隧道控制测量技术的研究应用

隧道控制测量技术的研究 应用

袁累康 王松 仲九林 覃都都 梁超恒 潘见 席斌

中国建筑第八工程局有限公司南方分公司 广西 南宁 530000

摘 要：随着科学技术的发展，各种新技术新方法在测量工作中得以应用。文章通过介绍大新至凭祥高速公路工程总承包№4合同段隧道群控制测量体系的建立及具体实施步骤包括隧道洞外控制测量及隧道洞内控制测量，总结隧道控制测量实施经验，为隧道控制测量提供高效、合理、可行的控制测量方案。

关键词：隧道控制测量；导线测量；GNSS测量；三角高程测量；水准测量

1.隧道控制测量的重要性

长期以来高速公路建设都是国家的基础性设施建设，其总里程不断提升，对高速公路建设的质量与技术也提出了更高要求。在高速公路项目的建设中，隧道贯通误差的控制一直是施工过程中控制的重点与难点，如何尽可能最大的减小测量误差，确保隧道高精度顺利贯通是目前隧道控制测量的重点也是日常隧道测量工作的中心。若相向掘进的隧道在贯通面产生太大的误差，将会严重影响隧道的施工质量也会产生较大的施工成本，延缓隧道施工进度；所以隧道贯通误差的控制在隧道施工中尤为重要。

2.隧道控制测量体系的建立

2.1工程概况

大新至凭祥高速公路工程总承包№4合同段主线全长22.016Km，沿线主要为高大连座峰丛与条形谷地，海拔变化相对较大，山体多呈彼此相连的条状石峰，单个石峰多呈笋形、骆峰状，峰顶高程一般 300～550m，陡崖发育，谷地长而窄，谷地内地势较平坦，谷地与石峰相对高差 150～250m。有隧道8933m/12座，其中长隧道 3975m/3座，中隧道4077m/6座，短隧道881m/3座。项目工期短，前期对全线控制网构建的时间要求很紧，再加上山势陡峭无法通行，传统的导线网实施难度太大且人工及时间成本太高，考虑工期要求及实施可行性，隧道洞外平面控制测量采用GNSS静态测量，高程控制测量采用附和水准测量+三角高程测量配合，共同组成隧道洞外控制测量体系。

2.2隧道洞外控制测量

2.2.1踏勘选点

对于普通的高速项目来说，选点首先考虑的是实用性，然后再反过来设计网型。对于隧道洞外的控制点来说，其作用便是用于联测定向隧道洞内的导线，失去实用性的控制点对于普通的高速项目来说意义不大。

隧道洞口一般最少布置三个相互通视的控制点，且保证最少有一个控制点能直接与洞口通视，距离隧道洞口控制在200~300米（隧道施工中由于曲线半径，灰尘，通视条件等限制，洞内导线边一般在200~300m之间）。洞外控制点根据现场条件尽量放长，选址时避开遮挡严重及高压线、大功率发射装置，结合施工组织，避开后期容易被扰动破坏的地方，考虑路基及桥梁施工，使控制点能够共用，节约成本。

2.2.2控制网设计

在本标段每隔五公里设计院有一对四等平面控制点可作为起算点，在两头与三标，五标各有一对共用起算点。沿线设计院交有若干几乎不通视的一级控制点。项目在控制网设计时根据项目的仪器数量（6台华测GNSS接收机），现场各点位的外部环境及设计院的点位分布情况综合考虑制定每一时段的调度表。采用边连式进行施测，连接边的选择应避开观测条件不好、边长较短的观测边，同一隧道进出口的观测点应放在同一时段。

2.2.3外业观测

根据制定的调度计划进行逐一观测；每一时段观测前应确保接收机电量能完成整个时段的观测，观测时记录好观测点号、接收机编号、仪器高、开关机时间等信息，观测过程中不能在旁使用无线电信号接发装置，不能对接收机进行任何操作，每隔一段时间应检查仪器对中及仪器高，防止观测过程中仪器发生下沉等情况。一旦观测中发生关机或仪器偏位。需所有接收机停止重新观测该时段。

2.2.4数据处理

当我们完成外业数据采集后，接下来便进入内业数据处理，主要包括基线解算，自由网平差，约束网平差三个步骤。

基线解算：GPS基线向量是GPS同步观测的直接结果，表示了各站点间的一种位置关系具有长度、水平方位和垂直方位等三项属性。其解算质量的好坏直接影响到GPS网的定位精度。在基线解算前应对应外业观测记录表，输入每一份数据对应的测站点号和仪器高等信息。在基线解算中可以通过调整截止高度角、采样间隔、禁止观测时长短的卫星参与解算、删除残差大的数据等手段来提高基线解算的精度直至其附和规范要求。

