長大隧道控制測量精度提高的優(yōu)化策略與研究

摘"要：隨著現(xiàn)代隧道工程的發(fā)展，對隧道控制測量精度的要求越來越高。針對長大隧道控制測量精度提高的問題，通過對現(xiàn)有測量方法的分析和研究，提出了關(guān)于控制測量和測量儀器的優(yōu)化策略。對某隧道工程根據(jù)地質(zhì)條件、施工工藝和測量儀器進(jìn)行了測量策略優(yōu)化，通過實(shí)地調(diào)研和數(shù)據(jù)采集反饋驗(yàn)證了提出的優(yōu)化策略的有效性。通過對現(xiàn)有技術(shù)和具體案例的綜合分析，為長大隧道控制測量精度的提高提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：長大隧道"控制測量"精度提高"優(yōu)化策略

OptimizationStrategyandResearchforImprovingtheAccuracyofControlMeasurementinLongTunnels

ZHANGHuafeng

ShandongLuqiaoGroup"Co.，Ltd.，"Ji’nan，ShandongProvince，250014"China

Abstract：Withthedevelopmentofmoderntunnelengineering，therequirementsfortheaccuracyoftunnelcontrolmeasurementaregettinghigherandhigher.Aimingattheproblemofimprovingtheaccuracyofcontrolmeasurementinlongtunnels，theoptimizationstrategiesofcontrolmeasurementandmeasuringinstrumentsareproposedthroughtheanalysisandresearchoftheexistingmeasurementmethods.Theoptimizationofthemeasurementstrategyiscarriedoutforatunnelprojectaccordingtothegeologicalconditions，constructiontechnologyandmeasurementinstruments，andtheeffectivenessoftheoptimizationstrategyproposedinthispaperisverifiedthroughfieldresearchanddatacollectionfeedback.Throughthecomprehensiveanalysisofexistingtechnologiesandspecificcases，itprovidestheoreticalandpracticalbasisfortheimprovementofcontrolmeasurementaccuracyinlongtunnels.

KeyWords：Longtunnels;Controlmeasurement;Accuracyimprovement;Optimizationstrategy

隧道工程是現(xiàn)代交通和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，在進(jìn)入21世紀(jì)后，我國的隧道和地下工程得到了大力發(fā)展[1]。隨著隧道工程日益增多，目前，我國已成為世界上建設(shè)隧道數(shù)量最多、環(huán)境最復(fù)雜、施工工藝最復(fù)雜、施工難度最大的國家[2]。由于隧道長度和規(guī)模不斷增加，因此需要有更高精度、更高可靠性的施工控制測量技術(shù)作為支撐，方可滿足隧道施工測量精度及安全要求[3]。在長距離隧道施工中，為了保障隧道順利貫通，控制測量工作尤為重要[4]。長大隧道的復(fù)雜性和特殊性給控制測量帶來了很大的挑戰(zhàn)，因此，研究長大隧道控制測量精度提高的優(yōu)化策略具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1"相關(guān)工作綜述

1.1長大隧道控制測量的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

隨著隧道工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大和復(fù)雜性的增加，對控制測量精度的要求也越來越高。長大隧道的特殊的地質(zhì)條件和復(fù)雜的地下水環(huán)境、施工過程中的變形和沉降等因素給控制測量帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，提高長大隧道控制測量的精度成為了當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.2現(xiàn)有測量方法的優(yōu)、缺點(diǎn)分析

針對長大隧道控制測量，目前已經(jīng)有一些常用的測量方法被廣泛應(yīng)用，其中包括全站儀測量、激光掃描測量、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）測量等，這些方法各有優(yōu)、缺點(diǎn)。全站儀測量具有高精度和全方位測量的優(yōu)勢，但容易受到地形和遮擋物的限制；激光掃描測量可以快速地獲取大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，但對于復(fù)雜地形和遮擋物的處理較為困難；GPS測量可以提供高精度的位置信息，但在隧道內(nèi)部信號接收受限。因此，現(xiàn)有測量方法在長大隧道控制測量中還存在一定的局限性和不足之處。

1.3研究現(xiàn)狀和存在的問題

目前，對于長大隧道控制測量精度提高的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。一些學(xué)者和工程師通過改進(jìn)測量儀器的精度和穩(wěn)定性、優(yōu)化測量數(shù)據(jù)的處理和分析方法，以及引入先進(jìn)的監(jiān)測和調(diào)整技術(shù)，取得了一定的成果，但仍存在一些問題需要進(jìn)一步研究和解決，如如何選擇合適的測量儀器并進(jìn)行校準(zhǔn)、如何處理和分析大量的測量數(shù)據(jù)、如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整等。此外，隧道施工過程中的優(yōu)化策略也需要進(jìn)一步研究，以提高控制測量的精度和可靠性。

2"優(yōu)化策略的提出

2.1"測量儀器的選擇和校準(zhǔn)

