关于隧道洞内控制测量的探索

摘要：隧洞掘进中, 洞内控制测量精度的高低将直接影响贯通的精度。本文介绍了提高洞内控制测量精度的基本要求，分析研究了隧道洞内控制测量要点。

关键词：隧道洞内控制测量

中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：

隧洞在水电工程中是常见的工程，且一般都在崇山峻岭之中，如引水洞、导流洞、尾水洞等。施工控制测量是其施工中一项最重要的施工程序。现代测量工程中的技术要求及附属应用的发展也是日新月异，使得隧洞控制测量精度质量越来越高。为保证隧洞在允许精度内贯通, 首先要对洞内控制测量进行设计, 在未贯通前对已施测的测量成果进行相应的精度估算, 为保证相应的控制测量精度采取相应的测量方案。

一、提高洞内控制测量精度的基本要求

1、严格按设计的控制测量等级相关技术要求进行施测,施测中尽量采用三联脚架法,但要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动、气泡有无偏离、对中偏离是否较大等等, 如有上述情况则要对仪器进行检修校正,找出问题所在;

2、隧洞每开挖到一定长度时要及时增设基本导线点,指导开挖的临时点要控制在2～3个以内,且要进行经常性的检测其正确性,确保坑道开挖的正确;

3、隧洞每开挖到一定阶段或一定长段时要及时对导线进行检测、复测及精度估算,对因其它原因而改变设计路线或方案时要对精度进行估算;

4、导线要尽可能布设成似等边直伸型导线,在测量环境允许范围内尽可能的选长边;

5、要严格进行边长的投影计算,正确计算各点平面坐标;

6、三角高程测量时,要严格按操作程序进行,如垂直角的观测要同测距在同一次照准时完成,对于三角高程等级在三等或高于三等时则要采取一些提高精度的措施进行施测,如隔点设站法、提高对中精度等等;

7、对贯通面较多的隧洞,要考虑到隧洞全部贯通后的轴线情况,对洞内有砼衬砌时,还要对相向挖的两条导线进行附合,并进行贯通误差分配或平差处理,保证洞内砼衬砌形体的正确。

二、隧道洞内控制测量要点

1、洞内控制测量设计

（1）平面控制测量设计

洞内平面控制测量在未贯通前都是支导线。当接到隧洞工程开挖任务时, 首先要根据洞室相向或单向开挖长度及设计贯通精度要求, 对洞内导线进行设计, 估算预期的误差、确定导线施测的等级, 以保证洞室开挖轴线的正确, 即贯通精度, 更为合理、经济的选择测量设备及测量方案。

根据隧洞设计开挖图, 按一定比例尺在CAD 或图纸上绘出隧洞开挖平面图及贯通位置, 充分考虑开挖施工时洞内的测量环境( 如通视条件及出渣等对测量的影响) 、以及测量精度的提高, 合理的选出导线点的位置,并展于图上。

支导线的终点是支导线精度的最弱点, 横向贯通中误差是由导线测角误差及导线边长误差所引起, 而横向贯通中误差主要影响隧洞的贯通精度, 下面主要分析横向贯通中误差。

根据误差传播定律, 导线测角及测边是相互独立的两个量, 则可得导线测角中误差所引起的横向贯通中误差my为:

式中: m：导线测角中误差, s; :观测角度的导线点到贯通面的垂直距离平方的总和, m2。

导线测边误差所引起的横向贯通中误差为mys :

式中: ms/ S:导线边长相对中误差, mm;

:各导线边在贯通面上的投影长度平方的总和, m2。

那么, 导线测量误差在贯通面上所引起的横向贯通中误差my 为:

该式是隧洞工程横向贯通中误差常用的估算公式。

在绘制好的略图上量取各个导线点到贯通面的距离Rc 和各导线边在贯通面上的投影长度D y , 再根据本工程项目所投入的仪器设备精度确定测角中误差m和测量边长的精度ms / S, 代入( 3) 式计算, 当my 小于隧洞横向贯通中误差允许值时则可进行, 否则应选择合符精度要求的仪器设备或调整线路及测量方案等重新计算, 直至满足贯通精度要求。( 3) 式也可根据本单位的仪器设备及技术水平, 假设其中的一个m 或ms / S值来求另外一个参数。

