隧道洞内平面控制测量的几种方法

隧道洞内平面控制测量的几种方法隧道施工控制测量的目的，主要是控制隧道施工的横向贯通误差和指导洞内的施工，而横向贯通误差的大小主要取决于隧道施工的平面控制测量。隧道施工平面控制测量包括洞外平面控制测量和洞内平面控制测量，目前洞外的平面控制测量已经全部采用GPS测量技术，而洞内的平面控制测量则只能采用各种形式的导线。由于GPS隧道洞外控制网具有测量精度高、图形强度好和控制点数量少等优势，因此目前隧道施工的横向贯通误差的大小主要取决于洞内平面控制测量的方法和精度，为此隧道施工测量实习主要进行洞内平面控制测量的实习。

对于高速铁路隧道而言，要求在隧道贯通后进行洞内线路平面控制网（CPII）的建网测量。CPII控制网是洞内轨道控制网（CPIII）平面网的起算数据，因此其精度至关重要。本实习模拟建立高速铁路隧道洞内CPII控制网。

下面首先介绍隧道洞内CPII控制网测量的基本知识；然后分别介绍洞内CPII控制网测量的几种方法，包括符合单导线、导线环网、交叉导线网和自由测站边角交会网。

1、CPII控制网的基本知识

高速铁路建设过程中，CPII控制网的主要作用，既是线下工程施工的测量基准，又是CPIII平面网的起算基准，而隧道洞内的CPII控制网则主要是洞内CPIII平面网建网测量的起算起算基准。洞内CPII控制网要求沿线路方向每隔400 m左右布设一个控制点或每隔400m左右布设一对点（两个点），控制点一般布设在隧道洞内排水沟侧墙顶面，最好采用强制对中标志。洞内CPII控制网只能采用全站仪的导线或导线网方法进行建网测量，测量的精度根据隧道的长度确定，长度在6km以下的隧道，测量精度为三等；7km以上的隧道，其洞内平面控制测量的精度为隧道二等。

2、洞内CPII控制网测量的四种方法

根据隧道的长短，洞内CPII控制网采用不同的测量方法。目前，洞内CPII控制网测量一般采用符合单导线、导线环网、交叉导线网和自由测站边角交会网四种方法。

（1）符合单导线方法

对于长度小于2km的短小隧道，洞内CPII控制网可以采用符合单导线的方法进行测量。符合单导线的测量网形如下图1所示。

CP001CP003CP005CP007CP009CP011

CP002CP004CP006CP008CP010CP012

图1 洞内附合单导线测量网形示意图

图1中，CPI1、CPI2和CPI3、CPI4分别是隧道进出口外的洞口控制点，也即高速铁路的基础控制网（CPI）的控制点，进口或出口的两CPI控制点之间的间距一般为800m左右，两点之间要求相互通视。CP001、CP004、CP006、CP008、CP009和CP012为洞内导线点，相邻导线点间的纵向间距一般为400m左右。符合单导线的观测值为各测站上的水平方向和相邻导线点间的水平距离，要求采用智能型全站仪进行自动测量。

（2）导线环网的方法

对于长度在2km至6km之间的中长隧道，洞内CPII控制网要求采用导线环网的方法进行测量，导线环网的测量网形如下图2所示。

CP001CP003CP005CP007CP009CP011

CP002CP004CP006CP008CP010CP012

图2 洞内导线环网测量网形的示意图

图2中，CPI1、CPI2和CPI3、CPI4分别是隧道进出口外的洞口控制点，它们是洞内导线环网的坐标起算点。当洞内CPII控制网是导线环网时，洞内控制点要求成对布设，CP001、CP002、CP003……、CP012为洞内导线点，相邻导线点点对间的纵向间距一般为400m左右，要求左右侧的导线点每隔六条导线边构成一个闭合环。洞内导线环网的观测值为各测站上的水平方向和相邻导线点间的水平距离，要求采用智能型全站仪进行自动测量。

（3）交叉导线网的方法

对于长度在7km以上的长大隧道，洞内CPII控制网要求采用交叉导线网的方法进行测量，交叉导线网的测量网形如下图3所示。

CP001CP003CP005CP007CP009CP011

CP002CP004CP006CP008CP010CP012

图3洞内交叉导线网的示意图

图3中，CPI1、CPI2和CPI3、CPI4分别是隧道进出口外的洞口控制点，它们是洞内导线环网的坐标起算点。当洞内CPII控制网是交叉导线网时，洞内控制点也要求成对布设，CP001、CP002、CP003……、CP012为洞内导线点，相邻导线点点对间的纵向间距一般为400m左右。洞内交叉导线网的观测值为各测站上的水平方向和相邻导线点间的水平距离，同一点对间短边的水平方向和水平距离不需要观测，同样要求采用智能型全站仪进行自动测量。

(4)自由测站边角交会网

对于长度在7km以上的长大隧道，洞内CPII控制网还采用自由测站边角交会网的方法进行测量，自由测站边角交会网的测量网形如下图4所示。

CP001CP003CP005CP007CP009CP011

CP002

图4 自由测站边角交会网的示意图

洞内自由测站边角交会网，采用图4所示的构网方式进行外业测量。图4中，CPII控制点成对布设在洞内围岩的双侧壁上，并采用强制对中标志安装测距棱镜，这样的话在控制点上是无法架设全站仪的。洞内自由测站边角交会网控制点点对间距，一般为250 m至300m 左右，外业测量时全站仪自由测站架设在相邻两对CPII控制点中部，观测值是自由测站至各控制点间的边长与水平方向，此时边长只能单向观测。洞内自由测站边角交会网多余观测值也较多，其最大优势是在测量时全站仪和棱镜均没有对中误差，而且由于测量时没有靠近隧道侧壁的视线，因此旁折光对水平方向测量的影响较小，使洞内控制网的横向精度得到了较好的控制，这是一种长大隧道洞内平面控制网测量的最新方法。

图4中CPI1、CPI2和CPI3、CPI4点分别是隧道进、出洞口处的洞外控制点，也是隧道洞内自由测站边角交会网的起算数据。图4中没有标明点号、在隧道中线附近的点，即为外业测量时全站仪的自由测站点。

3、洞内CPII控制网测量的技术要求

（1）洞内CPⅡ控制网测量的主要技术要求，应符合下表1的规定。

表1 洞内CPⅡ控制网测量的主要技术要求

（2）洞内各级导线网测量的主要技术要求，应符合下表3的规定。

（3）符合单导线、导线环网、交叉导线网和自由测站边角交会网中的水平方向观测，宜采用全园方向观测法，观测过程中的限差指标应符合下表4的规定。

（4）洞内各级导线网边长测量的主要技术要求，应符合下表4的规定。

注：1、一测回是全站仪盘左、盘右各测量一次的过程；2、测距仪精度等级如下：Ⅰ级∣m D∣≤2mm

Ⅱ级 2 mm＜∣m D∣≤5mm

m D为每千米测距标准偏差。即按测距仪出厂标称精度的绝对值，归算到1km的测距标准偏差。

4、洞内自由测站边角交会网验前精度的计算方法

对上述隧道洞内符合单导线、符合导线环网和符合交叉导线网，在外业测量后，均可