路橋隧道施工獨(dú)立控制網(wǎng)測量技術(shù)的應(yīng)用

朱坤鵬

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司， 325113）

0 引言

以某高鐵項(xiàng)目隧道建設(shè)施工為例，該隧道工程位于山區(qū)環(huán)境下建設(shè)，施工區(qū)域內(nèi)具有多處丘陵地段，同時(shí)不具備大范圍開闊帶，工程擬定運(yùn)用雙端同步掘進(jìn)方案，兩端掘進(jìn)長度為3126m、3404m，采用雙端同步作業(yè)，提高施工效率。在高速鐵路GPS12-3-1處和控制區(qū)域的3m范圍內(nèi)設(shè)置防火觀察站，觀察站的設(shè)置不會(huì)阻礙正常測量。GPS12-5-1區(qū)域還可以展現(xiàn)出有效地控制效果，在高速鐵路施工區(qū)域內(nèi)設(shè)置一塊方形區(qū)域，其面積為400㎡，周邊樹木高度超過20m以上。而GPS12-7-1區(qū)域內(nèi)具有明顯的遮擋現(xiàn)象，由于該點(diǎn)周圍環(huán)山，同時(shí)周圍建有防火觀察站，高度均為3m，天窗具備半側(cè)開闊的特點(diǎn)，同時(shí)與GPS12-8不互通。

1 測量人員和設(shè)備配置

1.1 測量人員配置

在高鐵項(xiàng)目的測量工作中，由于測量作業(yè)具有一定的專業(yè)性，同時(shí)對(duì)測量精細(xì)度要求較高，為此，需要由專業(yè)的測量團(tuán)隊(duì)來支持，故施工單位必須結(jié)合實(shí)際工程的測量需求，組建高素質(zhì)、高水平的測量團(tuán)隊(duì)，提高測量人員技術(shù)水平。另外，還要結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際測量條件和需求，制定完善的測量計(jì)劃，并形成可操作性的測量實(shí)施方案，然后還要對(duì)方案進(jìn)行全面審查，審查通過后方可按照此方案內(nèi)容開展測量工作，同時(shí)也為工程測量提供指導(dǎo)意見。最后，還要做好相關(guān)技術(shù)交底，強(qiáng)化測量人員的整體意識(shí)，開展作業(yè)前的培訓(xùn)工作，提高測量隊(duì)伍的專業(yè)水平，講述整個(gè)工程中可能存在的技術(shù)問題，并且明確工程內(nèi)部測量要點(diǎn)，準(zhǔn)確開展測量作業(yè)，規(guī)范測量工作的流程，滿足實(shí)際測量精度需求[1]。

1.2 測量設(shè)備配置

為了提高測量工作的精度，要做好人員的配置，還要具備高精度的測量儀器，因此，在進(jìn)行儀器配置前，要做好測量儀器作業(yè)前的全面檢查，保障測量儀器具備良好的穩(wěn)定性，同時(shí)不存在異常情況，以此提高測量精準(zhǔn)度。倘若測量環(huán)節(jié)中測量儀器發(fā)生異常問題，必須立刻停止測量，并由專業(yè)人員對(duì)測量儀器的故障因素進(jìn)行分析，找出故障點(diǎn)和故障原因，并運(yùn)用專業(yè)的方法進(jìn)行修復(fù)處理，在修復(fù)處理后，還要對(duì)之前一部分的測量進(jìn)行重新測量驗(yàn)證，提高測量精度，隨后便可以正常開展后續(xù)的測量工作。另外，在測量儀器運(yùn)行一段時(shí)間后，測量設(shè)備的整體性能會(huì)逐漸降低，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性以及測量精準(zhǔn)度也會(huì)逐步下降，所以，必須在開展測量工作前制定完善的設(shè)備檢修方案，按照計(jì)劃定期對(duì)測量儀器進(jìn)行檢查和維護(hù)，從根本上杜絕測量設(shè)備異常情況的發(fā)生，保障測量儀器始終處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，為工程測量工作提供可靠的支持。

2 GPS獨(dú)立控制網(wǎng)測量技術(shù)應(yīng)用

2.1 控制點(diǎn)的布設(shè)

