淺談長(zhǎng)大山嶺隧道施工控制測(cè)量

文平

摘要： 長(zhǎng)大隧道對(duì)控制測(cè)量的要求非常高，尤其是山嶺隧道，受到洞外地形、通視邊較短等條件限制，要求更高;怎樣做好隧道的控制測(cè)量，使隧道順利貫通以及貫通的精度滿足規(guī)范要求，是大家一直關(guān)注的問(wèn)題。本文以成貴客專玉京山隧道為例，談?wù)勊淼朗┕た刂茰y(cè)量。

Abstract： The requirement of control survey in long tunnel is very high， especially in mountain tunnel， which is restricted by the topography outside the tunnel and the short viewing edge. How to do well the control survey of the tunnel and make the tunnel pass through smoothly and the accuracy of the tunnel to meet the standard requirements is a problem that everyone has been paying close attention to all the time. This paper takes the Yujingshan Tunnel of Chengdu-Guiyang as an example to talk about the tunnel construction control measurements.

關(guān)鍵詞： 隧道;控制測(cè)量;貫通

Key words： tunnel;control measurement;through

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）07-0115-06

1 工程概況

玉京山隧道位于新街～威信區(qū)間，進(jìn)口里程D3K277+860，出口里程D1K284+164，全長(zhǎng)6306.208m（出口斷鏈D3K284+152.208=D1K284+150長(zhǎng)鏈2.208m），其中V級(jí)圍巖1656m，Ⅳ級(jí)圍巖1085m，Ⅲ級(jí)圍巖3565m。隧道進(jìn)口接路基，出口緊接扎西1號(hào)大橋。全隧除進(jìn)口段位于半徑為6000m的左偏曲線上外，其余地段均位于直線上，線路設(shè)計(jì)為30‰的單面上坡，隧道最大埋深約340m。隧道穿越巖層主要為泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖、玄武巖及白云巖等，預(yù)測(cè)隧道平常期涌水量為41625m3/d，雨期最大涌水量為82520m3/d。不良地質(zhì)主要有巖溶、煤層瓦斯、斷層破碎帶、高地應(yīng)力及高地溫等，隧道位于巖溶水水平循環(huán)帶以內(nèi)，為高瓦斯隧道。

玉京山隧道于線路前進(jìn)方向右側(cè)35m設(shè)置輔助平導(dǎo)一座，起訖里程為：PDK277+730-PDK280+395，全長(zhǎng)2665m，設(shè)置6個(gè)橫通道;橫洞交于線路DK280+700的位置，橫洞中線與DK280+700的切線方向（小里程）斜交66°，橫洞長(zhǎng)度1460m。

2 洞外控制測(cè)量

2.1 洞外平面控制測(cè)量

玉京山隧道進(jìn)、出口及橫洞都沒(méi)有設(shè)計(jì)院的控制點(diǎn)，洞外CPI復(fù)測(cè)合格后，需在各個(gè)洞口布設(shè)加密點(diǎn)。加密點(diǎn)采用GPS靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量，按照同精度擴(kuò)展，邊聯(lián)式構(gòu)網(wǎng)，形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng)。由于高鐵要求每公里投影變形值不超過(guò)10mm，為了減少邊長(zhǎng)的變形對(duì)隧道貫通的影響，以隧道的平均高程面作為投影面建立了隧道獨(dú)立控制網(wǎng)。玉京山進(jìn)口布設(shè)有JMCPI914、JMCPI915、XJMCPI916三個(gè)加密點(diǎn)，玉京山橫洞洞口布設(shè)有JMCPI917、JMCPI918、XJMCPI919三個(gè)加密點(diǎn)，玉京山隧道出口布設(shè)有JMCPI920、JMCPI921、XCPI166三個(gè)加密點(diǎn)。加密點(diǎn)采用天寶R8和5800測(cè)量，按照高鐵二等靜態(tài)測(cè)量的要求對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)完成后，采用LGO7.0對(duì)基線進(jìn)行處理，采用5.2版本的科傻軟件進(jìn)行平差，內(nèi)業(yè)處理完成后，編制測(cè)量成果報(bào)告。

