計算出導線終點的點位誤差。

圖2 模擬軟件界面

計算結(jié)果如表1、表2、圖3所示：

加測若干陀螺邊后導線終點誤差 表1

圖3 加測若干陀螺邊后導線終點誤差

加測若干條陀螺邊最佳位置組合 表2

4 結(jié) 論

(1)在導線理論最佳位置加測1條陀螺邊后，導線終點的點位橫向誤差可降低約57%～64%，加測2條則可降低達70%～75%，加測3條則可降低達75%～80%。

(2)理論上，為使平差后導線端點橫向誤差最小，加測1條陀螺邊的最佳位置在整個導線長度的約70%～83%處；加測2條陀螺邊的最佳位置分別在導線的45%～65%和83%～90%處；加測3條陀螺邊時，三條陀螺邊的最佳位置為：第一條位于整個導線的35%～60%處，第二條位于63%～78%處，第三條位于88%～93%處。

(3)高精度導線測量中，陀螺方位也含有誤差，控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理時宜作為觀測值參與平差。

(4)實際上，地下導線加測陀螺邊的最佳位置，需要合理搭配導線測角精度和陀螺方位測量精度，測角精度越高，陀螺方位的精度越高，越滿足平差處理后導線終點的橫向在允許范圍內(nèi)等要求。對于城市地鐵的地下導線，可加測精度為3″～4″的陀螺邊，只加測一條情況下，位置大致可選在整個地下導線的0.7倍處。

[1] 張正祿. 工程測量學[M]. 湖北武漢：武漢大學出版社，2013.

[2] 張正祿，張松林，伍志剛等. 20-50km超長隧道(洞)橫向貫通誤差允許值研究[J]. 測繪學報，2004(1)：83～88.

[3] 鄭文華，魏蜂遠，古長東等. 地下工程測量[M]. 北京市朝陽區(qū)：煤炭工業(yè)出版社，2007.

[4] 黎明. 陀螺全站儀性能及定向應(yīng)用研究[D]. 河南鄭州：解放軍信息工程大學，2008.

[5] 王衛(wèi). GAT陀螺全站儀誤差分析與貫通測量模擬系統(tǒng)設(shè)計研究[D]. 西安：長安大學，2011.

[6] 龔云，楊志強，石震. GAT磁懸浮陀螺全站儀在礦山測量中的應(yīng)用[J]. 測繪科學，2012，37：185～187.

[7] 石震，楊志強，田永瑞等. 基于高精度基準數(shù)據(jù)網(wǎng)的陀螺全站儀尋北精度及穩(wěn)定性評價方法[J]. 測繪通報，2012(1)：91～95.

[8] 于力. 礦山測量中貫通位置的選擇影響貫通誤差的分析[J]. 黑龍江科技信息，2011(30)：8～10.

[9] 杜寧，王莉. 導線測量對貫通影響的誤差預計新公式[J]. 礦山測量，1999(4)：5～8.

[10] 魏成，花向紅，唐琨等. 地下導線測量對隧道橫向貫通誤差影響研究[J]. 測繪地理信息，2013(1)：12～14.

[11] Zhang Zhenglu，Zhang，Songlin，Zhang Jun. Research on the especially high accuracy construction network of hydropower stations[J].Dam and Safety，2000(5)：13～15.

Optimal Position Estimation Scheme for the Gyro Measurement of the Subway Tunnel

Zhang Yuran

(Tianjin Institute of Geotech Investigation & Surveying，Tianjin 300191，China)

Restricted subway tunnel specific environment，Control measurements are generally only use underground wire measurement，laterally through are the most difficult to control. To ensure the quality through measurement can be appropriately GYRO orientation，The best place to GYRO orientation involves design problems. The point position error of the traverse point can be calculated by using the close function formula，and the end point error of the Gyro traverse is calculated and measured，Then the optimal position of gyro azimuth is derived，But this method is more complicated，and the calculation is very heavy and complicated. The optimization design of the modern control network based on the computer simulation can solve the above problems quickly and effectively.

subway tunnel；control measure；azimuth；through error

1672-8262(2016)05-145-03

P258

B

2016—04—05

張宇冉(1991—)，男，助理工程師，主要從事城市勘測技術(shù)工作。