特长隧道洞内平面控制测量技术

1、特长隧道洞内平面控制测量技术作者 中铁津桥工程检测有限公司关景升 【摘要】文章结合工程实际，对特长隧道的洞内导线的布设方案、观测方法、及精度检核等方法做了详细的阐述和讨论，并结合了作者本人的一些经验，供大家参考。关键词： 特长隧道 平面控制测量 多边形闭合环在铁路快速发展的今天, 修建十公里以上特长型铁路隧道的技术已日渐成熟。一座特长型隧道在施工期间，一般由多个工作面组成，如何保证不同的工作面在相向开挖掘进过程中合理的贯通，是洞内平控制测量技术的重点工作，现代化的测量仪器标称精度较高，但隧道施工期间洞内空间狭小，光线昏暗等不利因素，时刻影响着测量精度，所以必须研究一套科学、合理的特长型隧道洞内

2、平面控制测量技术才能保证隧道不同工作面间的合理贯通，保证各贯通误差各项指标在规范允许范围内。就显得尤为重要，同时也是摆在工程测量专业人员面前的一大重要课题。本文根据长期以来隧道控制测量方面经验, 结合某隧道的实际测量情况, 对隧道的洞内平面控制测量技术进行了详细的阐述和总结，并在其它项目中得到广泛推广。现将此方法介绍给大家，以供参考。1工程概况：新建贵(贵阳)广(广州)铁路两安隧道位于广西省贺州市钟山县境内，起讫里程DK526+711DK539+379，长度12668m，属特长型隧道。全隧道共设四个工区，进口、出口及两座斜井，于线路前进方向右侧DK529+300处设置一号斜井，与线路中线前进方

3、向交角为107°，坡度9.8，平长1508m；于线路前进方向左侧DK536+300处设置二号斜井，与线路中线前进方向交角为36°3000，坡度7.85%，平长1353m，相向施工。图两安隧道平面示意图2 特长隧道洞内平面控制测量施工方案的选定2.1网形图设计Ø 隧道在没有挖通之前，地面控制点只能以导方式从隧道洞口处的高精度GPS控制点引入洞内。一般采用单导线形式引入（如图2.1）图2.1单导线图形Ø 附合导线是已知点有四个、两条边，从一条边测量开始，到别一条边结束，中间经过的未知点坐标均可计算出来。图2.2 附合导线图形 由于隧道未贯通之前无法附合到另一

4、条边测量，除非采用闭合测量图形的方法，也就是从已知点出发，测量至洞内常子面后再测量出去，闭合到出发的基线边上，但这样测量相当于把测量路线加长了，隧道洞内掌子面的点距洞口（或斜井口）距离最远，所以它的误差最大。相对于单导线，由于多边形导线网具有多余观测条件多、图形强度好的特点，因此在本次新建铁路贵阳至广州线两安隧道洞内平面控制导线采用多边形导线网构网方法，按边角连接方式构网，形成由多个四边形或多边形组成的带状网（如图2.3）。图2.3 附合导线图形具体做法如下：洞口布设一对点，两点间距离可远可近，20公分到2米均可，如图2.3中的D1、D2点，进洞每隔300到500米在隧道（或辅助坑道）内布设一

5、对控制点，其中一个为主导线，另一个为副导点。如图2.3中的D3、D4点。观测过程中，全站仪分别安置于主导线和副导点对相邻的主导线和副导点进行测边和测角，形成多个闭合环，逐渐延伸至掌子面，在隧道进、出口（辅助坑道出口）地面处，起测闭合于CPI或CPII控制点上。在多边形导线网中，主导点的作用是为为隧道内控制点加密及中线放样提供坐标基准；而副导点的作用是增加图形多余观测条件、提高图形强度以及保证以后洞内导线复测时，其网形和本次测量的网形一致。2.2控制点埋设方法及注意事项隧道内平面控制网布设成多边形控制网，隧道内导线点布设在施工干扰小、稳固可靠的地方，点间视线离开洞内设施0.2米以上。导线边长需根