針對長大隧道控制測量，不同類型的測量儀器具有各自的特點(diǎn)和適用性。全站儀具有高精度和全方位測量的優(yōu)勢，激光掃描儀可以快速地獲取大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，GPS可以提供高精度的位置信息。本研究將對這些測量儀器進(jìn)行特點(diǎn)和適用性分析，以確定在不同場景下的最佳選擇。為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，測量儀器的校準(zhǔn)是必不可少的。本研究將探討測量儀器的校準(zhǔn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，包括使用標(biāo)準(zhǔn)器具進(jìn)行校準(zhǔn)、定期檢驗(yàn)和校準(zhǔn)等。通過建立合理的校準(zhǔn)流程和標(biāo)準(zhǔn)，可以提高測量儀器的精度和穩(wěn)定性。

2.2"控制測量的實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整

控制測量的實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整是隧道工程中至關(guān)重要的一環(huán)。隧道工程測量受洞內(nèi)觀測條件限制和測量方法的制約，采用的控制方法需要結(jié)合實(shí)際，合理布置控制網(wǎng)和提高測定精度[5]。隨著隧道工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大和復(fù)雜性的增加，對控制測量精度的要求也越來越高。實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整可以及時發(fā)現(xiàn)和糾正控制測量中的偏差和誤差，提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

在實(shí)時監(jiān)測方面，可以利用傳感器和監(jiān)測設(shè)備對隧道的變形、沉降、位移等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過合理選擇傳感器，并將其布置在關(guān)鍵位置，可以實(shí)時獲取隧道的變化情況。監(jiān)測數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心，進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)處理和分析。通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢，可以及時發(fā)現(xiàn)隧道的變形和位移情況，為后續(xù)的控制測量提供參考。

在實(shí)時調(diào)整方面，可以根據(jù)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，對控制測量進(jìn)行及時調(diào)整。例如；當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示隧道存在變形或位移時，可以通過調(diào)整測量儀器的位置或參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整的優(yōu)勢在于及時發(fā)現(xiàn)和糾正控制測量中的偏差和誤差，提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性。通過實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整，可以避免因?yàn)樗淼雷冃位蛭灰茖?dǎo)致的控制測量誤差，保證隧道工程的質(zhì)量和安全。然而，實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整也面臨一些挑戰(zhàn)，例如：實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的建立需要合適的傳感器和監(jiān)測設(shè)備，并且需要考慮數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時性。

2.3"隧道案例與數(shù)據(jù)

某隧道工程全長29090.21m。洞口4個平面點(diǎn)全部采用強(qiáng)制對中（見圖1），通過優(yōu)化，保證定向邊長長度不小于500m。洞內(nèi)導(dǎo)線邊按照400～450m布設(shè)交叉雙導(dǎo)線（見圖2），強(qiáng)制對中，測角中誤差按照0.8s控制，測邊的相對中誤差設(shè)計為1/250000，采用0.5″和1mm+1mm/km的智能型全站儀測量。水準(zhǔn)按照二等進(jìn)行，1000m布置一個水準(zhǔn)點(diǎn)。隧道單向掘進(jìn)每隔2km左右宜采用不低于5″級的陀螺儀加測定向邊。

2.3.1洞外橫向綜合貫通誤差估算

洞外GNSS網(wǎng)測量誤差引起的橫向貫通誤差、洞外GNSS控制測量誤差引起的進(jìn)口至1號斜井貫通段的橫向貫通中誤差按下式估算測量設(shè)計的驗(yàn)前橫向貫通中誤差，（GNSS方位角中誤差限差按照0.8″考慮）計算公式如下[6]：

式（1）中：、為進(jìn)、出口GPS控制點(diǎn)的Y坐標(biāo)誤差；?、為進(jìn)、出口GPS控制點(diǎn)至貫通點(diǎn)的長度；、為進(jìn)、出口GPS聯(lián)系邊的方位中誤差；θ、φ—進(jìn)、出口控制點(diǎn)至貫通點(diǎn)連線與貫通點(diǎn)線路切線的夾角。

代入數(shù)據(jù)得

則

M小于規(guī)范限差70mm。

2.3.2洞內(nèi)橫向綜合貫通誤差估算

洞內(nèi)橫向貫通誤差估算，控制測量后，應(yīng)按式中估算控制測量的驗(yàn)后橫向貫通中誤差。

式（2）、式（3）、式（4）中：為測角誤差影響在貫通面上的橫向中誤差（單位：mm）；為測邊誤差影響在貫通面上的橫向中誤差（單位：mm）；為控制網(wǎng)設(shè)計的測角中誤差（單位：″）；控制網(wǎng)各點(diǎn)至貫通面的垂直距離（單位：m）；為控制網(wǎng)設(shè)計的邊長相對中誤差（單位：mm）；控制網(wǎng)各邊在貫通面上的投影長度（單位：m）。

