隧道贯通测量论文综述

隧道贯通测量论文综述

摘要：通过对隧道贯通测量方面文献的阅读，对隧道贯通测量设计做出初步总结，GPS、全站仪等在隧道贯通中的应用，洞内、洞外平面控制网、高程控制网的建立以及误差的分析。

关键词：隧道贯通 GPS 全站仪高程平面控制网

1.全站仪在隧道贯通测量中的应用

1．1蔡司C20全站仪特点

①蔡司C20全站仪测角精度为士1”，测距精度为±(2mm+2*10-6D)，测程为5000m(三棱镜)。②仪器内设各项改正和双轴倾斜传感器，提供棱镜常数、气温、气压改正，大气折光和地球曲率改正；能自动改正由于横轴和视准轴误差引起的视准差；具有对垂直角和水平角自动进行角误差补偿功能(补偿范围士3”)。③仪器具有直接测定、显示、记录、调阅三维坐标的功能，具有角度及各坐标误差限设置及自动报警功能。④具有专用的导线测量程序，可按提示步聚进行20个导线点之内的导线测量及自动平差。

1.2全站仪导线测量的作业方法

导线网的布设。根据测区范围将控制网布设成不同形状的闭合导线。当测区范围成块状时，导线布设成常规的多边形闭合导线；当测区范围成长条形时，导线布设成如图1的往返形交错导线。该导线返测时(图1的虚线部分)，各导线布设在距往测的各导线旁10-15 cm处，并用油漆示之，可减少山区地形通视和造点的困难。导线边长均应大致相等，相邻边长不宜相差过大，当边长较短时应控制导线边数，以便于误差的分配。【1】

本工程采用图1直伸式往返交错布设．

图1

2.GPS在隧道贯通测量中的应用

2.1 GPS的特点

2.1.1精度高，作业方便。

RTK 作业不受通视条件限制，无需做控制，基准站设置好，进行点检核后，即可开测，如用虚拟基站则更简便。

2.1.2 速度快，效率高，节约人力。

RTK 作业每组一般1 ～2 人，测记法1 人操作1 人画图，编码法1 人即可。每站测图采点仅需3 s左右，1 d 可采集500 个点数据，工作效率大大提高。

2.2隧道贯通中的GPS应用

隧道施工控制网是为隧道施工提供方向控制和高程控制的。一般由洞口点群和两洞口之间联系网组成。

如：秦岭隧道设计长度10km，是我国最长的铁路隧道。秦岭隧道GPS施工控制网共观测30条独立基线，平均边长4．1km，嘴长边长18．6km。

去年台山隧道GPS网在进出洞口及斜井各布设3个GPS点。采用静态方式观测，观测2个时段，时段长度为60min。但秦岭隧道GPS网的联系网边每时段观测90rain。

用GPS水准解决高程问题．为此建证一个高程转换试验网，有10个网点，用II等精密水准将黄海高程传递到洞口附近，联测8个点，对联测几何水准的点，采用快速静态测量方式测定其点位。高程拟合采用非参数回归模型。拟合的高程。满足隧道贯通对高程的精度要求。

各项质量枪核结果表明，秦岭隧道GPS施工控制网达到测绘行业标准《全球定位系统(GPS)测最规范》C级网的技术指标，也满足铁路测量精度要求达到国家三等控制点精度。[2]

3.建立洞外隧道控制网的主要方法

3．1平面控制测量

洞外平面控制测量可采用GPS测量、导线测量、三角测量、三边测量或多种方法的综合测量。由于一般隧道工程特殊的地形条件的限制(山区地形)，现代隧道工程洞外测量基本上都采用的是GPS全球定位技术布网作为平面控制测量的方法。

对予超长隧道贯通的GPS网形，考虑到GPS网的灵活性，在进、出口线路中线上布设进、出口点(M、N)，进、出口外围再各布设3个定向点(M1、M2、M3和N1、N2、N3)，进、出口点与相应定向点之间应通视，组成一个整网即可，见图二。为减小垂线偏差的影响，每端各控制点的高差不要相差太大。即使对于特别长的超长隧道，也无需在隧道中部增设过渡点，但洞口处的GPS基线若小于300-500m，最好应设强制对中装置，以减小照准与对中误差对短边测角精度的影响。也可通过延长观测时间、增加观测时段、采用精密星历解算等措施，以大大减小洞外GPS测量误差所引起的横向贯通误差。

图二

3．2高程控制测量

对于短隧道而言，采用三角高程测量的方法还是可行的：但对于长隧道和超长隧道而言，洞外高程控制测量主要采用精密水准测量的方法。水准测量的方法虽然可以保证精度，但其劳动强度大，效率低，因此用GPS拟合高程代替水准测量是以后的发展方向。现阶段我国大地水准面的精化工作还不够完善，精度和范围也远远满足不了精密工程建设的需要，这是测绘界亟待研究和解决的问题。

4建立洞内平面控制的主要方法

4．1隧道洞内平面控制测量的基本方法

隧道是一个狭窄的向一个方向延伸的地下巷道，与地面的条件相比有很大差别，隧道内平面控制测量的基本方法是支导线法。一般而言，直伸型或近似直伸型的隧道较多，洞内支导线可近似布设成等边直伸型的形状，这样有利于分析和计算。但是，支导线测量方式的应用范围是非常有限的，当精度要求较高时就必须采用其它的控制方法。

4.2采用导线网法建立洞内平面控制测量

对于长隧道或超长隧道，较为常用的控制测量方法，是采用导线网的方式建立隧道洞内平面控制测量。

洞内导线布设的主要方法有大地四边形构成的直伸型导线锁和由双导线构成的交叉双导线网两种形式。由于直伸型导线锁的观测量大，且靠近洞壁的侧边易受旁折光影响，所以采用交叉双导线网更好。为增加检核，应每隔一条侧边闭合一次，成为由重叠四边形构成的交叉双导线网。根据文献分析，洞内导线网宜采用测角精度优于±1”，测边精度不低于3 mm+2ppm*D的全站仪观测。

采用交叉双导线网或直伸型导线锁的方式可以有效地减小隧道横向贯通测量的误差，但其缺点也十分明显：一是大大增加了导线测量的工作量；二是数据处理的工作量也明显增加：三是过多控制测量与施工有一定的冲突与干扰，会使测量工作常常产生中断和等待。[3]

5.隧道贯通误差分析

5.1隧道贯通误差的分类

在隧道施工中，由于洞外控制测量、联系测量、洞内控制测量以及细部放样测量的误差，使得两个相向开挖的工作面的施工中线不能理想的衔接，而产生的错开现象，叫做贯通误差，用A表示。将其在隧道中线方向的投影称为纵向贯通误差，用A

X

表示，在水平面内垂直于隧道中线的方向的投影称为横向贯通误差，

用A

Y 表示，在竖直方向的投影叫做高程贯通误差，用A

Z

表示，那么贯通测量误

差A2=A

X 2+A

Y

2+A

Z

2

实际上对于隧道贯通误差来说，纵向贯通误差A

X

，只影响隧道的长度，只要

它不大于隧道定测中线的误差，便可满足隧道施工要求。高程贯通误差A

Z

：采用

水准测量的方法也很容易达到所需的要求。横向贯通误差A

Y

．如果超过一定的范