在應(yīng)用工程GPS獨(dú)立控制網(wǎng)測量技術(shù)時(shí)，首先要做好測量控制點(diǎn)的分布設(shè)計(jì)。對(duì)于隧道施工項(xiàng)目的控制點(diǎn)布設(shè)來說，由于控制點(diǎn)的坐標(biāo)需要具備一定的統(tǒng)一性，所以，通過測量精度的提升和GPS控制點(diǎn)坐標(biāo)體系的協(xié)調(diào)性，能夠?yàn)楹罄m(xù)放樣數(shù)據(jù)計(jì)算提供可靠支持，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)更加便捷的放樣操作。此外，控制點(diǎn)的布設(shè)也要保證曲線隧道的所有曲線環(huán)節(jié)、直線隧道的中心線位置都要布設(shè)至少兩個(gè)控制點(diǎn)，同時(shí)在隧道進(jìn)洞口位置也要設(shè)置足夠的控制點(diǎn)，以此來保障每一個(gè)控制點(diǎn)直接構(gòu)成良好的通視關(guān)系，并且提高測量的準(zhǔn)確性，避免測量工作受到干擾而影響測量結(jié)果。

2.2 保障控制點(diǎn)選擇的合理性

在該隧道工程建設(shè)中，結(jié)合現(xiàn)場施工的實(shí)際需求，還要提高控制點(diǎn)選擇的合理性，在控制點(diǎn)的選擇上，必須全面考慮周圍建筑的密度和高度，了解建筑物分布情況，同時(shí)還要掌握周圍結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)以及施工現(xiàn)場材料的堆放需求。經(jīng)過綜合考慮，最終選擇最優(yōu)的控制點(diǎn)。以實(shí)際四個(gè)現(xiàn)場材料堆放因素來看，控制點(diǎn)的選擇要求不能妨礙正常測量工作的開展，并且測量工作的全過程都不會(huì)受到外界因素的干擾，保障材料質(zhì)量與數(shù)量都符合實(shí)際要求。小三角控制網(wǎng)也要具備良好的穩(wěn)定條件和視野條件，同時(shí)在一個(gè)控制點(diǎn)區(qū)域加強(qiáng)防護(hù)工作，降低外部因素對(duì)其造成的干擾。在測量設(shè)備的設(shè)置中，結(jié)合本隧道工程可以選用三臺(tái)GPS設(shè)備共同進(jìn)行測量，組建一個(gè)GPS整體控制網(wǎng)，同時(shí)每一個(gè)GPS設(shè)備都運(yùn)用靜態(tài)法測量，同時(shí)根據(jù)相關(guān)規(guī)范氛圍7個(gè)時(shí)段分別開展工程觀測，收集各設(shè)備測量中的數(shù)據(jù)，并將大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄I(yè)平差軟件中，對(duì)有價(jià)值的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終生成測量報(bào)告，向工作人員直觀地展現(xiàn)出測量結(jié)果[2]。

2.3 開展地上控制測量

在工程測量工作中，導(dǎo)線的鋪設(shè)也是一項(xiàng)關(guān)鍵工程，而在隧道施工中一般可以將導(dǎo)線設(shè)置為四邊形布設(shè)方式，同時(shí)以YWS08、YSW09、HC196三個(gè)點(diǎn)為基礎(chǔ)，形成三角形導(dǎo)線布設(shè)，同時(shí)引入A004點(diǎn)，與其他三個(gè)點(diǎn)組成四邊形連接方式。進(jìn)行測量工作時(shí)利用GPS接收機(jī)，使該設(shè)備保持靜態(tài)定位模式，其標(biāo)準(zhǔn)精度在5+1ppm中，衛(wèi)星高度角可以達(dá)到15°以上，同時(shí)滿足二級(jí)控制網(wǎng)測量需求，根據(jù)10s間隔標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次采集，為了降低偶然誤差，提高測量的精確度，要保證觀測衛(wèi)星的數(shù)量在5個(gè)以上。集合GPS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，適配相應(yīng)的軟件，有利于對(duì)接測量數(shù)據(jù)，并針對(duì)性地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通過計(jì)算可知，隧道出口平均高程在356m左右，獲取準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)后在根據(jù)導(dǎo)線閉合差進(jìn)行計(jì)算，從而獲取隧道貫通的誤差值，并將測得的數(shù)值與現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，分析誤差值是否超限，為后續(xù)工作提供支持。如果誤差值在允許范圍內(nèi)，便可以正常施工，倘若誤差值超限，則必須做出相應(yīng)調(diào)整。

3 洞內(nèi)CPII平面網(wǎng)測技術(shù)原理

圖1為洞內(nèi)CPII平面網(wǎng)控制布設(shè)和測量示意圖，圖中所示的控制點(diǎn)分布在雙側(cè)壁內(nèi)，同時(shí)在控制點(diǎn)上設(shè)置測距棱鏡，同時(shí)設(shè)置全站儀。

