隧道施工控制测量方案设计及贯通误差预计.doc

隧道施工控制测量方案设计及贯通误差预计内容摘要：结合常吉高速公路雀儿溪隧道介绍施工测量控制的方案及其误差所引起的横向贯通的评估方法、横向贯通精度预计来说明此方案可以满足对横向误差控制的要求。关键词：控制测量 贯通误差一、控制测量的目的雀儿溪隧道全长1547米，所处地形复杂、山高沟深，植被茂密。为了保证雀儿溪隧道相向开挖的工作面能按规定的精度正确贯通，并使各建筑物按设计位置和几何形状修建，不侵建筑限界，符合验收精度要求。为达到此目的，在隧道施工前，应做好隧道地面控测、洞内外联测、洞内控测等工作，并通过贯通误差预计，判断所布控制网的方案是否能满足设计及施工的要求。二、网型设计1.洞外控制网设计作为控制隧道施工的地面测量控制网，其主要作用是：在隧道进口和出口彼此不能通视的情况下，控制隧道相向开挖，保证隧道正确贯通。在进行网型设计时，首先根据隧道的形状、长度、地形、植被、建筑的分布、地质的稳定情况、大气折光场的情况等来选择判定控制用什么方案？是三角网、侧边网、边角网、还是导线网？还是两种或几种方案的综合运用？如果用GPS定位技术，还要考虑控制点周围的环境，避开干扰。然后要保证每个洞口至少有一个稳定可靠的进洞控制点，另外还要考虑把地面网的精度裕量让给地下网，这是因为：地面网的布设较地下网灵活和观测环境要比地下网好，地下网的边长较短且只能按线形工程的延伸方向和位置布设控制点；地下网的观测条件较差，受照明、灰尘和施工干扰等。结合雀儿溪隧道的实际情况，按照文献1和文献2的规定，应建立一级导线控制网，横向贯通误差应小于50mm，其中洞外控制网误差所引起的横向贯通误差应小于30mm，洞内控制网误差所引起的贯通误差应小于40mm。在进行起算数据设计时，地面网平差起算方向应为原2个线路勘测控制网点坐标反算的坐标方位角，以此方位角作为坐标系的起算方位角；地面控制网的坐标投影面应为隧道中线的平均高程面，控制网的所有边长均应投影到该投影面上，这样的地面网平差计算才是真正意义上的独立网的无约束平差，平差的结果不会有任何变形和扭曲。考虑到隧道一般为线型带状和高等级精度的全站仪普及，隧道洞外控制网一般布设成带状的导线网。测量时采用测回法测角度，对向观测距离。测回数依隧道长短而定。观测时应在阴天或上午九、十点和下午四、五点时进行，减少大气折射对观测的影响。2.联系测量和洞内控制网设计为将地面控制网参数传入洞内，以指导中线进洞和开挖方向，必须设立洞口投点和建立洞内控制网，通过投点进行地面和洞内控制网的联测。对无竖井隧道而言，应在每个洞口设立一个线路中线上的投点，且地下控制网观测精度应与地面控制网观测精度相同。洞内控制网应布设成双导线闭合环。因洞内光线灰暗、灰尘等条件影响，洞内每条导线长应在三百米左右，最短不能短于60米。在洞口架设仪器观测、把洞外数据传到洞内时，因洞内、洞外光线明暗强弱不同，应选不同的时间段多观测几测回，取其平均。三、各控制网观测方案为满足控制网达到四等导线网的精度，控制好隧道横向贯通误差，在角度和距离观测中，根据文献1和文献2的有关规定，各观测点的观测回数和各项限差应满足表1和表2的规定。表1 水平角方向观测法的主要技术要求仪器等级测回数测角中误差三角形内角和闭合差半测回归零差一测回中2C较差同一方向各测回间较差DJ242.5981310表2 水平距离测量的主要技术要求仪器等级测回数一测回读数较差往返测较差测距中误差相对中误差往返1测回10mm2（a+bSi）10mm1/20 000四、横向贯通误差预计1.地面网误差引起的横向贯通误差现在按导线控制的形式来估算，因为这是最比利的情况，边角网的精度比导线好的多，根据文献3导线测角误差引起的横向贯通误差按下式计算：=式中导线测角中误差（）；弧秒，采用206265R导线各测角点至贯通面的垂直距离的平方总和（）导线测边误差引起的横向贯通中误差按下式计算： =式中导线测边相对中误差； 导线各边长在贯通面上的投影长度的平方总和（）地面网总的测量误差对横向贯通面上的总影响值按下式计算： =2.地下网误差引起的横向贯通误差洞内导线是沿隧道走向所设计的，特别是在主要的直线隧道中，各测站的水平角度均近于180，并且其边长大致相等，因此，这种导线就近似于等边直伸形导线，根据上面在某一指定方向上估算点位误差的理论，在求这种导线的终点位置误差时，便不必按原坐标系统进行估算，只要早沿导线直伸方向和垂直于直伸方向估算就行了，这就方便了估算工作，对于等边直伸的地下导线来说，导线的测角误差引起横向贯通误差，而量边误差与横向误差无关，因此要减少横向误差，就必须提高测角的精度和加大边长以减少测点的数目。由测角引起的横向贯通误差可按下式估算： =L式中L第一个测站点到贯通面距离 n测站数导线测角中误差（）；弧秒，采用2062653.联系测量误差所引起的横向贯通误差在上面的讨论中，没有考虑起算数据的误差，实际上，不论是起算边的方位角还是点的位置，都是经过许多测量求出的，因此都带有误差，特别是起算边方位角，当长隧道没有连索竖井并进行了井下的几何定向时，是从地面往竖井传递到洞内，因此含有较大的误差，对支导线终点的位置有显著影响，两洞口联系测量误差所引起的横向贯通误差为：=式中投点至贯通面的水平距离根据测量误差传播定律，综合上述，地面网、地下网和联系测量的误差引起隧道贯通面横向误差总和值应为：=现以雀儿溪隧道为例：雀儿溪隧道全长1.539公里，按照规范建立四等导线控制网，横向误差应小于50mm，导线的测角中误差为2.5，导线边长的相对中误差为。导线走向示意图如下：导线点导线边导A814662596导A导B19136481导B532283024导B导C13618496导C13217424导C导D421764导D384147456导D导E17430276导E821674041合计178454187017测角误差：=16.2mm测边误差： =14.7mm地面网总误差： =21.9mm地下网： =L=L=26.5mm联测：=778=9mm=790=9.5mm= =36.7mm显然，此控制测量误差引起总的横向误差小于相应的限差要求（限差为50mm），可见该测量控制系统的设计是合理的和切合实际的。此隧道于2004年4月开工， 2005年7月贯通，其实际的横向贯通误差为9mm。这进一步说明了此隧道测量控制系统的设计是合理和可行的。五、结语结合雀儿溪隧道的实例，根据隧道施工规范和隧道勘测来设计的隧道控制测量的方案，理论上是严谨的，实际上可行的，在最不利的导线控制情况下，（因为按测边网方案建立的地面控制测量，精度将比