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关于隧道中教测量误差控制方案分析-中教数据论文关于隧道中教测量误差控制方案分析 宋卫东 （天津市津南区中铁十八局第六工程有限公司，天津300222） 摘要：实践表明，有必要对当前隧道施工及测量过程中使用的主要测量方法进行研究，尽可能使误差控制在一定范围内，从而确保隧道测量误差最小化、质量和精度最优化。本文在这一前提下，对隧道工程测量技术和误差进行分析，以期找到隧道测量误差控制的最优方案。 关键词：隧道测量；误差控制；方案；测量技术 doi:10.16083/ki.16711580.2016.02.053 中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：16711580（2016）02018403 收稿日期：20151109 作者简介：宋卫东（1983），男，河北定州人，天津市津南区中铁十八局第六工程有限公司,工程师。研究方向：测量。 一、误差与减弱对策 一般来说，测量数据不但包含必要的信息，也不可避免地存在着干扰误差，即有效信息以外的干扰性信息，也是在测量过程中应当尽可能减少或减弱的部分。 （一）误差及其减弱措施 1. 误差的来源 一般来说，观测误差主要来源于外界条件、测量仪器和观测者三个方面。虽然除此之外，同样存在着其他造成误差的因素，但相对来说不可控，因此暂不考虑。 外界条件。外界条件包括许多因素，测量时的温度、湿度、风力等都可能会影响测量的精度。 测量仪器。测量过程中需要使用多种仪器，这些仪器具有不同的准确度，因此在使用时就会带来大小不一的误差，导致最终数据存在一定的问题。例如有时仪器的最小刻度不够精准，就可能导致估读时的尾数出现偏差。 观测者。由于观测者自身生理条件所限，导致观测者的鉴别能力有所差别，在使用仪器测量且需要估读时，就可能产生读数误差。除了生理因素以外，观测者的能力水平、熟练程度以及工作态度都可能导致观测数据产生变化。 上述三个因素也被统称为观测条件，当三个因素在观测过程中对观测的主要影响因素产生的作用较小时，就能得到精度较高的观测数据，否则只能得到精度较低的观测数据。对于测量工作者来说，要做的就是在现有条件下尽可能精确地实施测量并得到数据，这既是对测量工作者的技术要求，也是职业道德的准则。 2. 减弱误差影响的手段 当外界条件无法改变时，可以采取以下方法尽可能减少误差及其测量结果的影响： （1）布设能够发现并抵抗粗差影响的控制网，确保内外均有较高的可控性。 （2）增加多余观测量尝试抵消误差。 （3）增加观测次数，通过求平均值法减少误差。 （4）优化测量方案和不同仪器的使用顺序，减少误差积累。 （5）通过增加观测数据的预处理和粗差探测提高数据可靠性。 需要注意的是增加测量次数和增加多余观测量并非越多越好，而是应当控制在一定范围内，否则将会导致费用增加，甚至进一步加大误差存在的可能性。 （二）对粗差的认识 一般来说，不同因素对测量结果的影响是随机的，不存在一种或几种影响因素长期占据主导地位的情况。但有时观测值中也会存在粗差，如果不能较好地处理，将会导致平差成果质量不足。 二、隧道工程测量特征与施工方法 （一）隧道工程测量工作特点 1. 有时施工环境较差，经常需要进行点下对中，边长较短时测量精度无法得到保障。 2. 隧道工程一般采用独头掘进方式，洞室之间相互不连通，不便组织校核，随着坑道推进致使点位误差逐渐累积。 3. 隧道工程施工现场较为狭窄，因此可选的控制测量方式较少，只能以低级导线坑道掘进，之后布设高级导线。 4. 为确保地面和地下采用的坐标系统统一，要采用联系测量的方式进行测量。 （二）隧道建设常用施工方法 当前我国隧道施工采用的方法与国际上大多数国家相同，均采用盾构法、明挖法、暗挖法等。 1.盾构法 这一方法主要用于地铁隧道施工。这一方法的主要方式是施工机械在地面下暗挖隧道。其主要优点是绝大部分施工作业在地下进行，仅有竖井作业需占用地面，对交通的影响较小，同时噪声污染和机械振动对居民生活产生的影响也较小。 2.明挖法 这一方法是当前国际上主流的地铁施工首选方法。这一方法需要挖开地面后开挖土石方，自上向下开挖到设计标高后在基底进行施工操作，完成隧道主体结构后回填基坑或恢复地面。 3. 暗挖法 这一方法需满足必要的施工条件，不对地面进行开挖，全部施工作业在地下进行，施工结束对隧道进行修筑衬砌工作。 4.盖挖法 这一方法是从地面向下开发土石方，挖到足够施工操作的深度后封闭顶部，在地下完成剩余工程。 三、隧道贯通误差及其分配 （一）隧道贯通误差 贯通误差主要分为三类： 纵向贯通误差线路中线方向的投影长度，简称纵向误差。这一误差主要影响隧道中线长度，基本不影响隧道贯通，也较少影响施工质量。 