水利工程中某隧洞施工控制网的测量.pdf

2 0 1 1年第 2期 ( 第 3 9卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g i i a n g S cie n ce a n d T e ch n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n cy No 2 2 0 1 1 ( T o d a l N o 3 9 ) 文章编号： 1 0 0 77 5 9 6 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 1 2 2 0 2 水利工程 中某 隧洞施工控制 网的测量 杨春升 ( 黑龙江省农垦总局北安分局红色边疆农场 ， 黑龙江 黑河 1 6 4 3 2 1 ) 摘 要 ： 水利工程中引水隧洞的施工是整个工程的重要步骤， 对施工控制点的布设、 测量以及施工过程中的复测结果、 放线过程和 成果进行理论分析 ， 能够保证 隧洞顺利贯通 。 关键 词 ： 水利工程； 隧洞施工； 控制网测量； 分析研究 中图分类号 ： U 4 5 2 1 3 文献标 识码 ： B 水利工程中隧洞应用甚广 ， 可以说只要是有水利工程建 先进技术。 设就有地下隧洞的开挖。相对铁路隧洞和公路隧洞而言， 水 利工程隧洞的长度较短， 施工条件复杂 ， 进洞 口和出洞 口的 干扰大。根据其功用的不同， 水利工程隧洞有导流隧洞 、 引 水隧洞、 输水隧洞、 泄洪隧洞、 排沙隧洞等。由于工程性质和 地质条件的不同， 隧洞工程施工的方法和精度要求也不相 同， 但大体上都是先由地面通过洞口、 竖井、 斜井或平洞等进 入地下开挖隧洞， 然后再进行相应的后续工作或是各种建 ( 构) 筑物的施工。 隧洞施工是在地下作业， 施工测量责任重大， 而且测量 周期长 ， 精度要求高， 不能有一时的疏忽和偏差 ， 并要采取多 种措施反复核对， 以便及时发现偏差并加 以改正。对于施工 测量， 施工控制网的建立是所有测量工作的基础， 如何快速 高效地建立施工控制网以方便快速地进行后续的施工放样 工作 ， 是我们施工测量人员的职责所在。 1 地面平面控制网的建立 隧洞施工平面控制网和其他的施工平面控制网的建立 方 法基本相 同 ， 一般 布设 为 独立 网形 式 。根 据 隧洞 长度 、 环 境条件、 地形情况、 规定的贯通误差以及现有的仪器设备等 因素， 选用不同的布设方法。 采用 G P S定位技术建立 隧洞的地面平面控制网有较大 的优越性。建网效率高， 观测工作比三( 边) 角网( 锁) 要提高 51 0倍以上； G P S网的图形条件( 图形夹角) 要求不高， 点间 距离及点位选布自由方便， 只需要在施工洞 口布设相互通视 的控制点。与三( 边) 角网( 锁) 相比， 其计算和检查工作量也 大为节省 ， 且容易满足规范要求 ， 返工少。它适用范围广， 无 论隧洞长短都可应用， 且经济快速， 是一种值得大力推广 的 收稿 日期 2 0 1 01 01 0 作者简介】 杨春升( 1 9 7 2一) ， 男， 山东嘉祥人， 工程师。 - 1 2 2 - - 外业实施过程中， 某隧洞布设的导线 网点为 2 9座， 全站 仪测量一般配置 6人在1 5 d 内可完成一座隧洞的外业数据采 集工作。而采用 3台套的 G P S接收机进行观测 ， 测量人员仅 配置 3人， 每座隧洞布设的 G P S网点平均只有 8个 ， 外业数 据采集只需4 d 时间完成。显然， G P S技术在人力资源、 网型 设计、 测量手段、 施测工期等方面 比导线网测量技术有更加 显著的优越性。 2 隧洞贯通误差极限 隧洞施工地面控制网的精度不但要保证施工隧洞能顺 利贯通 ， 而且要满足规定的贯通限差要求。规范规定 的限差 指标就是通常所说 的隧洞贯通误差极限。隧洞的贯通误差 是洞外控制测量、 洞外和洞内衔接测量、 洞内施工控制测量 误差的综合影响。按照隧洞贯通面上误差的影响来说， 贯通 误差分为纵向、 竖向和横向三项误差。纵向误差影响隧洞中 线的长度， 只要它不大于定测中线的误差 ， 能够满足与洞外 水工建筑衔接的要求即可 ， 比较容易做到。竖向误差即高程 误差， 采用精密几何水准测量的方法， 也比较容易满足要求。 而横向误差如果超过了一定的范围， 会引起隧洞几何形状的 改变， 甚至不能贯通， 给工程造成重大损失。隧洞越长， 施工 过程中在贯通面上产生的横 向误差累计越大， 因此， 隧洞施 工对地面控制网的精度要求更高。