水利工程中隧洞施工控制网的测量

水利工程中隧洞施工控制网的测量

李萍

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摘要：水利工程引水隧洞施工是整个工程的重要一步。对施工控制点进行铺设，测量和在施工过程中进行结果复测，放线过程和结果理论分析，可以保证隧道畅通。

关键词：水利工程；隧洞施工；控制网测量；分析

水利工程在隧道中得到广泛应用，只要有水利工程就存在地下隧道的开挖。相对于铁路隧道和公路隧道，水利工程隧道长度短，施工条件复杂，入口洞与出口洞之间的干扰较大。根据其功能的不同，引水隧洞，导流隧洞，输水隧道，泄洪隧道，排沙隧道。由于工程和地质条件的不同性质，隧道工程的施工方法和精度不尽相同。但是，一般来说，地下隧道要通过开孔，竖井，斜井或平洞钻孔，然后进行相应的后续工作或各种施工（结构）的建筑施工。隧道的建设是在地下。施工测量责任重大，测量周期长，精度高。不应该及时疏忽和偏差，应该采取重复措施及时发现偏差并予以纠正。对于施工测量而言，施工控制网络的建立是所有测量工作的基础。如何快速有效地建立施工控制网，以方便后续施工安置，这是施工测量工作者必须要注意的。

一、建立地面平面控制网

隧道施工平面控制网络与其他施工平面控制网络的建立方法基本相同，一般布置为独立网络。根据隧道长度，环境条件，地形，渗透误差的规定以及现有设备等因素，选择不同的布置方式。使用GPS技术建立地平面隧道控制网络具有更大的优势。网络建设更加高效，观测工作量应比三（边）角网格（锁）增加5?10倍;对于图形条件（图案夹角），GPS网络的要求不高，点与点选布之间的距离方便，只需在建筑入口处设置相互控制点即可。与三（边）角网（锁）相比，其计算和检验工作量也大大节省，并且轻松满足监管要求，返工较少，应用范围很广，无论隧道长短都能应用，而且方便快捷，是一种值得推广的先进技术。在现场实施过程中，隧道内布置有29个铁丝网出口，全站仪测量6人可在15天内完成隧道的现场数据采集。使用3套GPS接收机进行观测，调查人员仅配置3人，每个隧道布局的GPS插座平均只有8个，现场数据采集只需4天时间即可完成。显然，GPS技术在人力资源，网络设计，测量方法，测试持续时间等方面比有线测量技术更具优势。

二、误差极限的控制

隧道施工地面控制网的精度不仅要保证隧道贯通的顺利施工，还要满足贯通限差要求。规范的限制差常被称为隧道通过误差限制。隧道贯通误差是隧道外围控制测量，隧道内外的连接测量以及隧道施工控制的测量误差的综合影响。根据隧道贯通面误差的影响，将贯入误差分为垂直，垂直和水平三个误差。纵向误差会影响隧道中心线的长度，只要不超过误差的中心线即可满足水工建筑的施工要求，并且隧道的链接更容易。垂直误差表示高程误差，采用精确几何平整法，也更容易达到要求。如果横向误差超过一定范围，则会导致隧道几何形状的变化甚至导致项目的巨大损失。隧道越长，施工期间贯穿表面累积的横向误差越大。因此，隧道施工在地面控制网络上需要更高的精度。显然，建立隧道施工地面控制网最重要的技术关键在于施工控制网的精度必须满足隧道贯通误差极限的要求，才能达到精确掘进的目的。

三、GPS定位技术在作隧洞的平面施工控制网时的注意事项

（一）坐标系统和已知点的选用

GPS定位技术解决方案是在WGS-84坐标系下进行的，我们常用的北京坐标系或西安80坐标系不一样，所以需要配合工程坐标测量转换。笔者认为，经过多次工程实践，引用已知点不宜过多，一般为2?3点。已知点过多会被已知点本身的错误使整个控制网在调整过程中产生整体的误差。

（二）施工控制网投影高程面坐标计算

目前，我们常用的解算软件通过转换WGS-84坐标系和局部坐标系来求解所需控制点的局部坐标。对于短隧道（低于2000米），高斯投影原理可用于将获得的局部坐标重新投影到隧道的平均高程，以便将中央子午线调整到隧道中心。对于长隧道，建议使用测距仪测量多个边长，并在调整后将相应的调整添加到相应的工作中，以减少由比例因子误差引起的累积误差。

（三）精密导线法

精密导线方法是目前使用更广泛的方法。它位于隧道入口与出口之间，沿隧道轴线布置，导线数量不宜过多，直线延伸导线是理想的形式。但有时受地形条件的影响，不能铺设伸直钢丝绳也不能勉强，可以通过测量数量来增加测量角度，提高测量角度的精度，减少角度误差对水平横向贯通的影响。为了增加检查条件，提高导线测量精度，一般导线应做成闭合回路，也可以用主，副导线闭合回路。对于隧道以下1500米的长度，也可以用作单线形式。但是，由于单线没有额外的观察条件，如果很难及时发现错误，应在观察过程中进行多次测量，或者应执行多次重复测试，并且多次重新测试计算的坐标平均值取值作为导线点的最终坐标。

（四）GPS与精密导线的混合网

这种构建网的方式就是充分发挥两种构建网的优势。GPS定位一般用于在条件允许的情况下定位GPS点，并且点选择的灵活性用于加密分支孔或其他不利于GR观察的位置的控制点。这两种方法的结合是平面精度，速度，省时省力的好方法。应用时，其中大部分分为两个层次铺设。

四、高程控制网的建立

（一）常规的水准测量

隧道地面高程控制测量主要采用物位测量的方法。利用调查阶段已知的水准点作为高程数据，沿计划水平线测量每个孔的高程，水平线应形成一个闭环。找平程度取决于两个开口之间的找水线的长度。对于原始的平原地区，平整度要求相对较高。对于河流落差大，水头区域大且丰富的山区，可适当放宽水准要求。

（二）三角高程测量

水利工程中的隧道一般都位于陡峭的高山上，选择和实施路线的几何结构比较困难。三角高程测量采用光电传送提升，因其受地形条件限制较少，分布灵活，效率高，且可用平面导线等观察优点，深受广大测绘工作者的青睐。目前这项技术已经非常成熟，在大量的水利工程中取代了第四和第五级测量，应用范围更加广泛。三角高程测量，影响测量精度的因素很多，包括观测误差，大气折射，垂直偏差等。由于先进的设备和观测方法的改进，观测误差大大降低。三角高程测量使用短边测量，垂直偏差的影响可以忽略不计。因此，大气折射的影响是在三角高程测量中必须给予优先级的一个误差源。我们可以通过以下方法削弱大气折射对三角测量的影响。

1.有必要使用往返观察。往返观察可以减少多种错误的影响。

2.大气折射的影响与距离的平方成正比，所以观察侧的长度应该缩短。根据分析和论证，大气折射对于短边三角高程400m范围内短程高程传递的影响不显着。

3.观察试图在很长一段时间内避免大气折射系数的变化。大气折射系数在当地时间10?16h值较小，且较稳定，因此更适合于三角高程测量。

4.尽可能在观察视线内点位。

5.尽量缩短往返观测之间的时间间隔。

五、结束语

由于新仪器和新技术的不断涌现，建设施工控制网的一些推测方法已不再受测绘人员的青睐。现在灵活的、简单的、并且较少受地形条件和气候条件的限制的测量方式正在广泛应用于具体的施工急测量中。

参考文献

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