2.2 洞外高程控制測(cè)量

由于洞口沒(méi)有設(shè)計(jì)院的二等水準(zhǔn)點(diǎn)，洞外二等水準(zhǔn)復(fù)測(cè)合格后，需要在洞口布設(shè)加密點(diǎn)。玉京山進(jìn)口布設(shè)有JMBM966、JMBM967兩個(gè)加密點(diǎn)，玉京山橫洞洞口布設(shè)有JMBM968、JMBM969、JMBM970三個(gè)加密點(diǎn)，玉京山隧道出口布設(shè)有JMBM971、JMBM972、JMBM973三個(gè)加密點(diǎn)。加密點(diǎn)采用天寶Dini03電子水準(zhǔn)儀，按照二等水準(zhǔn)的要求進(jìn)行測(cè)量，閉合差、往返測(cè)不符值滿足要求后，采用科傻軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差，內(nèi)業(yè)處理完成后，編制測(cè)量成果報(bào)告。

3 洞內(nèi)控制測(cè)量

3.1 控制網(wǎng)布設(shè)

針對(duì)本隧道的施工特點(diǎn)，洞內(nèi)平面控制網(wǎng)采用分級(jí)布網(wǎng)：首級(jí)控制網(wǎng)、次級(jí)控制網(wǎng)。

首級(jí)控制網(wǎng)：首級(jí)控制網(wǎng)是為建立高精度的控制網(wǎng)，確保全隧道施工精度和貫通精度的關(guān)鍵，布設(shè)成雙導(dǎo)線閉合環(huán)圖形，邊長(zhǎng)為250-400m。

次級(jí)控制網(wǎng)（施工控制網(wǎng)）：次級(jí)控制網(wǎng)是在首級(jí)控制網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè)加密導(dǎo)線，用以指導(dǎo)隧道的施工放樣，邊長(zhǎng)為100-150m。endprint

3.1.1 首級(jí)控制網(wǎng)

正洞：洞外GPS控制網(wǎng)已知邊作為起算邊，分別從進(jìn)口向大里程和明挖段向兩端布設(shè)閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)。

平導(dǎo)：洞外GPS控制網(wǎng)已知邊作為起算邊，從平導(dǎo)洞口向大里程延伸，布設(shè)閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)。經(jīng)橫通道進(jìn)入正線的，采取投點(diǎn)的方式進(jìn)入正洞，與正洞貫通后，以正洞導(dǎo)線網(wǎng)延伸為準(zhǔn)。

橫洞：洞外GPS控制網(wǎng)已知邊作為起算邊從橫洞洞口進(jìn)入，布設(shè)成閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)。

首級(jí)控制網(wǎng)布設(shè)形式如圖1、圖2所示。

3.1.2 次級(jí)控制網(wǎng)

次級(jí)控制網(wǎng)布設(shè)于首級(jí)控制點(diǎn)之間，對(duì)首級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行加密或內(nèi)插;邊長(zhǎng)100-150m，延伸次級(jí)網(wǎng)閉合成環(huán)，形成檢核條件。其布設(shè)形如圖3所示。

3.1.3 高程控制網(wǎng)

通過(guò)洞外復(fù)測(cè)與加密工作，把高程點(diǎn)引至洞口，洞內(nèi)高程控制網(wǎng)采用二等水準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，點(diǎn)位與平面控制導(dǎo)線點(diǎn)共用，采用附和水準(zhǔn)路線向前延伸，形成附合水準(zhǔn)線路。

洞內(nèi)高程向前延伸時(shí)，必須聯(lián)測(cè)兩個(gè)以上水準(zhǔn)控制樁點(diǎn)，其差值在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，方可向前引測(cè)，洞內(nèi)外水準(zhǔn)控制點(diǎn)要定期進(jìn)行聯(lián)測(cè)，確保點(diǎn)位未發(fā)生位移及沉降。

3.2 控制點(diǎn)的埋設(shè)

控制點(diǎn)埋設(shè)時(shí)，在確保視線清晰的條件下，應(yīng)盡量將導(dǎo)線邊長(zhǎng)延長(zhǎng)，以減少洞內(nèi)測(cè)站數(shù)，削弱誤差的積累;導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)沿中線附近布設(shè)，以削弱旁折光對(duì)水平角測(cè)量精度的影響;導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)成對(duì)埋設(shè)，埋設(shè)時(shí)成對(duì)的兩個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)在里程方向前后錯(cuò)開(kāi)5-10m，左右錯(cuò)開(kāi)1m，以便于觀測(cè)和防止導(dǎo)線點(diǎn)在使用過(guò)程產(chǎn)生混淆;導(dǎo)線點(diǎn)的埋設(shè)位置應(yīng)在隧道邊墻上用紅噴漆進(jìn)行標(biāo)記，并注明距邊墻的距離，做好記錄，以便于尋找。洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)的埋石頂面應(yīng)比仰拱填充面低10-20cm，采用PVC管套住，以免施工中遭受破壞。