显然， 建立隧洞施工地面 控制网最关注的技术焦点在于施工控制网的精度必须要满 足隧洞贯通横向误差的限差要求 ， 从而达到隧洞准确贯通的 目的。 3 应用 G P S定位技术作隧洞的平面施工控制 网必 须注意的问题 杨春升： 水利工程中某隧洞施工控制网的测量 第 2期 3 1 坐标系统和已知点的选用问题 G P S定位技术的解算是在wG s一 8 4坐标系统下进行的， 与我们常用的北京坐标系或者西安 8 0坐标系不相同， 因此 需要通过与工程所用的坐标系进行联测转换。笔者经多个 工程实践认为， 引用的已知点不宜过多， 一般为 23个点。 已知点过多反而会因为原已知点本身的误差使整个控制 网 在平差处理中产生整体缩放。 3 2 施工控制网投影高程面坐标计算问题 目前我们常用的解算软件都是通过 WG S一8 4坐标系统 与当地坐标系统进行换算而解得所求的控制点的当地坐标。 对于不长的隧道( 2 0 0 0 m以下) ， 可以利用高斯投影的原理 将已经得到的当地坐标再投影到隧洞的平均高程面将中央 子午线调整至隧洞 中央即可。对于长隧洞， 笔者建议 ， 用测 距仪加测多条边长 ， 并对边工作相应 的改正后加入平差处 理 ， 以降低因比例因子误差带来的累积误差。 3 3 精密导线法 精密导线法也是当前应用较为广泛的一种方式。它是 在隧洞的进洞口与出洞 口之间， 沿着隧洞轴线布设 ， 导线点 数不宜过多， 直伸型导线是较为理想的一种形式。但有时受 地形条件的影响， 无法布设直伸型导线也不要过于强求， 可 以通过增加测角的测回数来提高测角精度 ， 以降低测角误差 对横向贯通的影响。为 了增加校核条件 ， 提高导线测量精 度 ， 一般导线应使其构成闭合环线 ， 也可以采用主副导线闭 合环。 对于长度在1 5 0 0 m以下的隧洞亦可以采用单一导线形 式。但由于单一导线没有多余观测条件 ， 如果发生错误很难 及时发现， 因此在观测过程 中应该采用多次测量求平均值， 或者要进行多次的复测， 并取几次复测计算的坐标平均值作 为导线点的最终坐标。 3 4 G P S与精密导线的混合网 这种建网方式就是充分发挥两种建网方式的优越性。 一 般是采用定位技术在条件允许的地方布设 G P S点进行观 测 ， 利用导线选点的灵活性在不便于 G R观测的支洞 口或者 其他需要布点的地方进行控制点加密。这两种方法 的结合 是一种平面精度高、 速度快， 省时省力的好方法。在应用中， 多数都是分成两级进行敷设。 4 高程控制网的建立 4 1 常规的水准测量 隧洞地面高程控制测量主要采用水准测量的方法 ， 利用 勘测阶段布设的已知水准点作为高程起算数据 ， 沿着拟定的 水准线路将高程引测至每一个洞 口， 水准线路应构成闭合环 线。水准测量的等级取决于两洞口间水准线路的长度。对 于水头宝贵的平原地区， 水准测量的等级要求相对要高； 对 于河流落差较大、 水头丰富的山区， 水准测量的等级要求可 以适当放宽。 4 2 三角高程测量 水利工程中的隧洞一般都是位于祟山峻岭之中， 几何水 准线路的选择和实施 比较因难。用光电测距三角高程测量 传递高程因其受地形条件限制较少， 布点灵活， 效率高， 且能 与平面导线一同观测等优点， 深受广大测绘工作者的青睐。 目前该技术已经很成熟， 在大量的水利工程 中用 以代替四、 五等水准测量， 应用较为广泛。 三角高程测量 中， 影响其测量精度的因素较多， 包括观 测误差、 大气折光影响、 垂线偏差的影响等。由于有了先进 的仪器设备以及观测方法的改进 ， 观测误差已经大大降低 ， 三角高程测量中采用的是短边测量， 垂线偏差带来的影响甚 微， 因此大气折光的影响是三角高程测量中必须高度重视的 一 项误差来源。我们可以通过以下几点方法削弱大气折光 对三角高程测量的影响。 1 ) 必须采用往返对向观测。往返观测可以削减多项误 差 的影 响。 2 ) 大气折光影响与距离的平方成正 比， 因此， 应尽量缩 短观测边长。根据分析论证， 对于短边 三角高程测 量在 4 0 0 m以内的短距离传递高程 ， 大气折光的影响不是主要的。 3 ) 观测时尽量避开大气折光系数变化大 的时间段。大 气折光系数在地方时间 1 01 6 h 值较小， 而且较为稳定 ， 因 此比较适宜进行三角高程测量。 4 ) 点位尽可能设在观测视线较高处。 5 ) 尽量缩短往返观测的时间间隔。 5 结束语 由于新仪器、 新技术的不断涌现， 以往推祟的一些建立 施工控制网的方法已经不再受到测绘人员的青睐， 取而代之 的是这些灵活简便， 受地形条件、 气候条件约束少的测量方 式 。 参考文献 ： 1 郑桂水 引滦隧