探究路橋隧道施工獨(dú)立控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)

王 茜

（廣西交通技師學(xué)院， 廣西 南寧 530000）

1 工程概況

某路橋隧道工程，建設(shè)區(qū)域位于山區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)以丘陵地形居多，缺少開(kāi)闊地，擬采用雙端同步掘進(jìn)的方法，單端掘進(jìn)長(zhǎng)度分別為3126m和3404m，兩端協(xié)同作業(yè)，高效施工。在公路旁取GPS12-3-1點(diǎn)，與控制點(diǎn)相距3m處設(shè)置防火觀測(cè)亭，由于該裝置的存在，易遮擋正常測(cè)量路徑。GPS12-5-1點(diǎn)主要發(fā)揮出控制作用，在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)辟出一塊邊長(zhǎng)為20m的方形空地，周邊的樹(shù)木高度普遍達(dá)到20～30。GPS12-7點(diǎn)周邊的遮擋情況較為明顯，具有三面環(huán)山的特點(diǎn)，點(diǎn)位周邊存在森林防火觀測(cè)亭（兩者間距在2m內(nèi)），高度3m，天窗呈半側(cè)開(kāi)闊的空間特點(diǎn)。此外，GPS12-7點(diǎn)、GPS12-8點(diǎn)不具備相互通視的條件。

2 測(cè)量人員及測(cè)量?jī)x器的配置

2.1 測(cè)量人員

測(cè)量是一項(xiàng)專業(yè)化、精細(xì)化的工作，專業(yè)人員起到支撐作用，因此需根據(jù)測(cè)量需求組建綜合水平較高的測(cè)量隊(duì)伍，發(fā)揮出人才的力量。以實(shí)際測(cè)量條件為立足點(diǎn)，制定切實(shí)可行的測(cè)量方案，展開(kāi)可行性論證，通過(guò)后則將其作為正式測(cè)量工作的指導(dǎo)[1]。此外，將技術(shù)交底工作落實(shí)到位，強(qiáng)化測(cè)量人員的工作意識(shí)，提高專業(yè)水平，使其準(zhǔn)確掌握工作要點(diǎn)，以規(guī)范化的方式開(kāi)展各項(xiàng)測(cè)量工作。

2.2 測(cè)量?jī)x器

以高精度、高穩(wěn)定性的儀器為宜，測(cè)量前檢查儀器，在無(wú)異常狀況后方可投入使用；測(cè)量期間若存在異常現(xiàn)象，則需暫停測(cè)量，由技術(shù)人員分析成因，采取針對(duì)性的處理措施，在滿足要求后方可恢復(fù)測(cè)量。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，儀器的精度、穩(wěn)定性等方面的性能均會(huì)受到影響，因此需提前制定檢修計(jì)劃，定期做好檢修工作，從源頭上杜絕質(zhì)量問(wèn)題，確保儀器可始終維持良好運(yùn)行的狀態(tài)，為測(cè)量工作的開(kāi)展提供可靠的硬件支持。

3 GPS獨(dú)立控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

3.1 控制點(diǎn)的布設(shè)

一方面，坐標(biāo)需具有一致性，在此前提下，可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)與GPS控制點(diǎn)坐標(biāo)體系的協(xié)調(diào)性，后續(xù)可更為便捷地計(jì)算放樣數(shù)據(jù)。另一方面，合理布設(shè)控制點(diǎn)，直線隧道的中心線以及曲線隧道的各曲線處所設(shè)置的控制點(diǎn)數(shù)量均要達(dá)到2個(gè)以上，并在進(jìn)洞處設(shè)置2個(gè)或更多的控制點(diǎn)，各點(diǎn)之間形成通視的關(guān)系，以免干擾正常測(cè)量工作。