圖1 洞內(nèi)CPII平面網(wǎng)布設(shè)及測量示意圖

根據(jù)實(shí)際工程中隧道的線性特點(diǎn)以及通視條件來確定布設(shè)位置的控制，由隧道兩端開設(shè)，對(duì)控制點(diǎn)的間距設(shè)計(jì)在240～360m之間，并且有兩段有序向中段布設(shè)。全站儀的測量方式選擇自由測站式，可以保障全站儀所觀測的區(qū)域能夠共同觀測8個(gè)CPII控制點(diǎn)，同時(shí)測量數(shù)據(jù)也由測站到控制點(diǎn)間的邊長水平方向到天頂距方向，而邊長測量一般采用單向觀測方式。全站儀與測距棱鏡的應(yīng)用能夠避免對(duì)中誤差的產(chǎn)生，因此也能夠有效提升橫向測量精度[3]。

3.1 洞內(nèi)二等三角高程網(wǎng)測量原理

在全站儀自由測站模式下，地面還未設(shè)置控制點(diǎn)，測站中心選擇測量儀器中心，這樣能夠節(jié)省測量儀器高度的測量操作，從根本上解決測量儀器高度產(chǎn)生的誤差。在進(jìn)行測距棱鏡的安裝過程中，可以選擇強(qiáng)制對(duì)中安裝方式，在確定測距棱鏡的中心點(diǎn)以后，就能夠獲取到CPII控制點(diǎn)中心，就可以有效規(guī)避測距棱鏡對(duì)中誤差和高度誤差問題的出現(xiàn)。采用自由測站測定時(shí)，能夠獲取斜距觀測數(shù)值和天頂距觀測數(shù)值，同時(shí)根據(jù)測量的結(jié)果能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出儀器中心到測距棱鏡中心的高差，明確高差數(shù)值后就能夠?qū)ν瑴y站的任意兩個(gè)數(shù)值進(jìn)行相減，獲得較為準(zhǔn)確的高差值，這個(gè)數(shù)值一般指的是兩個(gè)CP點(diǎn)之間的高度差，同時(shí)還能夠構(gòu)建三角高程網(wǎng)，有助于快速計(jì)算高程差。

3.2 洞內(nèi)CPII平面網(wǎng)測量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

3.2.1 測量難度降低

在隧道工程的外業(yè)測量工作中，由于以往的隧道工程導(dǎo)線網(wǎng)測量工作都是要將測量設(shè)備安裝在控制點(diǎn)上進(jìn)行測量，這樣才能準(zhǔn)確地觀測周圍導(dǎo)線點(diǎn)。但是對(duì)這種隧道測量工作來說，實(shí)際作業(yè)中不但需要配置大量的基座與腳架，同時(shí)相關(guān)作業(yè)量也十分巨大，同時(shí)隧道內(nèi)部的施工環(huán)節(jié)復(fù)雜，再加上隧道內(nèi)受到二襯臺(tái)車與水泥輸送等設(shè)備的遮擋，導(dǎo)致控制點(diǎn)設(shè)備的安裝缺乏良好的通視條件，也不利于觀測工作的進(jìn)行。由此可見，采用洞內(nèi)CPII平面網(wǎng)控制點(diǎn)測量技術(shù)能夠省去儀器安裝環(huán)節(jié)，同時(shí)也提高了洞內(nèi)觀測效果，實(shí)現(xiàn)靈活地測站設(shè)計(jì)，解決受到通視條件影響的問題，全面降低了測量作業(yè)難度，提高測量效率[4]。

3.2.2 測量抗干擾能力強(qiáng)

對(duì)于傳統(tǒng)的隧道導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)過程中，控制點(diǎn)還要設(shè)置在雙側(cè)邊仰拱附近，而洞內(nèi)的導(dǎo)線很容易被外界環(huán)境所干擾，尤其是旁折光能夠?qū)?dǎo)線造成巨大影響，并且洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)位難以保存問題嚴(yán)重。采用全新的洞內(nèi)CPII平面網(wǎng)測量技術(shù)時(shí)，可以將測量設(shè)備直接設(shè)置在中線區(qū)域，通過構(gòu)建的控制網(wǎng)不再需要靠近雙側(cè)壁仰拱區(qū)域，解決了受到旁折光影響的問題，同時(shí)控制點(diǎn)都設(shè)置在圍巖側(cè)壁內(nèi)，也能夠?qū)崿F(xiàn)控制點(diǎn)的保護(hù)效果，達(dá)到永久保存的條件。

3.2.3 測量效率高

在以往的洞內(nèi)測控測量中。內(nèi)業(yè)測量與外業(yè)測量工作量都比較多，而運(yùn)用CPII平面網(wǎng)控制測量技術(shù)，只需要對(duì)測站邊角交匯處進(jìn)行測量即可，可以有效提高測量作業(yè)效率。