6、据洞内的通视情况、施工现场情况、工序情况进行选择，满足观测条件的情形下，原则上隧道愈长，导线边长也应尽可能长一些，相应能减少导线环数。在隧道施工控制过程中，直线隧道布设导线点适宜长度是300600成对布设；曲线地段要以相邻点最远通视条件布设，同时要避开隧道内堆放物品等设备的遮挡。在辅助坑道内，如遇急弯至使相邻点距离较近，造成超短基线出现时，要在通视变化点处事先用砼预埋强制观测墩，然后将控制点布设在观测墩上面。控制点埋设时，采用冲击钻钻孔，再埋设测量标志，最后用水泥或粘合剂将测量标志固定。2.3控制点点号编排隧道内控制点的点号编排如下：主导点编为奇数号，副导点编为偶数号，各个控制点的编号要有唯一

7、性。（如图2.1)控制点A、B两点为洞外GPS测定的高精度控制点CPI或CPII；D1、D2点为地面与隧道口或辅助坑道洞口联系点，D3D11点为洞内导线点，D11为隧道施工掌子面附近的点。2.4隧道内导线网测量技术要求表 导线测量的主要技术要求等级测角中误差（）测距中误差（mm）相邻点位坐标中误差（mm）方位角闭合差（）导线全长相对闭合差测回数隧道二等1.3351/100 0006（0.5仪器）表2.4.2 水平角方向观测法的技术要求等级仪器等级半测回归零差（）一测回内2C互差（）同一方向值各测回互差（）四等及以上0.5级仪器4841级仪器696表2.4.3 边长测量技术要求等级测距仪精度等级

8、每边测回数一测回读数较差限值（mm）测回间较差限值（mm）往返观测平距较差限值往测返测二等442357表2.4.4 气压、气温读数取位要求测量等级干湿温度表（）气压表（hPa）二、三等0.20.52.5资源配置导线网测量仪器设备选用具有目标自动识别的徕卡TCA2003型电子全站仪，标称精度为测角精度±05，测距精度±(1mm+1ppm)，配合Trimble TSC2手薄进行观测，并配备一个在检定有效期内的大气压强表和一个检定合格的温湿度计。五个脚架及四套重复性与互换性较好的棱镜及基座组件。操作人员为五到六人。2.6施测前的准备工作 在高精密控制测量作业中，准备工作犹为重要，

9、准备工作要做得到位、细致，工作程序要求严谨周密，是最终精度保障的前提。首先是要检查仪器、脚架的状态是否正常，常规性的指标必须全部满足，包括脚架的每一个螺丝。其次是反射棱镜(包括基座)的重复性与互换性误差，同一点位不同棱镜组件安装后的重复性与互换性误差应小于0.4mm。 3外业数据采集方法 (1)观测时采用全圆测回法进行观测，每站测量六个测回，(如图3.1)首先置镜于控制点B（CPI或CPII）点，后视另一控制点A或控制点C，或者是同时后视两个后视点，对洞口点D1、D2进行测边和测角.然后全站仪依次分别安置于D1、D2、D9,点上，依次对前后相邻的控制点进行测边和测角，直至图形封闭。图3.1进洞

10、导线网布设图(2)测量前隧道内充分通风、避免尘雾，仪器和反射镜表面应无水雾。仪器开箱20min左右，使仪器与洞内温度基本一致。作业时应暂停施工，避免震动、强光照射仪器。(3)整个观测过程要严把质量关，严格按仪器操作规程作业。(4)根据全站仪的功能特点，在外业观测时，要随时输入观测时的温湿度及气压值。(5)对点全部采用经检校(设备的自身指标加组件在重复性与互换性误差)后的基座光学对点，精心整平对中；在观测过程中每隔一段时间检查对中和整平。(6)洞外洞内联系测量时，由于地面与隧道内温差原因，现场测量时很容易出现2C值互差超限各垂直角互差超限的情况，所以洞口处联系测宜选在阴天或晚上进行。4数据处理、

