淺談隧道控制測量設(shè)計與貫通精度估算

宋寶民 萬冠軍

1.廣西安全工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，中國·廣西 南寧 530000

2.北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，中國·北京 100000

隧道控制；測量設(shè)計；貫通精度估算

1 引言

隧道測量貫穿于隧道工程的整個建設(shè)階段，例如，隧道工程的規(guī)劃階段、隧道工程的勘測設(shè)計階段、隧道工程的施工建造階段以及隧道工程的運(yùn)營管理階段。只有嚴(yán)格隧道控制網(wǎng)的精度要求，注意隧道施工階段的控制測量精度，才能為隧道工程的施工建設(shè)提供有效的指導(dǎo)，進(jìn)而保證隧道的順利貫通，確保相應(yīng)構(gòu)筑物位置的正確性。

2 隧道控制測量設(shè)計的原理分析

無論是隧道貫通精度，還是隧道施工，對于隧道控制測量的精度要求都非?？量?。只有保證隧道控制測量的精度，才能夠?yàn)樗淼拦こ痰捻樌┕ぬ峁┍Ｕ?。也就是說，在完成隧道內(nèi)部控制的測量設(shè)計工作之后，還需要對該測量結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的精度估算，確保隧道開挖之后可以在相應(yīng)的精度誤差范圍內(nèi)順利的貫通。而要想對控制測量提供保證，必須要做好以下兩方面。

2.1 隧道內(nèi)平面控制測量設(shè)計

在隧道工程的施工建設(shè)過程中，在導(dǎo)線設(shè)計環(huán)節(jié)，必須要以洞內(nèi)的設(shè)計貫穿精度要求、掘進(jìn)長度要求等為基礎(chǔ)進(jìn)行可能存在誤差值的計算，進(jìn)而明確導(dǎo)線施測等級。之后再根據(jù)導(dǎo)線施測等級進(jìn)行測量設(shè)備以及測量方案的科學(xué)選擇，加強(qiáng)成本控制。而當(dāng)測量方案確定之后，還需要結(jié)合設(shè)計圖紙，根據(jù)隧道內(nèi)的實(shí)際施工條件，進(jìn)行隧道貫通面位圖的繪制，并給出挖掘平面圖，這樣可以保證測量方案的具體性以及形象性[1]。

而隧道內(nèi)的實(shí)際情況對于測量結(jié)果的影響非常大。例如，施工就會對實(shí)際的觀測結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，如果隧道內(nèi)的施工環(huán)境欠佳，沒有良好的可視度，邊長的長度也不足，那么還必須要進(jìn)行兩次找準(zhǔn)來降低施工環(huán)境的影響。而且，如果測角正好位于煙塵位置或者通風(fēng)位置，對于正常的觀測，也會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。另外，在選擇導(dǎo)線的時候，要優(yōu)先選擇長邊導(dǎo)線。然后再結(jié)合整體的貫通精度要求，充分考慮隧道外導(dǎo)線的影響，明確貫通精度控制測量精度，選定具體的測量方法。針對洞口的投點(diǎn)，因其是保證定內(nèi)外聯(lián)系的關(guān)鍵點(diǎn)位，所以必須要進(jìn)行反復(fù)的核準(zhǔn)、校對[2]。

而支導(dǎo)線的終點(diǎn)就是其精度最弱的地方，而導(dǎo)線邊長以及測角的誤差過大，還會使橫向貫通出現(xiàn)較大的誤差，并對隧洞的貫通精度產(chǎn)生不可忽視的影響。根據(jù)測角、側(cè)邊以及誤差傳播定律，可以深入的分析橫向貫通中產(chǎn)生的誤差。具體的誤差myβ如下：

其中，myβ表示導(dǎo)線測角中誤差；表示觀測角度的導(dǎo)線點(diǎn)到貫通面的垂直距離平方的綜合。

如果用mys表示導(dǎo)線側(cè)邊誤差所引起的橫向貫通中誤差，那么

其中，mys表示導(dǎo)線邊長相對中誤差；表示各個導(dǎo)線變在貫通面上投影長度平方的總和。

如果用my表示貫通面上導(dǎo)線測量誤差產(chǎn)生的橫向貫通中誤差，那么可以用以下公式進(jìn)行隧洞工程橫向貫通中誤差的估算。

2.2 隧道高程控制測量設(shè)計

在隧道工程的施工建設(shè)過程中，隧道洞口高程測量精度會對豎向貫通中誤差產(chǎn)生直接的影響。然后再以三角高層測量與水準(zhǔn)測量誤差引起的豎向貫通誤差為基礎(chǔ)，進(jìn)行高程控制測量等級的明確。

