高速公路隧道控制测量的相关问题及分析

高速公路隧道控制测量的相关问题及分析

【关键词】高速公路；隧道；控制测量；地面控制网

0 前言

隧道是指修建在地层中的地下工程建筑物。它被广泛用于公路、铁路、矿山、水利、市政和国防等方面。在高等公路建设中，为了满足技术标准，克服地形和高程上的障碍，改善公路的平面线形、提高车速、减少对植被的破坏、保护生态环境，避免山区公路的各种病害（如落石、坍方、雪崩、泥石流等），常常需修建隧道。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道，这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。它的测量设计和施工基础的控制测量工作在隧道建设工程中是非常重要的，一般隧道施工控制测量分为隧道地面控制测量和隧道地下控制测量，而作为基础的地面测量是保证隧道正确贯通的前提，所以，必须要注重隧道控制测量中的控制网的布设、坐标系等问题，才能建立高精度的地面施工控制网，并从根本上做好隧道的控制测量的工作。

1 隧道地面控制网的布设原则

1.1 做好布设前的资料准备

在制定隧道控制网的布设方案前，首先要做好资料准备，收集详细的隧道所在地的地形图、隧道工程中竖井、斜井、引道工程、水平坑道等构筑物的布置图，还有控制测量资料等，为控制网布设做

好数据准备。

1.2 充分考虑现场情况

确定控制网时，要充分了解和考虑工地现有测量仪器的类型、性能，交通条件和外界影响因素等，根据隧道的建设要求和特点来优化控制网的布设方案和确定控制网观测的必要精度。

1.3 每个洞口附近要设置不少于3个平面控制点和3个水准点，作为洞内测量的起测依据。

1.4 为保证布设洞口投点便于施工中线放样测量、联测洞外控制点和向洞内测设导线，一般洞内传算的起算边长需大于300m。

1.5 为保障定向和检查，相邻的控制点应能通视。

2 隧道地面控制网的精度要求

2.1 关于控制网的精度和常用形式

布设隧道控制网是为了保证地下两个相向开挖的工作面能够正确贯通，而控制网的精度取决于隧道贯通的精度、长度和形状、及施工方法等。

控制网的常用形式有以下三种：

（1）gps网最为常用，无需通视，所以布网限制条件较少，网形精度较高。

（2）三角网对于地势起伏较大，通视条件较好的施工场地，可采用三角

（3）导线网对于地势平坦，通视又比较困难的施工场地，可采用导线网。

目前，控制网的布设多采取gps控制网形式，控制点间无需通视，可直接把隧道两洞口投点联系起来，从而大大减少地面控制点的数量；gps定位相对精度高，尤其采用较长长度（≥1000m）测量基线边构成的控制网；gps控制网的设计也必须贯通隧道的精度要求，为保障工程安全，要做到精度控制，但同时要防止不必要的“精度浪费”。

2.2 gps控制网的精度

为了实现隧道网的布设和精度设计，可以根据隧道总长度和测区地形及各坑口的初步位置，以不同边长模拟几种gps测量网的方案，根据图形和他的gps矢量的协方差矩阵解求q值，并求出坑口控制点的精度，选择既满足精度m2≤±20mm又具有高效率的网作为优化方案。

2.3 gps控制网的布网原则

2.3.1 地面上的控制点应选在利于保存、施测方便的地方；

2.3.2 当利用城市已有控制点时，应检查该点的稳定性及完好性；

控制点应远离高压输电线和无线电发射装置，其间距分别不小于50m和200m；

2.3.3 控制点上应视野开阔，并避开多路径效应的影响，在10～15高度角以上不能有成片的障碍物；

2.3.4 控制点应埋设牢固并应绘制点之记。

3 隧道控制测量坐标系统的确立

高速公路中直线隧道长度大于1000m的，曲线隧道长度大于500m 的，应该根据横向贯通精度要求建立独立的平面坐标系统。

坐标系统首先要方便隧道施工放样，另外要考虑和它的两端路线的正确衔接。可以是国家高斯平面坐标系统或任意经度的中央子午线高斯平面坐标系统，但一般仍较多采用独立坐标系统。常规测量网一样为了施工方便，常以隧道主轴线进口至出口方向为x轴正向，隧道的某一线路中线里程为x坐标系统起算值，右旋90°确立y坐标轴，坐标原点处。坐标值可以为正常数，也可以为0。

实际方案中可选择隧道底部平均高程面作为投影面，将隧道中心线作为中央子午线，按照高斯正形投影计算平面直角坐标系统；也可把抵偿高程面作为投影面，按高斯正形投影3带计算平面直角坐标；也可以根据椭圆面作投影不变，选择合理的中央子午线，即将长度投影到该投影带所产生的变形，正好等于这一长度投影到椭圆球面所产生的变形。

4 隧道贯通误差影响值的估算

贯通误差是指相向开挖的两条施工中线上，具有贯通面里程的中线点不重合，两点连线的空间线段；实际的贯通误差只有在贯通后才能确定，所以施工中需要预先对误差进行预估算。

4.1 误差的分类

4.1.1 贯通误差在水平面上的正射投影称为平面贯通误差；

4.1.2 在铅垂面上的正射投影称为高程贯通误差，简称高程误差；

4.1.3 与贯通面平行的分量，称为横向贯通误差，简称横向误差；

4.1.4 与贯通面垂直的分量，称为纵向贯通误差，简称纵向误差。

4.2 贯通误差对隧道贯通的影响

4.2.1 纵向误差影响隧道中线的长度和线路的设计坡度；

4.2.2 横向误差影响线路方向，如果超过一定的范围，就会引起隧道几何形状的改变，甚至造成侵入建筑限界而迫使大段衬砌拆除重建，既给工程造成重大经济损失又延误了工期。因此，必须对横向误差加以限制；

4.2.3 高程误差主要影响线路坡度。

4.3 控制测量对贯通精度影响的限值（表1）

4.4 贯通误差的估算

4.4.1 导线测量误差对横向贯通精度的影响

【参考文献】

[1]李辉，李琪，刘庆丰.武广铁路客运专线隧道施工监测技术[j].铁道建筑，2010（01）.

[2]闫广东，米存芳.浅谈长大隧道的洞内平面控制测量[j].城市建设理论研究，2011（28）.

[责任编辑：曹明明]