4 華測CORS的應(yīng)用

4.1 靜態(tài)監(jiān)測已知點(diǎn)

在科技水平的推動(dòng)下，行業(yè)內(nèi)引入了許多先進(jìn)技術(shù)，以GPS定位測量技術(shù)為代表，其中靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法得到廣泛應(yīng)用，并在高鐵隧道測量工作中發(fā)揮著良好的應(yīng)用優(yōu)勢。在工程的實(shí)際測量中，首先要根據(jù)已知點(diǎn)選取適合的監(jiān)測點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合選擇的監(jiān)測點(diǎn)來反饋整體狀態(tài)的數(shù)據(jù)。通過靜態(tài)監(jiān)測已知點(diǎn)方法應(yīng)用中，在確定靜態(tài)監(jiān)測點(diǎn)后，還要在其中設(shè)置動(dòng)態(tài)接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)高效的動(dòng)態(tài)測量工作。通過實(shí)際應(yīng)用表明，靜態(tài)監(jiān)測已知點(diǎn)的方法可以展現(xiàn)出簡便的操作優(yōu)勢，當(dāng)選擇完適合的監(jiān)測點(diǎn)后，就能夠結(jié)合監(jiān)測點(diǎn)反饋的定位數(shù)據(jù)展開分析，掌握實(shí)際監(jiān)測區(qū)域的情況。但是靜態(tài)監(jiān)測已知點(diǎn)的方法也存在一定的局限性，即無法全面地反應(yīng)GPS定位精度，同時(shí)也要對(duì)監(jiān)測點(diǎn)的精度進(jìn)行判斷，需要明確已知點(diǎn)的坐標(biāo)基準(zhǔn)，因此監(jiān)測難度相對(duì)較大，對(duì)于一些特殊情況也無法找到已知點(diǎn)，導(dǎo)致無法進(jìn)行有效監(jiān)測。

4.2 對(duì)比實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測值和處理結(jié)果

通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測與處理結(jié)果對(duì)比,可以從中選擇準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在選定監(jiān)測點(diǎn)后，首先對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)觀測，然后再進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測，通過兩次觀測能夠獲取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將這個(gè)結(jié)果和靜態(tài)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而獲取真值。由此可見，通過這種對(duì)比方式能夠全面提升動(dòng)態(tài)定位結(jié)果的可靠性，同時(shí)也提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，提高對(duì)比數(shù)據(jù)的參考價(jià)值，并且利用該對(duì)比結(jié)合判斷統(tǒng)計(jì)方法和已知點(diǎn)的一致性問題。在實(shí)際應(yīng)用中，通過對(duì)比動(dòng)態(tài)觀測結(jié)果與處理結(jié)果能夠打破以往的已知點(diǎn)比較存在的束縛，即使是難以找到已知點(diǎn)或者不存在已知點(diǎn)的特殊環(huán)節(jié)，也可以開展測量工作，同時(shí)還能夠確保定位結(jié)果的精度，技術(shù)人員可以根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)判斷出實(shí)際情況，從而為后續(xù)的隧道施工提供支持，保障隧道工程的順利推進(jìn)。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的全面提升，推動(dòng)了我國高速鐵路工程的發(fā)展，我國高速鐵路工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，進(jìn)一步提升了我國交通水平。但是在高速鐵路建設(shè)中，經(jīng)常需要開展隧道工程建設(shè)，對(duì)于隧道工程的施工,選用合理的控制網(wǎng)測控技術(shù)不但可以為隧道建設(shè)提供可靠的參數(shù)依據(jù)，同時(shí)也能夠提高高速鐵路施工的規(guī)范性。通過獨(dú)立控制網(wǎng)測量技術(shù)的應(yīng)用，展現(xiàn)出超高的適應(yīng)能力，能夠滿足不同施工條件下的測量工作，解決傳統(tǒng)測量技術(shù)中存在的精度不足，操作難度大，應(yīng)用范圍狹窄等問題。獨(dú)立控制網(wǎng)測量技術(shù)的應(yīng)用中還需要結(jié)合實(shí)際情況，合理優(yōu)化技術(shù)條件，構(gòu)建完善的控制網(wǎng)測量規(guī)劃體系，并由專業(yè)人員嚴(yán)謹(jǐn)落實(shí)相關(guān)測量工作，提高數(shù)據(jù)的精確度，使數(shù)據(jù)更好地服務(wù)路橋隧道建設(shè)，推動(dòng)鐵路隧道工程的持續(xù)發(fā)展。