11、平差计算及精度评定(1)每测量一处工作面，要立即对当天观测数据进行复核和验算，检查各项指标是否符合规范要求，对超限部分要及时进行外业补测。(2)导线网严密平差采用中铁二院工程集团有限责任公司研制的高速铁路测量数据处理及平差计算软件“Survey Adjust”，复核数据采用武汉测绘大学的科傻（COSAWIN）地面控制测量数据处理软件进行检核。(3)计算时采用与隧道所处的投影带相同的投影面正常高和高程异常参数，进行边长投影改正。(4)导线网精度评定1)附合导线及各多边形的角度闭合差、全长相对闭全差见表，从表中可以看出导线方位角闭合差、全长相对闭合差以及导线网中各四边形角度闭合差、全长相对闭合差均

12、满足隧道二等导线网测量的技术要求。 如图3.1导线网形，对各个导线环进行精度统计分析，如表4.1.1表4.1.1 导线环精度统计表序号测段号测站数方位角闭合差（）方位角闭合限差（）边长闭合差（mm）导线长度（km）全长相对闭合差全长相对闭合差限差1BD1D4D24-0.85.21.71.06991:6318951/100 0002D1D3D5D441.25.21.51.18501:7964393D3D6D8D540.05.20.81.24881:15309434D6D7D9D84-1.45.20.51.02981:2185496当同一测区内，导线环个数超过20个时，必须按4.2.1式计算测角中

13、误差导线环的测角中误差可按下列公式计算：m=± (4.2.2)式中，m为测角中误差，以秒为单位；f为导线环的角度闭合差；N 为导线环的个数；n 为导线环内角的个数。2)通过导线网精度分析，可以得出以下结论：导线网各项精度指标均满足隧道二等导线网测量的精度要求，能够满足今后施工测量的精度要求。3)两安隧道进、出口及二号斜井，均采用相同的平面控制测量方法。 两安隧道一号斜井2011年六月复测过一次，见表4.2.2的原测坐标，2012年四月份复测过一次，见表4.2.2复测坐标，时隔近一年两次复核坐标差值均小于10mm，此方案外业数据采集精度较高，内业平差数据处理准确可靠。表4.2 复测坐标

14、与原测坐标比较表复测坐标原测坐标差值点号X（m）Y（m）X（m）Y（m）X(mm)Y(mm)D12737018.7546531312.02012737018.7558531312.0211-1.2-1.0D22736934.9015531567.03302736934.9028531567.0344-1.3-1.4D32736854.1742531821.02452736854.1715531821.0230-2.7-1.5D42736856.7925531821.59272736856.7905531821.5918-2.0-0.9D62736754.7397532133.453327367

15、54.7326532133.4505-7.1-2.8D52736757.1518532134.11332736757.1447532134.1126-7.1-0.7D72736664.9129532415.78672736664.9032532415.7877-9.71.0D82736667.3389532416.32632736667.3357532416.3244-3.2-1.9D92736601.2282532624.81912736601.2322532624.8211-4.0-2.0两安隧道于2012年7月31日全线顺利贯通，后经测定，两安隧道进口与一号斜井、一号与二号斜井、二号与出

16、口，横向贯通误差均在2cm以下，远小于相应长度隧道贯通误差允许值，控制测量达到预期目的。5 测量方案推广的意义 特长隧道的平面控制测量技术是在长期的实践工作中总结出来的一整套完整的隧道洞内导线控制技术，先后在沪昆铁路（贵广铁路GGTJ-8标）、（沪昆客专贵州段CKGZTJ-11标）、（金温铁路JWSG-标）、（兰渝铁路JYS-4标）、等一系列长大隧道洞内平面导线控制测量中得到很好的验证，保证了隧道的顺利贯通。为了提高隧道控制网的精度，保证隧道施工的质量，本文主要利用了特长型隧道，对其洞内平面控制测量的方法进行了分析探讨。从实践结果来看,可得出以下结论和建议：采用智能全站仪配合较先进的数据采集软件进行外业测量时，由于是智能型全站仪自动测量，避免了人为操作所造成的误差，大大地提高了外业采集数据过程中的观测精度。导线点控制正式中线点、正式中线点控制小边墙和二衬、支导线点控制开挖。隧道每前进开挖300m到400m 左右时要及时布设导线网，尽量在浇注完仰拱或底板时布设控制网，这时制作的点位