3.3 洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量

3.3.1 洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)的編號(hào)原則

導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)時(shí)應(yīng)前后錯(cuò)開(kāi)，為避免導(dǎo)線點(diǎn)編號(hào)重復(fù)，編號(hào)如下：

玉京山隧道進(jìn)口：YJ01Z、YJ01Y、YJ02Z、YJ02Y…，玉京山隧道進(jìn)口平導(dǎo)：YJP01Z、YJP01Y、 YJP02Z 、YJP02Y…，玉京山隧道出口：YC01Z、YC01Y、YC02Z、YC02Y…，玉京山隧道橫洞：YH01Z、YH01Y YH02Z、YH01Y…。字母“Z、Y”區(qū)別一對(duì)點(diǎn)的左右，如導(dǎo)線點(diǎn)遭到破壞，第一次補(bǔ)設(shè)的導(dǎo)線點(diǎn)在點(diǎn)名后增加字母A，如補(bǔ)設(shè)點(diǎn)繼續(xù)被破壞在點(diǎn)名后再冠以字母B，依次類推。

3.3.2 測(cè)量?jī)x器要求

鑒于洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量環(huán)境差、施工干擾大、占用時(shí)間長(zhǎng)而精度要求高的特點(diǎn)，洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量采用高精度、穩(wěn)定性好的全站儀進(jìn)行導(dǎo)線網(wǎng)的觀測(cè)，全站儀標(biāo)稱測(cè)角精度不應(yīng)低于±1″，測(cè)距標(biāo)稱測(cè)角精度不應(yīng)低于1mm+1ppm。

3.3.3 導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求

洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)角的基本方法是方向觀測(cè)法。方向觀測(cè)法的測(cè)回?cái)?shù)，應(yīng)符合《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》TB10601-2009的規(guī)定，距離測(cè)量時(shí)要注意進(jìn)行氣象改正、加乘常數(shù)改正，內(nèi)業(yè)處理時(shí)，還要進(jìn)行高程歸化、高斯投影改正。

3.3.4 導(dǎo)線平差計(jì)算

外業(yè)觀測(cè)完成后，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，并進(jìn)行兩化改正，準(zhǔn)備好平差文件，采用2套以上并經(jīng)過(guò)認(rèn)證的軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算，直接生成各種報(bào)表，裝訂成冊(cè)，報(bào)審后存檔。

3.3.5 導(dǎo)線測(cè)量的注意要點(diǎn)

①洞內(nèi)測(cè)量是在施工條件下進(jìn)行的，因此防水排水、通風(fēng)排煙和照明等因素對(duì)測(cè)量的影響十分重要，在測(cè)量時(shí)確保無(wú)水霧、無(wú)灰塵、無(wú)光線影響。

②洞內(nèi)導(dǎo)線宜布設(shè)成多邊形導(dǎo)線環(huán)，導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在施工干擾小、穩(wěn)固可靠的地方，點(diǎn)間視線應(yīng)離開(kāi)洞內(nèi)設(shè)施0.2m以上，洞內(nèi)高程控制點(diǎn)應(yīng)每隔200-500m設(shè)置一對(duì)。

③儀器進(jìn)洞后為適應(yīng)洞內(nèi)的溫度和濕度必須晾露30分鐘后才能正常使用，并應(yīng)擦干儀器和棱鏡鏡面的水氣后才宜觀測(cè)。

④受場(chǎng)地和觀測(cè)條件限制，導(dǎo)線邊長(zhǎng)一般不可能較長(zhǎng)，有時(shí)難免采用短邊和特殊短邊。平導(dǎo)轉(zhuǎn)正洞或正洞轉(zhuǎn)平導(dǎo)，橫洞內(nèi)導(dǎo)線邊長(zhǎng)非常短，可采用三聯(lián)腳架法測(cè)量或埋設(shè)強(qiáng)制對(duì)中裝置，一旦有條件時(shí)，須及時(shí)改善短邊條件并加以補(bǔ)測(cè)，以避免方位誤差過(guò)大的影響。