横向贯通误差垂直于中线方向的投影长度，简称横向误差。 高程贯通误差高程方向的投影长度，简称高程误差。这一误差主要对掘进和铺轨同步进行的隧道影响较大，导致接轨点的平滑度较低，也可能影响隧道坡度。采用合适的测量方法能减少这一误差。 （二）贯通误差的分配 采用盾构法施工的隧道工程，在进行工程测量时，地面控制网的选择较多，地下控制测量却大多只能布设为支导线形式。贯通误差限值的分配即是测量精度的确定。洞内导线能够确定施工中线和贯通误差，测量误差、施工误差和放样误差对贯通精度的影响也可以忽略不计，所以隧道贯通误差的主要影响因素可确定为来源于地上控制网、地下控制网和导线及竖井联系测量。隧道施工过程中，地面控制测量和洞内控制测量往往由不同施工单位分别实施，因此贯通误差应当进行适当分配。 由于地面条件显著优于地下，平面控制测量精度要求也必然要高于地下测量，洞内导线测量的精度可略低于地面测量。地面控制测量的误差、洞内导线测量误差均可作为独立影响因素，而竖井开挖的联系测量较大程度上能够影响贯通精度，因此也被作为影响贯通精度的独立影响因素。高程控制测量时，洞内的高差变化和水准路线条件都优于地面；洞内的水、气和烟尘的影响程度等按等影响原则进行分配；光亮度较差，施工干扰都使竖井联系测量可以被作为高程贯通精度的重要影响因素。随着我国施工技术和勘测技术的不断发展，一些传统的测量方法已经被GPS控制测量方法所替代，并广泛应用于地铁等隧道交通施工的地面中教控制测量中。 四、隧道贯通测量技术设计 （一）贯通误差及相应技术指标 由于纵向误差对贯通误差几乎没有影响，因此可忽略不计。按照等影响原则，洞内外水准测量误差所产生的高程贯通误差的容许值相同。 （二）地面控制测量 本文以笔者参与进行贯通测量的某隧道施工工程为例，对隧道贯通测量技术及其设计方案进行简要阐述。 1.坐标系统 地面控制测量和洞内控制测量均采用与已知点相同的坐标系统，平面采用WGS-84坐标，高程采用1985年颁布的国家高程基准体系。设计地面布设一级导线，分为5条边，长边298米，短边196米，平均边长270米，测量中误差5秒，测距相对中误差为1/30000。 2.地面高程控制测量 本隧道所处地段地形复杂，树林密集，两旁的山体长满了各种树木，隧道属于中直隧道。综合上述，各种因素洞外按2公里进行四等水准测量，敷设四等水准路线，所用仪器为S3型水准仪，其每公里高差中数的偶然中误差取ma=5.0mm。观测方法按四等水准测量的观测方法进行观测。 3.洞内控制测量 （1）洞内导线布设 考虑到本隧道为直线型隧道，并且属于中隧道，出于对控制测量成果的考虑，最终沿隧道中线布设等边直伸型二级支导线作为工作导线，且布设为等边直伸型导线。洞内设4个导线点，5条边线，长边200米，短边180米，平均边长196米，测角中误差为8秒，测距相对中误差为1/14000，其他技术指标采用导线测量技术指标。测量所采用的仪器与洞外平面导线控制测量时的仪器相同，并严格按规范要求执行。 （2）洞内导线测角和测边 洞内导线测角采用方向观测法，与地面导线基本相同。 洞内导线测边的传统方法是钢尺量距。采用光电测距仪和全站仪测定边长效果更好。 五、地面控制测量控制误差环节 一般情况下，提高洞外地面控制测量质量能够间接提高地面控制测量结果的有效性和准确性。隧道内测量条件较差，因此要尽可能增加洞外控制点的测量精度，从而在误差分配方面能够有更多的余量，使最终全隧道的总影响值低于限值。 基于城市二等网的地面控制网在布设时分为两级首级GPS网和二级精密导线网，布设时应确保联合横向中误差小于25mm。 GPS控制测量作为地面控制测量的科技手段具有无需通视、点数少、精度高、性价比高等优点。而导线测量灵活性更强，短距测速快，相对精度高，因此被广泛应用于加密首级GPS网络。二者合作也是未来的主要发展方向。需要注意的是，GPS定位属于法线系统，导线测量属于垂线系统，二者基准并不完全相同，因此在进行联系测量和平差解算要充分考虑到垂线偏差的影响。 为了尽可能做好地面测量的误差控制工作，GPS测量需要注意以下几点： （1）点位应放置在较开阔，且能离开电磁波等有干扰的地方，安放设备的场所应交通方便，易于安置接收设备。 （2）为确保下一步常规测量方法的联测和扩展，即使GPS 测量对相邻测站点并不要求相互通视，GPS的每一个控制点也应确保1个以上的通视方向。 （3）为保障GPS网络的可靠性，应由异步独立观测边构成闭合环路或复合线路，从而提供校检所需要的各项条件。 （4）在观测前，应提前编制含有可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组的最佳观测时间和点位几何图形强度因子等内容的GPS卫星可见性预报表。 六、总结 在隧道施