公路長(zhǎng)隧道貫通誤差精度分析

李瑞國(guó)

中交第二航務(wù)工程局有限公司福州分公司，福建 福州 350000

1 研究背景

隨著我國(guó)交通事業(yè)的快速發(fā)展，公路隧道工程建設(shè)項(xiàng)目越來越多，隧道的長(zhǎng)度也越來越長(zhǎng)，在隧道工程施工中建立符合精度要求的隧道洞內(nèi)控制網(wǎng)是保證隧道順利貫通的前提。洞內(nèi)施工控制網(wǎng)包含洞內(nèi)平面控制網(wǎng)和洞內(nèi)高程控制網(wǎng)，洞內(nèi)平面控制網(wǎng)以導(dǎo)線測(cè)量方法建立，洞內(nèi)高程控制網(wǎng)以水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)設(shè)。隧道貫通誤差主要包含橫向貫通中誤差、縱向貫通中誤差和豎向貫通中誤差，其中橫向貫通中誤差和豎向貫通中誤差是影響隧道貫通精度的關(guān)鍵，縱向貫通中誤差對(duì)隧道工程本身影響不大[1]。

目前公路隧道工程普遍采用單導(dǎo)線進(jìn)行洞內(nèi)平面控制，采用水準(zhǔn)往返測(cè)量進(jìn)行洞內(nèi)高程控制。文章重點(diǎn)分析了隧道對(duì)向開挖中間貫通施工工藝的洞內(nèi)控制網(wǎng)布網(wǎng)形式，以及相應(yīng)測(cè)量?jī)x器設(shè)備的精度比選。

2 隧道橫向貫通中誤差精度估算概述

單導(dǎo)線對(duì)隧道洞內(nèi)橫向貫通中誤差的影響主要由導(dǎo)線測(cè)量過程中的測(cè)角誤差和量邊誤差引起，而測(cè)角與量邊在觀測(cè)過程中是兩個(gè)相互獨(dú)立的觀測(cè)量[2]。

公路中常見的隧道線形有直線型和曲線型兩種形式，直線型隧道洞內(nèi)單導(dǎo)線控制網(wǎng)通常沿隧道中線以等邊直伸導(dǎo)線形式布設(shè)，故影響其橫向貫通中誤差的為測(cè)角誤差，量邊誤差引起的為縱向貫通中誤差，可以不予考慮；曲線型隧道洞內(nèi)單導(dǎo)線控制網(wǎng)通常沿隧道中線以等邊等圓心角導(dǎo)線形式布設(shè)，故影響其橫向貫通中誤差的為測(cè)角誤差和量邊誤差。

3 精度估算

關(guān)于長(zhǎng)度取值，依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004）規(guī)定，隧道長(zhǎng)度L位于1000m＜L＜1000m區(qū)間內(nèi)則屬于長(zhǎng)隧道，文章以對(duì)向開挖中間貫通（L=1500m）施工工藝為例，分析單導(dǎo)線的橫向貫通中誤差和水準(zhǔn)測(cè)量往返測(cè)豎向貫通中誤差。

3.1 洞內(nèi)平面控制測(cè)量精度估算

關(guān)于橫向貫通中誤差取值，《公路勘測(cè)細(xì)則》（JTG/TC10—2007）中對(duì)隧道貫通中誤差作出了規(guī)定，《工程測(cè)量規(guī)范》（GB 50026—2007）也對(duì)隧道橫向貫通中誤差作出了規(guī)定，具體技術(shù)要求如表1、表2所示。針對(duì)《公路勘測(cè)細(xì)則》（JTG/TC10—2007），由于現(xiàn)階段距離測(cè)量精度一般高于角度測(cè)量精度，隧道橫向貫通中誤差與隧道縱向貫通中誤差的分配比例按估算，則隧道洞內(nèi)橫向貫通中誤差，這與《工程測(cè)量規(guī)范》（GB 50026—2007）中隧道洞內(nèi)橫向貫通中誤差基本一致，按照限差從嚴(yán)原則和誤差平均分配原則，對(duì)向開挖中間貫通的精度估算，洞內(nèi)橫向貫通中誤差取。

表1 《公路勘測(cè)細(xì)則》（JTG/TC10—2007）貫通中誤差技術(shù)要求

表2 《工程測(cè)量規(guī)范》（GB 50026—2007）橫向貫通中誤差技術(shù)要求

使用不同精度的全站儀按照不同的邊長(zhǎng)針對(duì)直線型隧道和曲線型隧道的橫向貫通中誤差進(jìn)行理論模擬計(jì)算，以工程中常用的徠卡TS09-1"全站儀[標(biāo)稱精度中測(cè)角精度為1"，測(cè)距精度為1mm+1.5×10-6D（D為測(cè)量距離）]和徠卡TS09-2"全站儀（標(biāo)稱精度中測(cè)角精度為2"，測(cè)距精度為1mm+2×10-6D）為例，測(cè)角精度為1"的全站儀觀測(cè)水平角2測(cè)回，其測(cè)角中誤差一般小于1"，同理，測(cè)角精度為2"的全站儀測(cè)角中誤差一般小于2"。