⑤導(dǎo)線需聯(lián)測(cè)必要的施工中線點(diǎn)，以利于及時(shí)檢查和定正中線。

⑥由于諸多施工因素影響，在利用已測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)引伸前，必須先檢測(cè)判明已知點(diǎn)是否發(fā)生位移，平面控制點(diǎn)角度、邊長(zhǎng)檢測(cè)較差的限差按下式計(jì)算：

⑦洞口投點(diǎn)通常距貫通點(diǎn)最遠(yuǎn)，因此測(cè)角誤差對(duì)貫通的影響最大;同時(shí)，投點(diǎn)又是由洞外引向洞內(nèi)的測(cè)角站，由于測(cè)角條件的諸多不利因素，為使洞口投點(diǎn)測(cè)角獲得較好成果，觀測(cè)時(shí)間宜選在夜間較穩(wěn)定后進(jìn)行;夜間觀測(cè)有困難時(shí)，可選擇氣象穩(wěn)定的陰天觀測(cè)。進(jìn)洞后第一對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)向投點(diǎn)觀測(cè)時(shí)，也宜在相同的條件下進(jìn)行。

⑧儀器、目標(biāo)多次置中，因?yàn)槎磧?nèi)導(dǎo)線邊長(zhǎng)較短，儀器和目標(biāo)的對(duì)中誤差對(duì)水平角觀測(cè)的影響較大。為減少此項(xiàng)誤差影響，導(dǎo)線測(cè)角可采用在測(cè)回間將儀器和覘標(biāo)多次重新置中的方法，或者采用三聯(lián)腳架法。

⑨在觀測(cè)時(shí)，應(yīng)在所有觀測(cè)方向中選擇一個(gè)通視良好、成像清晰、豎直角較小和距離適中的方向作為零方向。當(dāng)方向數(shù)較多，需分組觀測(cè)時(shí)，或觀測(cè)中遇某些方向目標(biāo)暫時(shí)不清晰而分組觀測(cè)時(shí)，應(yīng)采用同一零方向。endprint

3.4 洞內(nèi)高程測(cè)量

3.4.1 測(cè)量?jī)x器要求

洞內(nèi)高程點(diǎn)延伸應(yīng)采用天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。

3.4.2 測(cè)量技術(shù)要求

3.4.3 高程平差計(jì)算

外業(yè)觀測(cè)完成后，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分離、統(tǒng)計(jì)，生成平差文件，采用2套以上并經(jīng)過(guò)認(rèn)證的軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算，直接生成各種報(bào)表，裝訂成冊(cè)，報(bào)審后存檔。

4 隧道貫通預(yù)計(jì)

4.1 洞外橫向貫通誤差

玉京山隧道全長(zhǎng)6306.208m，按照《高速鐵路測(cè)量規(guī)范》（TB10601-2009）要求，需要對(duì)其進(jìn)行貫通預(yù)計(jì)，玉京山進(jìn)口與玉京山平導(dǎo)進(jìn)口施工的貫通面位于DK278+530，橫洞與玉京山平導(dǎo)進(jìn)口施工的貫通面位于DK280+415，橫洞與玉京山明挖段施工的貫通面位于DK282+625。按照《高速鐵路測(cè)量規(guī)范》的規(guī)定，玉京山進(jìn)口與玉京山平導(dǎo)進(jìn)口、橫洞與玉京山平導(dǎo)進(jìn)口以及橫洞與明挖段，洞外橫向貫通中誤差為40mm，洞外高程貫通中誤差為18mm，洞內(nèi)橫向貫通中誤差為50mm，洞內(nèi)高程貫通中誤差為17mm，洞內(nèi)外綜合貫通中誤差為65mm，貫通限差130mm，洞內(nèi)外綜合高程貫通中誤差為25mm，貫通限差50mm。

由洞外GPS控制測(cè)量產(chǎn)生的橫向貫通誤差采用武漢大學(xué)《COSAGPS后處理軟件》中的貫通誤差影響值計(jì)算功能進(jìn)行隧道貫通誤差計(jì)算。

隧道洞內(nèi)平面控制測(cè)量采用隧道二等導(dǎo)線測(cè)量，導(dǎo)線測(cè)角中誤差mβ=±1.3″，邊長(zhǎng)精度1/100000。由于隧道較長(zhǎng)，為防止進(jìn)行洞內(nèi)導(dǎo)線引測(cè)時(shí)出現(xiàn)粗差，減小隧道的貫通誤差，現(xiàn)設(shè)計(jì)洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)為雙導(dǎo)線，邊長(zhǎng)約為250m，進(jìn)行洞內(nèi)橫向貫通中誤差預(yù)計(jì)。