3.2 確保選擇控制點(diǎn)的合理性

以施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況為準(zhǔn)，合理選擇控制點(diǎn)，需兼顧周邊建筑物分布情況（密度、高度等）、結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料堆放要求等，經(jīng)過(guò)多方面的綜合考慮后，確定合適的控制點(diǎn)。以材料的堆放區(qū)域?yàn)槔?，要求其便于開(kāi)展測(cè)量工作，且全程均不會(huì)受到外界因素的影響或是僅存在微弱的影響（可以忽略），確保材料的質(zhì)量、數(shù)量均可滿足要求[2]。小三角控制網(wǎng)的控制點(diǎn)應(yīng)具有視線良好、地質(zhì)條件穩(wěn)定的特點(diǎn)，并在各控制點(diǎn)周邊采取防護(hù)措施，最大限度減小外部因素對(duì)其的破壞。測(cè)量?jī)x器的配置方面，采用3臺(tái)GPS設(shè)備，聯(lián)合作業(yè)，形成完整的GPS控制網(wǎng)，各設(shè)備均采用靜態(tài)法，按照規(guī)范分7個(gè)時(shí)段分別組織觀測(cè)工作。測(cè)量期間將產(chǎn)生豐富的數(shù)據(jù)，利用專業(yè)平差軟件接收該部分?jǐn)?shù)據(jù)，根據(jù)需求對(duì)數(shù)據(jù)加以處理，生成測(cè)量報(bào)告，向工作人員直觀地呈現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)情況。

3.3 實(shí)施地上控制測(cè)量

導(dǎo)線布設(shè)為基礎(chǔ)工作，宜在隧道入口處設(shè)置成四邊形，以YWS08與09、HC196三個(gè)點(diǎn)為基礎(chǔ)，結(jié)合新增的A004四個(gè)點(diǎn)，則可以形成三角形和四邊形相結(jié)合的方式。測(cè)量作業(yè)使用到GPS接收機(jī)，此類設(shè)備均保持靜態(tài)定位模式，標(biāo)稱精度5+1ppm。衛(wèi)星高度角應(yīng)達(dá)到15°以上，遵循二級(jí)GPS控制網(wǎng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，按照10s的間隔時(shí)間依次采集數(shù)據(jù)，為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性（盡可能減小偶然誤差），觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)量需超過(guò)5個(gè)。根據(jù)GPS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，適配相對(duì)應(yīng)的軟件，以便對(duì)接各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)，做針對(duì)性的處理[3]。經(jīng)計(jì)算后得知，隧道出口的平均高程為356m，在得到該數(shù)據(jù)后，結(jié)合導(dǎo)線閉合差，進(jìn)一步計(jì)算，由此得到隧道貫通誤差值，再將所得結(jié)果與現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范展開(kāi)對(duì)比分析，判斷誤差值是否超出許可范圍，以便組織后續(xù)工作（若超出，則做出調(diào)整；若滿足要求，則按照既定的計(jì)劃繼續(xù)施工）。

4 洞內(nèi)CPⅡ平面網(wǎng)測(cè)量新方法的原理

控制網(wǎng)布設(shè)及測(cè)量示意圖，如圖1所示。其中，控制點(diǎn)成對(duì)布設(shè)在雙側(cè)壁上，安裝測(cè)距棱鏡，架設(shè)全站儀。

圖1 洞內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)布設(shè)及其測(cè)量示意圖

綜合考慮到隧道的線型以及通視條件，確定每對(duì)控制點(diǎn)的布設(shè)位置，從隧道兩端洞口開(kāi)始，按照240～360m的間距有序向內(nèi)沿隧道布設(shè)。全站儀采用自由測(cè)站的方式，可用于觀測(cè)該儀器所在位置前后各兩對(duì)共8個(gè)CPⅡ點(diǎn)，可測(cè)定的數(shù)據(jù)有測(cè)站至控制點(diǎn)間的邊長(zhǎng)、水平方向和天頂距方向，但在邊長(zhǎng)的測(cè)量中采取的是單向觀測(cè)的方法。全站儀和棱鏡不存在對(duì)中誤差，得益于此特性，可有效保證控制點(diǎn)的橫向精度。