綜合考慮，取（mβ=1"，ms=2.5mm）與（mβ=2"，ms=3.5mm）分別進(jìn)行模擬驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果如表3、表4所示。

表3 直線型隧道對(duì)向開挖中間貫通橫向貫通中誤差（L=1500m）

表4 曲線型隧道對(duì)向開挖中間貫通橫向貫通中誤差（L=1500m）

從表3和表4中可以看出，對(duì)于直線型或曲線型長(zhǎng)隧道，采用對(duì)向開挖中間貫通施工工藝的洞內(nèi)平面控制測(cè)量，使用測(cè)角精度2″以上的全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)設(shè)，導(dǎo)線邊長(zhǎng)控制在125～375m，理論上貫通誤差均小于32mm，可以滿足貫通要求。但考慮到隧道洞內(nèi)施工環(huán)境差，能見度低，各工序交叉作業(yè)頻繁且干擾大，并結(jié)合外業(yè)測(cè)設(shè)工作量，綜合比選，導(dǎo)線平均邊長(zhǎng)控制在200m左右為宜。

從表4中可以看出，對(duì)于曲線型長(zhǎng)隧道，橫向貫通中誤差主要由測(cè)角誤差引起，量邊誤差對(duì)橫向貫通中誤差的影響較小[3]。

3.2 洞內(nèi)高程控制測(cè)量精度估算

關(guān)于高程貫通中誤差取值，《公路勘測(cè)細(xì)則》（JTG/TC 10—2007）與《工程測(cè)量規(guī)范》（GB 50026—2007）中洞內(nèi)高程貫通中誤差均取。故對(duì)向開挖中間貫通的精度估算，洞內(nèi)高程貫通中誤差取。

《公路勘測(cè)規(guī)范》（JTG C10—2007）與《工程測(cè)量規(guī)范》（GB 50026—2007）中四等水準(zhǔn)和五等水準(zhǔn)的每公里高差偶然中誤差規(guī)定分別為±5mm和±8mm，對(duì)向開挖中間貫通的洞內(nèi)高程貫通中誤差的計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 對(duì)向開挖中間貫通高程貫通中誤差 單位：mm

從表5計(jì)算結(jié)果可知，兩種貫通類型下，采用四等水準(zhǔn)和五等水準(zhǔn)可以滿足限差要求，目前工程施工中普遍采用的DS3水準(zhǔn)儀，其每公里水準(zhǔn)測(cè)量高差中數(shù)的偶然中誤差為±3mm，完全可以達(dá)到上述精度要求。

4 結(jié)論

（1）在隧道施工前，施工人員應(yīng)在隧道進(jìn)出口建立相應(yīng)等級(jí)的洞外施工控制網(wǎng)，洞外平面控制網(wǎng)可采用GPS網(wǎng)或?qū)Ь€網(wǎng)等形式，洞外高程控制網(wǎng)采用相應(yīng)等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量方法為宜，進(jìn)出口的施工控制點(diǎn)均應(yīng)布設(shè)2個(gè)以上，并且應(yīng)相互通視。

（2）為保證隧道順利貫通，隧道工程施工前，施工人員應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目的總體施工組織設(shè)計(jì)，并結(jié)合隧道的長(zhǎng)度、線路形狀和對(duì)貫通誤差的要求，進(jìn)行貫通誤差精度估算，然后選擇符合精度要求的施工控制網(wǎng)等級(jí)、施測(cè)方案及測(cè)量?jī)x器設(shè)備。

（3）進(jìn)行公路長(zhǎng)隧道洞內(nèi)平面控制測(cè)量，施工人員應(yīng)盡量布設(shè)成等邊直伸或等邊等圓心角導(dǎo)線形式，且導(dǎo)線邊長(zhǎng)宜控制在200m左右，采用對(duì)向開挖中間貫通施工工藝時(shí)，使用測(cè)角精度不低于2"的全站儀，均能保證橫向貫通中誤差滿足規(guī)范要求，采用單向開挖終點(diǎn)貫通施工工藝時(shí)，需根據(jù)相應(yīng)公式進(jìn)行精度估算，選擇合理的測(cè)量?jī)x器設(shè)備；進(jìn)行公路長(zhǎng)隧道洞內(nèi)高程控制測(cè)量，使用DS3級(jí)水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量即可滿足豎向貫通誤差要求。

（4）雙線隧道且兩者之間設(shè)有人行橫洞和車行橫洞，可通過人行橫洞和車行橫洞將雙洞的洞內(nèi)支導(dǎo)線連成閉合導(dǎo)線或附合導(dǎo)線進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以便檢核導(dǎo)線點(diǎn)精度，及時(shí)進(jìn)行平差糾偏。

（5）施工過程中，施工人員應(yīng)定期對(duì)隧道施工控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，隧道貫通后，應(yīng)及時(shí)組織貫通誤差測(cè)量，并在調(diào)整段內(nèi)進(jìn)行中線調(diào)整。