①玉京山進(jìn)口與玉京山進(jìn)口平導(dǎo)洞外GPS控制測(cè)量對(duì)橫向貫通誤差的影響計(jì)算。

采用武漢大學(xué)《COSAGPS后處理軟件》中的貫通誤差影響值計(jì)算功能進(jìn)行隧道貫通誤差計(jì)算，玉京山隧道進(jìn)口進(jìn)洞點(diǎn)為XJMCPI916，定向點(diǎn)為JMCPI914;平導(dǎo)進(jìn)洞點(diǎn)為JMCPI915，定向點(diǎn)為JMCPI914;貫通里程為DK278+530，其坐標(biāo)為X=3088441.005，Y=480418.439，切線方向?yàn)?99°17′19″。計(jì)算得隧道橫向貫通誤差m外=±0.8mm<

±40mm。

②玉京山進(jìn)口平導(dǎo)至玉京山橫洞洞外GPS控制測(cè)量對(duì)橫向貫通誤差的影響計(jì)算。

采用武漢大學(xué)《COSAGPS后處理軟件》中的貫通誤差影響值計(jì)算功能進(jìn)行隧道貫通誤差計(jì)算，玉京山隧道進(jìn)口平導(dǎo)進(jìn)洞點(diǎn)為JMCPI915，定向點(diǎn)為JMCPI914;橫洞進(jìn)洞點(diǎn)為JMCPI918，定向點(diǎn)為JMCPI917;貫通里程為DK280+415，其坐標(biāo)為X=3086593.933，Y=480083.146，切線方向?yàn)?81°17′18.5″。計(jì)算得隧道橫向貫通誤差m外=±4.3mm<

±40mm。

③玉京山出口明挖段至玉京山橫洞洞外GPS控制測(cè)量對(duì)橫向貫通誤差的影響計(jì)算。

采用武漢大學(xué)《COSAGPS后處理軟件》中的貫通誤差影響值計(jì)算功能進(jìn)行隧道貫通誤差計(jì)算，玉京山隧道明挖段進(jìn)洞點(diǎn)為XCPI166，定向點(diǎn)為JMCPI920;橫洞進(jìn)洞點(diǎn)為JMCPI918，定向點(diǎn)為JMCPI917;貫通里程為DK282+625，其坐標(biāo)為X= 3084433.710，Y= 480281.483，切線方向?yàn)?73°19′26.8″。計(jì)算得隧道橫向貫通誤差m外=±4.9mm<

±40mm。

4.2 洞外高程貫通中誤差

4.3 洞內(nèi)橫向貫通中誤差

隧道二等：測(cè)角中誤差為±1.3″，洞內(nèi)導(dǎo)線邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為： 1/100000。

4.4 洞內(nèi)高程貫通誤差

4.6 洞內(nèi)外高程貫通誤差

5 隧道貫通測(cè)量

由于玉京山隧道橫洞貴陽(yáng)方向至玉京山隧道明挖段已貫通，對(duì)實(shí)際貫通誤差進(jìn)行了測(cè)定。

實(shí)際貫通面樁號(hào)為K281+924.355，在貫通面上設(shè)置E點(diǎn)，并架設(shè)基座及棱鏡，由玉京山隧道橫洞洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)5H17Y和5H20Z按照隧道二等導(dǎo)線要求測(cè)量并計(jì)算出E點(diǎn)坐標(biāo)，詳見(jiàn)表11。

玉京山隧道出口明挖段由洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)5C08Y和5C09Y按照二等導(dǎo)線要求測(cè)量并計(jì)算出E點(diǎn)坐標(biāo)，詳見(jiàn)表12。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于長(zhǎng)大隧道來(lái)說(shuō)，控制測(cè)量的好壞直接影響到施工測(cè)量的精度，提前做好隧道貫通預(yù)計(jì)，做到心中有數(shù)，隧道準(zhǔn)確貫通將成功一大半。每次洞內(nèi)導(dǎo)線延伸時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)認(rèn)真按照規(guī)范的要求進(jìn)行測(cè)量，嚴(yán)格控制好各項(xiàng)限差指標(biāo)，為后續(xù)隧道的準(zhǔn)確貫通提供條件。

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