代入數(shù)據(jù)得

2.3.3洞內(nèi)、外橫向綜合貫通誤差估算

M小于規(guī)范限差175mm。

2.3.4高程貫通誤差

隧道洞內(nèi)高程控制測量誤差產(chǎn)生的高程貫通中誤差應(yīng)按下式計算[7]：

式（5）中：為洞外、洞內(nèi)高程控制測量誤差產(chǎn)生的高程貫通中誤差（單位：mm）；為每千米水準(zhǔn)測量偶然中誤差（單位：mm）；為洞外或洞內(nèi)高程路線長度（單位：km）。

代入數(shù)據(jù)得

小于規(guī)范限差25mm，滿足貫通精度。

2.4"隧道施工過程中的優(yōu)化策略

隧道施工過程中的優(yōu)化策略是確保隧道工程質(zhì)量和安全的關(guān)鍵。在施工過程中，測量控制策略和施工參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整方法可以提高控制測量的精度和效率，從而優(yōu)化隧道施工過程。

施工過程中的測量控制策略是確保隧道工程質(zhì)量和安全的重要手段。首先，需要確定測量控制的目標(biāo)和要求，如控制隧道的位置、形狀和尺寸等。然后，根據(jù)施工進(jìn)度和隧道特點(diǎn)，制訂合理的測量控制方案，包括測量點(diǎn)的選擇和布置、測量頻次和時機(jī)的確定等。同時，需要考慮測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，以及測量過程中的安全措施和風(fēng)險管理。

隧道施工過程中，施工參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整對于控制測量的精度和質(zhì)量具有重要影響。需要對施工參數(shù)進(jìn)行合理的選擇和設(shè)計，包括施工工藝、材料的選擇和調(diào)整等。通過優(yōu)化施工參數(shù)，可以減小施工過程中的變形和位移，從而降低控制測量的誤差。

3"優(yōu)化策略與方法

3.1"地質(zhì)條件下的測量優(yōu)化策略

3.1.1地質(zhì)勘察與預(yù)測

對隧道所經(jīng)過的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)勘察和分析，包括地層結(jié)構(gòu)、巖性、斷層等因素的調(diào)查。利用地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測，預(yù)測可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題和隱患，為測量工作提供參考依據(jù)。

3.1.2地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估

對隧道所處地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行評估，包括滑坡、地震、地面沉降等。根據(jù)評估結(jié)果，制訂相應(yīng)的測量方案和應(yīng)對措施，以減少地質(zhì)災(zāi)害對測量精度的影響。

3.1.3地質(zhì)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)

建立地質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，對隧道周邊地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，包括地下水位、地表沉降等；還要建立地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，及時預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，為測量工作提供預(yù)警信息，以便及時采取措施。

3.2"施工工藝的測量優(yōu)化策略

3.2.1施工工藝的優(yōu)化與測量協(xié)調(diào)

在制訂施工工藝方案時，充分考慮測量需求，確保施工工藝與測量工作的協(xié)調(diào)。在施工過程中，與施工人員密切合作，及時調(diào)整測量方案，以適應(yīng)施工進(jìn)度和工藝變化。

3.2.2施工過程的監(jiān)測與控制

在施工過程中，要進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，包括隧道變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)變化等。利用監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的問題，并采取相應(yīng)的解決措施進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

3.2.3施工質(zhì)量的評估與改進(jìn)

對施工質(zhì)量進(jìn)行評估，包括隧道尺寸、平整度、縱橫坡等方面的檢查。根據(jù)評估結(jié)果，及時進(jìn)行施工質(zhì)量的改進(jìn)，以提高測量精度和隧道的整體質(zhì)量。

3.3"測量儀器的優(yōu)化策略

3.3.1儀器設(shè)備的選型與校準(zhǔn)

根據(jù)測量需求，選擇適合的儀器設(shè)備，包括全站儀、測量儀等。定期對儀器設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和檢查，以確保其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

3.3.2測量方法的改進(jìn)與創(chuàng)新

針對隧道施工的特點(diǎn)，改進(jìn)和創(chuàng)新測量方法，提高測量效率和精度。探索新的測量技術(shù)，如激光掃描、無人機(jī)測量等，以提高測量精度和效果。

3.3.3數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)的提升

運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行精確處理和分析。利用數(shù)據(jù)模型和統(tǒng)計方法，提取有效信息，減少誤差和干擾，提高測量精度。

4"結(jié)語

合理的實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)采集方案是確保控制測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的前提。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際工程條件，針對性地提出優(yōu)化策略，有助于提高隧道控制測量精度。本文針對長大隧道控制測量精度的提高提出了優(yōu)化策略，在某隧道工程中，根據(jù)其地質(zhì)條件、施工工藝和測量儀器，提出了測量優(yōu)化策略，實(shí)地調(diào)研和數(shù)據(jù)采集反饋良好，驗(yàn)證了本文提出的優(yōu)化策略的有效性，為長大隧道控制測量精度的提高提供了理論和實(shí)踐依據(jù)，對隧道工程的決策和優(yōu)化具有重要意義。

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