在明確了水準(zhǔn)路線方案之后，就可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行高層控制測量等級的確定，進(jìn)而挑選出最佳的測量方案。只有明確了測量方案，才能夠按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)高效的開展測量。如果目標(biāo)隧洞的距離小于8km，且配置了專用首級控制網(wǎng)，那么施工單位就可以直接通過首級控制網(wǎng)一等級的技術(shù)展開相應(yīng)的測量設(shè)計工作，而不用后期單獨(dú)進(jìn)行測量設(shè)計。另外，還可以使用的使用陀螺經(jīng)緯儀來進(jìn)行方位角的測量，因?yàn)橥勇萁?jīng)緯儀可以對誤差進(jìn)行檢測，將誤差控制在合理范圍內(nèi)。除了控制測量誤差之外，保證導(dǎo)線路線方案設(shè)計具有較高的可行性，并對測量環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，就可以最大限度地提升貫通精度[3]。

3 隧道控制測量精度的估算

在隧道內(nèi)部的施工過程中，施工條件比較惡劣，同時，又因?yàn)橥ㄒ暿┕ぷ鳂I(yè)的影響，即便是測量完導(dǎo)線設(shè)計等級，也很難按照提前設(shè)計好的線路進(jìn)行實(shí)施。在這種情況下，就必須要結(jié)合施工現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)，估算導(dǎo)線精度。但是針對隧道高程控制測量精度，就必須要借助相應(yīng)的公式[4]。

4 隧道控制測量精度的有效提升對策

為了將測量估算誤差縮小在允許范圍內(nèi)，為隧道工程的正常施工建設(shè)提供方便，必須要對隧道洞內(nèi)控制測量的精度進(jìn)行有效的提升。而要想提升隧道洞內(nèi)控制測量的精度，建議從以下幾方面入手。

第一，當(dāng)正式隧道開挖施工之后，需要將基本導(dǎo)線點(diǎn)設(shè)置到一定長度的點(diǎn)上，同時還要將專門對開挖作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)的臨時點(diǎn)設(shè)置數(shù)量控制在3 個以內(nèi)。需要注意的是，必須要時刻關(guān)注導(dǎo)線點(diǎn)是否符合相關(guān)要求，確保洞室達(dá)到相關(guān)要求。

第二，如果隧道貫通面相對較多，還需要對全部貫通后軸線的狀態(tài)進(jìn)行分析、對兩條方向相對挖掘的導(dǎo)線進(jìn)行附合，然后再以此為基礎(chǔ)，對貫通實(shí)施平差操作，也可以對貫通實(shí)施誤差分配。只有這樣，才能夠保證隧洞內(nèi)混凝土襯砌形體附合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

第三，一般情況下，隧洞的掘進(jìn)，需要分階段進(jìn)行。所以每當(dāng)隧洞掘進(jìn)到一定長度、或者到達(dá)一定階段，就需要對導(dǎo)線進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的檢測，并對其精度進(jìn)行估算。如果因?yàn)橐恍┎豢煽沽Φ囊蛩?，不得不對原有的設(shè)計路線方案進(jìn)行調(diào)整，也必須要重點(diǎn)進(jìn)行其精度的估算，并在后期的隧洞掘進(jìn)過程中加強(qiáng)誤差的控制，防止誤差超出允許范圍而對隧洞的質(zhì)量產(chǎn)生影響。

第四，針對洞內(nèi)的控制測量，必須要明確其控制測量等級，然后按照相應(yīng)的控制測量等級技術(shù)要求實(shí)施洞內(nèi)控制測量。需要注意的是，要加強(qiáng)現(xiàn)場實(shí)際情況的分析，優(yōu)先使用三聯(lián)腳架法。倘若對中出現(xiàn)了明顯的偏離，且各個基座和儀器、棱鏡之間產(chǎn)生了隙動、起泡偏離的問題，就必須要采取進(jìn)一步的檢查措施，明確導(dǎo)致這些問題的根本原因，并針對性的采取修理措施或者校正方法。

第五，如果使用三角高程測量，就必須要按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求來展開測量。如果三角高程等級在三等以上，那么就必須要先對其精度進(jìn)行提升，再進(jìn)行測量。例如，可以對對中精度進(jìn)行調(diào)整，或者采取隔點(diǎn)設(shè)站法。

第六，在布設(shè)導(dǎo)線的時候，等邊直伸型是好的選擇，且優(yōu)先選擇長邊導(dǎo)線。

第七，計算邊長投影，并依此為基礎(chǔ)進(jìn)行各點(diǎn)平面坐標(biāo)的確定[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，隧洞工程的施工建設(shè)具有一定的特殊性、復(fù)雜性以及長期性，所以要想保證隧洞工程的正常施工進(jìn)度以及施工質(zhì)量，就必須要提高其施工技術(shù)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)整個施工過程的管理與控制。另外，施工現(xiàn)場的所有施工人員還需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的施工操作規(guī)范以及現(xiàn)場施工管理制度對整個施工過程中的各個細(xì)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)督與管理，只有這樣，才能夠保證貫通精度符合相關(guān)要求，保證整個隧洞的順利貫通。