穿黄隧洞工程测量控制点施测方法介绍

周黎辉，朱海亚，周凤才，高作宏，高鹏伟

（1.中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066；2.南水北调东线穿黄工程北区建管局，山东 聊城 252000）

1 工程概况

南水北调东线穿黄隧洞工程位于山东省东平和东阿两县境内、黄河下游中段，地处鲁中南山区与华北平原接壤带中部的剥蚀堆积孤山和残丘区。隧洞按100 m3/s进行设计，为有压圆形隧洞，内径7.50 m，洞长585.38 m。隧洞包括南岸竖井、过河平洞、北岸斜井及进、出口埋管，由 19.47 m 竖井段、31.36 m下弯段、307.17 m 平洞段、10.56 m 上弯段、155.47 m斜井段组成。隧洞起始桩号为6+534.807，终止桩号为 7+067.446。

2 施工控制测量方法

2.1 施工坐标系建立

众所周知，如果施工测量过程中运用大地坐标系，因其不直观性，对于施工极为不便。为此，在东线穿黄隧洞工程施工测量时建立了直观易懂、一目了然的施工测量坐标系。施工坐标系以隧洞出口K点为原点，以南、北方向为X方向，以垂直于洞轴线方向为Y方向。

2.2 控制测量方法

穿黄隧洞工程施工测量导线的布置形式是以单定向支导线来布设的。

2.2.1 外业施测方法

（1）水平角观测：用徕卡TCR702全站仪按方向观测法进行国家三、四等水平角观测时，每一测回观测的操作程序如下：①正镜（盘左），转动照准部照准零方向目标，依基本度盘位置表对好度盘和测微器；②顺时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准零方向目标，读取水平度盘和测微器读数（要求测微器两次重合读数，下同）；③顺时针方向旋转照准部，依次精确照准2、3、4…n方向观测，最后闭合至零方向（n≤3时不必归零）；④倒镜（盘右），逆时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准零方向目标；⑤逆时针方向旋转照准部，按上半测回观测的相反顺序，依次观测至零方向。

表1 水平角方向观测法技术要求 （＂）

（2）高程控制测量：高程控制测量包括水准测量和三角高程测量，本工程根据自身情况采取的是三角高程测量方法。①三角高程测量的原理是根据两点的水平距离和竖直角来计算两点的高差。若A点已知高程为HA,则由下式可求得B点的高程为：HB＝HA+hab＝ HA+D*tana+i-v。 当 a角为仰角时，相应的D*tana为正值；当a角为俯角时取负号，相应的D*tana亦为负值。式中，D为平距；a为竖直角；i为仪器高；v为目标高。②观测要点如下：安置全站仪于测站，精确量取仪器高（i）和目标高（v），用钢卷尺丈量两次读至5 mm，其误差不得大于1 cm，取平均值记入手簿；竖直角观测测回数与限差应符合规范规定，详见表2；为了能尽量地消除地球曲率和大气垂直折光对高差的影响，一般在三角高程测量作业中采取对向观测竖直角以推算高差。改正数与边长成正比，此项为系统误差，宜进行改正。详见表3。

表2 光电测距三角高程导线测量的技术要求

表3 按边长进行球气两差影响改正数

2.2.2 内业计算

（1）三角高程计算算例详见表4。

表4 三角高程计算

（2）单定向支导线计算算例：单定向支导线线路 如图1所示，C、D为已知点，T1、T2、T3为待定点。导线起始方位角、起始点C的坐标、导线的边长和左角观测值如图1中所示。①坐标方位角的推算：一般公式（即左角公式）为：a（前）＝a（后）+B（左）±180°；即，从转折点向前一点去的方位角等于从后一点到转折点来的方位角加上转折点的左角，如果小于 180°则加 180°， 大于 180°则减 180°（在减去180°之后若还大于360°再减360°）。②计算公式：设x0、y0为起始点的坐标，ai、si为各点的方位角和边长，则各导线点坐标推算的公式为：xi＝x（i-1）+sicosai，yi＝y（i-1）+sisinai。 详见表 5。

表5 支导线计算