4.1 洞內(nèi)二等三角高程網(wǎng)測(cè)量的原理

在全站儀自由測(cè)站的方式中，地面并未布設(shè)控制點(diǎn)，儀器中心即為測(cè)站中心，因此可以省去量測(cè)儀器高度的操作，從源頭上消除了儀器高的量測(cè)誤差。在測(cè)距棱鏡安裝時(shí)，采用到強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志安裝的方法，此時(shí)在確定棱鏡中心后，便能夠得到新方法中CPⅡ控制點(diǎn)的點(diǎn)位中心（兩者一致），因此不存在棱鏡對(duì)中誤差以及高度量測(cè)誤差。經(jīng)過(guò)自由測(cè)站測(cè)定后，可以得到斜距觀測(cè)值、天頂距觀測(cè)值，根據(jù)此類信息，經(jīng)計(jì)算后便能確定儀器中心至棱鏡中心的單向三角高差；在明確該高差值后，將同一測(cè)站下任意兩個(gè)該值相減，便可以消除儀器高和大部分球氣差，此時(shí)可以得到較為準(zhǔn)確的棱鏡中心高差值，該值則指的是兩個(gè)CPⅡ點(diǎn)之間的高差[4]。在此基礎(chǔ)上，可構(gòu)建洞內(nèi)二等三角高程網(wǎng)，以便快速得到各CPⅡ點(diǎn)的高程值。

4.2 洞內(nèi)CPⅡ網(wǎng)測(cè)量新方法的應(yīng)用特點(diǎn)

（1）作業(yè)難度較低。在外業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，對(duì)于傳統(tǒng)的隧道洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)量而言，需要將儀器設(shè)置在控制點(diǎn)上，在此前提下方可觀測(cè)前后導(dǎo)線點(diǎn)。而為了完成相關(guān)操作，需配備較多的腳架和基座，工作量增加，且隧道洞內(nèi)施工環(huán)境普遍復(fù)雜，受二襯臺(tái)車、水泥輸送泵等相關(guān)裝置的遮擋，通視條件較差，不利于觀測(cè)工作的順利開(kāi)展。相比之下，洞內(nèi)CPⅡ控制網(wǎng)可有效精簡(jiǎn)流程，靈活設(shè)置測(cè)站，并解決了視線受遮擋的問(wèn)題，降低了外業(yè)測(cè)量的難度、提高了效率。

（2）測(cè)量干擾小。在常規(guī)的洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)中，控制點(diǎn)需設(shè)置在臨近雙側(cè)壁周邊的仰拱上，導(dǎo)致導(dǎo)線網(wǎng)易受到外部條件的干擾，例如旁折光對(duì)其的影響較大，同時(shí)也存在點(diǎn)位難以保存等問(wèn)題。而在應(yīng)用新方法后，將儀器架設(shè)至隧道中線附近，在所構(gòu)建的控制網(wǎng)中不存在靠近隧道壁的觀測(cè)方向，由此規(guī)避了旁折光干擾的問(wèn)題。并且，控制點(diǎn)均布設(shè)在洞內(nèi)圍巖的雙側(cè)壁上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制點(diǎn)的有效保護(hù)，具備永久保存的條件。

（3）作業(yè)效率高。在傳統(tǒng)的洞內(nèi)控制測(cè)量中，內(nèi)業(yè)和外業(yè)的工作量均較大。相比之下，新方法僅需對(duì)CPⅡ控制網(wǎng)進(jìn)行測(cè)站邊角交會(huì)測(cè)量即可，能夠更為便捷地確定CPⅡ點(diǎn)的平面和高程坐標(biāo)。

5 華測(cè)CORS的應(yīng)用

華測(cè)CORS系統(tǒng)集5個(gè)子系統(tǒng)于一體，各自既能夠獨(dú)立運(yùn)行，又可相互協(xié)作，達(dá)到互聯(lián)互通的效果。關(guān)于系統(tǒng)的具體組成，如圖1所示。