自由网平差：基线是确定两个站点在三维空间中的相对关系，那么自由网平差就可以确定所有站点在空间上的相对位置关系，得到各站点在WGS84坐标系下的空间坐标。自由网平差需保证所有的同步环及异步环闭合差符合规范要求，当有闭合差超限是，需对组成该闭合环的基线进行从新处理，直至其闭合差符合规范要求。

约束网平差：约束网平差的目的是利用沿线的起算点（约束点）交桩数据和其在WGS84坐标系下的坐标数据，求取两个坐标系的转换参数，将各站点在WGS84坐标系下的空间直角坐标，转化为我们工程坐标系下的坐标以用于接下来的施工测量。项目的起算点选用与三标、五标共用的起算点，沿线每五公里左右选取一个设计院的四等控制点作为约束点进行网平差。

网平差完成以后需保证最弱点位中误差，最弱边的相对中误差符合规范要求。

2.2.5洞外高程控制测量

隧道洞外高程控制网的建立采用四等水准测量，线路形式采用符合水准。施测前结合与三标、五标的高程起算点及沿线的设计交桩起算点、设计交桩高程控制点、隧道洞口待测点来规划水准施测路线，规划时将同一隧道进出口的待测点放在相邻位置来施测可减小进出口的相对高程误差。施测时各项技术指标需符合规范要求。完成水准外业测量以后进行内业数据处理，分段附和到两头的共用起算点及沿线的设计起算点。

2.2.6成果检核

平面及高程控制测量完成以后对其成果进行检核，因在施测过程中有一部分设计院的交桩点，可以对比两次成果，差值必须满足设计及规范要求；抽检部分通视的控制边，利用全站仪检测其边长，在与坐标成果反算的边长比较，其差值必须满足相关规范要求。所有检核都通过以后，控制测量的成果方可用于接下来的施工测量中。

2.3隧道洞内控制测量

2.3.1导线测量

隧道洞内平面控制测量采用附和导线的形式，从隧道洞外已知控制边出发引测到隧道洞内施工面再折返回来附和到另一已知边上，然后进行导线平差得到隧道洞内各控制点的平面坐标。因隧道光线、灰尘、施工等对导线测量的影响较大；在导线施测时因尽量避开隧道爆破、出渣和喷浆等工序，挑选隧道灰尘小的时候进行。

2.3.2三角高程测量

因隧道光线昏暗，进行水准测量前后尺需配备专人照明方可进行，这样会大大的提高人工成本，且时间较长，隧道施工工序环环相扣，留给测量的窗口期较短，故本标段隧道洞内的高程测量采用三角高程测量进行施测。传统的三角高程测量是根据设站点与目标点间的距离、垂直角、仪器高、棱镜高来计算两点间的高差，但这样在量取仪器高时会产生人为误差，为避免这一情况，本标段在高程测量时采取的方法是：将全站仪在两点中间设站，分别左右盘测量两点的相对高程，然后两点左右盘相对高程取平均值计算得两点间高差，施测时跟水准测量一样从洞口高程起算点经洞内各待测点引测至隧道施工面再折返回来附和于洞口另一高程起算点，经平差后得到洞内各点的高程。此方法可有效避免量取仪器高时人为误差和仪器竖盘指标差对高程成果的影响且经现场检测能达到四等水准的精度。

2.3.3成果检核

每次洞内导线及高程测量完成以后，需将各点的坐标高程成果与前几次的平面坐标及高程对比，其差值需符合设计施工要求方可用于后面的隧道施工测量中。

3.结 语

大新至凭祥高速公路工程总承包№4合同段全线12座隧道24个单洞在贯通面的横向、纵向及高程贯通误差均小于3cm，远小于相应长度的隧道贯通误差规范允许值，达到了预期隧道控制测量的目的。

隧道控制测量是一个环环相扣的测量体系，隧道洞内控制点的精度直接决定了隧道贯通误差的精度，而洞内控制点位的精度又受洞外控制网的精度制约。

根据施工现场的测量工作经验得出：

（1）小于500米的隧道洞内控制测量可采用支导线；

（2）对于中长隧道洞内控制测量可采用附和导线+支导线交替进行；

（3）导线施测过程中可加测部分左右控制点的距离用于检测导线测量的横向精度；

（4）适当的提高水平角的测回数以提高导线的测角精度，较小测角对隧道横向贯通误差的影响。

参考文献：

1. 工程测量标准:GB 50026-2020 [2020-11-10] .

2. 全球定位系统(GPS)测量规范:GBT18314-2009 [2020-02-13] .