根据选定的m或ms / S 值来确定导线测量的等级, 并严格按确定的等级技术要求进行施测, 来指导隧洞的开面位置开挖。

（2）高程控制测量设计

隧洞洞内高程的控制测量精度直接影响的是竖向贯通中误差, 通常是根据水准测量或三角高程测量误差引起的竖向贯通中误差来确定高程控制测量的等级。

式中: mh :竖向贯通中误差;

L :洞内高程测量路线的全长, m;

m:按测段往返测的高差不符值计算的每公里高差中数的偶然中误差, mm。

由( 4) 式得:

式中L 可根据图上拟定的路线量取或取3~ 5 倍洞轴线的长度。

确定水准路线方案后, 在表1 中查取大于或等于根据( 5) 式计算出m的数值, 选取相应的高程控制测量等级。

确定高程测量的等级后, 选取方便施测、经济合理,又能保证高程传递精度的测量方法, 如水准测量、三角高程测量, 严格按相应的技术要求进行施测。

以上探析的洞内控制测量设计计算方法适应于相向开挖长度为8km 以内的隧道开挖, 也可作为相向开挖长度超过8km 洞内平面控制测量的专门技术设计,但为保证设计贯通精度要求, 洞内导线还应进行提高精度的特别技术设计, 如采用陀螺经纬仪加测方位角, 检测测角中的粗差及控制测角误差的累积; 选取合理的导线路线方案; 改善测量环境等方法。

对于在8km 以内的隧洞勘测设计院提供了专用首级控制网时, 则施工单位不用单独进行洞内控制测量的设计, 采用低于首级控制网一等级的技术要求进行施测。

2、洞内控制测量精度的估算

（1）平面控制测量精度的估算

考虑到洞内导线按设计等级施测后, 因洞内通视条件的限制及施工等多方面的影响, 而造成未能按设计路线进行施测, 针对这种情况, 则要根据已施测的成果对该导线进行精度估算。

对直伸型隧洞, 则采用直伸支导线终点的点位误差作为洞内横向贯通中误差:

式中: n ：导线边数;

m：测角中误差, s;

ms：测边相对中误差;

L：导线全长, km。

非直伸型隧洞用非直伸支导线终点的点位误差作为横向贯通中误差:

式中: n ：导线边数;

m：测角中误差, s;

ms：测边相对中误差;

L ：导线全长, km;

：导线重心到各导线点距离的平方和（导线重心为导线各点坐标X 、Y 值的平均值）, m2 ;

对还未施测的导线点位仍以设计拟定的点位计算出各相应数值, 只要MBZ 、MBf 值不大于洞内设计横向贯通中误差就可。

（2）高程控制测量精度估算

根据( 4) 式计算高程传递终点的精度, 该式中m为:

式中: m：测段往返测高差不符值;

R ：测段的长度;

n：测段数。

该种高程控制测量精度的估算方法适用于水准测量及三角高程测量。

总之，在控制测量过程中操作熟练，才能提高观测精度，减小和消除误差的方法都是以增加时间或采取更多的程序为代价。采取规范的办法严格执行按设计方案和正确的步骤程序，才能得到正确合格的结果。通过实践证明，将施工控制测量方法应用到实际工作中后，达到了“动作快、效率高、省时间、多干事”的目的，很大增强了隧洞控制测量精度和提高了隧洞贯通精度质量。

参考文献：

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[2] 王科锋,黄国涛.长大隧道洞内控制测量实施方案设计[J]. 能源技术与管理. 2008(05)

[3] 李贵智,吴敬新.全站仪在铁路隧道贯通测量中的应用体会[J]. 西部探矿工程. 2007(11)