圖1 華測(cè)連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)的核心組成

5.1 靜態(tài)監(jiān)測(cè)已知點(diǎn)

隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段GPS定位檢測(cè)的方法較為豐富，其中以靜態(tài)已知點(diǎn)檢測(cè)方法頗具代表性，其在路橋隧道測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用頻率較高[5]。實(shí)際操作中，從已知點(diǎn)中選擇合適的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)此類測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)反映整體情況。在確定測(cè)點(diǎn)后，為之適配動(dòng)態(tài)用戶接收機(jī)，以便后續(xù)能夠高效開(kāi)展動(dòng)態(tài)定位工作。實(shí)際結(jié)果表明，靜態(tài)檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)的方法具有操作便捷的特點(diǎn)，在選擇適量的檢測(cè)點(diǎn)后，便可以根據(jù)該類測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)反映GPS定位的實(shí)際情況；但該方法也存在局限之處，其難以全面反映定位精度情況，且若需要對(duì)檢測(cè)點(diǎn)精度做出判斷，則需要尋找已知點(diǎn)或是統(tǒng)一坐標(biāo)基準(zhǔn)，而此項(xiàng)工作的難度較大，在部分情況下甚至根本不存在已知點(diǎn)，導(dǎo)致檢測(cè)工作的進(jìn)程受阻，無(wú)法順利實(shí)現(xiàn)靜態(tài)檢測(cè)的目標(biāo)。

表1 GPS測(cè)量的精度指標(biāo)

5.2 對(duì)比實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)值與后處理結(jié)果

在經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)值與后處理結(jié)果的對(duì)比后，能夠從中篩選準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。首先，選定某具有代表性的檢測(cè)點(diǎn)，對(duì)其展開(kāi)靜態(tài)觀測(cè)，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)觀測(cè)，在此過(guò)程中獲得實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位結(jié)果，將其與事后靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)果展開(kāi)對(duì)比分析，得到真值?？梢园l(fā)現(xiàn)，該對(duì)比的方法有助于提高動(dòng)態(tài)定位結(jié)果的可靠性和精準(zhǔn)性，對(duì)比結(jié)果的參考價(jià)值豐富，可以借助該結(jié)果判斷統(tǒng)計(jì)處理方法與已知點(diǎn)的一致性問(wèn)題。實(shí)際工作中，在將動(dòng)態(tài)觀測(cè)值與后處理結(jié)果展開(kāi)全面的對(duì)比后，可突破以往已知點(diǎn)比較法的諸多局限性，即便難以找到已知點(diǎn)或是根本不存在已知點(diǎn)，也依然可以繼續(xù)開(kāi)展測(cè)量工作，且系統(tǒng)定位所得的結(jié)果具有較高的精度，工作人員能夠根據(jù)該方面的數(shù)據(jù)作出判斷，部署后續(xù)的工作，將路橋隧道的施工引導(dǎo)至正常的發(fā)展“軌道”上。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，路橋隧道工程建設(shè)中，在合理應(yīng)用獨(dú)立控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)后，能夠?yàn)榻ㄔO(shè)工作的開(kāi)展提供可靠的參考數(shù)據(jù)，從而提高作業(yè)的規(guī)范性。獨(dú)立控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)的適應(yīng)性較強(qiáng)，幾乎在各類施工條件中均可得到有效的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)方法應(yīng)用范圍窄、結(jié)果不準(zhǔn)確、操作過(guò)于繁瑣等問(wèn)題。在工程實(shí)踐中，技術(shù)人員需要視實(shí)際情況合理優(yōu)化獨(dú)立控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)，形成完善的測(cè)量規(guī)劃，由專業(yè)人員將測(cè)量工作落實(shí)到位，確定可靠的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)更好地服務(wù)于路橋隧道建設(shè)工作，推動(dòng)工程項(xiàng)目的發(fā)展。