西秦岭特长隧道陀螺测量及温度影响修正

赵阳 王亚江

(61175部队,江苏南京 210049)

西秦岭特长隧道陀螺测量及温度影响修正

赵阳 王亚江

(61175部队,江苏南京 210049)

本文针对以西秦岭特长隧道陀螺测量中温度变化对陀螺仪测量产生影响,根据测量数据分析了温度对陀螺定向的影响,并进行了修正。

陀螺经纬仪 温度修正 兰渝铁路西秦岭特长隧道

图1 测量示意图

1 引言

陀螺经纬仪是一种利用陀螺原理自主寻北的测量仪器，兼有定向与测角功能。由于其定向精度高、不受气候条件限制、全天候的自主定向等特点，在军事、测绘、地下工程、矿山等领域有着广泛的应用。陀螺经纬仪定向测量受到外界环境的影响，其中以温度影响最大。

在地下工程测量中，我国一般采用“地面-地下-地面”的测量专业程序进行地下工程未知方位边陀螺定向，即先在地面已知方位边检定陀螺经纬仪仪器常数，再到地下进行未知边的测量，最后返回地面已知方位边检核陀螺经纬仪仪器常数。由于地下和地面的测量环境存在一定环境温度差，特别是冬夏两季，这种可以达到20～40℃，同时在地下工程中环境也存在由于各种原因造成的较大温度差，本文中兰渝铁路西秦岭特长隧道就存在这种情况，而环境温度差直接影响陀螺定向测量精度，必须进行改正最重要的外界因素之一。

表1 进洞斜井控制方位边X01Z—GX01测前定向观测

表2 进洞斜井控制方位边X01Z—GX01测后定向观测

2 项目背景

兰渝铁路是连接我国西北与西南的重要铁路干线，最早出自孙中山先生的《建国方略》，规划线路基本上是“兰州-广元-南充-重庆”。其北起兰州，南至重庆，由铁道部和重庆、甘肃、四川合资建设，项目估算总投资774亿元，于2008年9月26日下午3时在兰州开工建设，计划建设工期6年。兰渝铁路西秦岭特长隧道为兰渝铁路中最长隧道，全长28.236km，为全线重点控制性工程，也是我国第一长交通隧道。西秦岭特长隧道在施工中采用TBM隧道掘进机进行对向开挖，洞外采用GPS测量方式定位定向，洞内导线测量方式进行定位定向，由于导线测量存在偶然误差的积累，对于这种特长隧道必须加以陀螺定向，以限制误差积累限制偶然误差的积累，改善地下控制网的强度和精度保证整个工程的的准确贯通。如图1所示，图中黑线为导线测量网形，红线为加测的陀螺方位边。

3 陀螺测量

3.1 进洞陀螺测量

进洞斜井位于北纬33°13′42″，东经105°08′54″附近。进洞斜井地面控制方位边X01Z—GX01，测站X01Z坐标为(3678134.0491，498264.1839)，定向点GX01坐标为(3678868.7611，498291.9676)，故其该边长为735.2371m，坐标方位角为2°09′56.35″。陀螺全站仪已知方位边测量采用两个测段，测前6个测回(观测结果见表1)，测后复测3个测回(观测结果见表2)，共计9个测回。

由表1、表2可知：测前时段和测后时段陀螺方位角值稳定，符合仪器限差规定，表明两时段之间仪器常数稳定可靠。由已知地面控制方位边施工坐标系方位角和陀螺方位角关系得陀螺常数为3°21′25.1″。

表3 进洞斜井控制方位边ZD14—X06Z定向观测

表4 进洞斜井控制方位边323—535定向观测

表5 进洞待定方位边改正

表6 出洞斜井控制方位边X01Z—GL01测前定向观测

表7 出洞斜井控制方位边X01Z—GL01测后定向观测

表8 进洞斜井控制方位边C02Y—C01定向观测

表9 进洞斜井控制方位边C07Y—C08定向观测

表10 出洞待定方位边改正

表11 陀螺坐标方位角与导线坐标方位角对比

表12 各站点温度情况

进洞有两条待定方位边，方位边ZD14—X06Z和方位边323—535。方位边ZD14—X06Z的测站ZD14坐标为(3675724.859，497986.253)，定向点X06Z(3676118.409，497817.436)，故其该边长为428.2298m，坐标方位角为336°46′57.46″。方位边323—535。方位边323—535的测站323坐标为(3673703.7236，498852.9903)，定向点535(3673477.4724，498951.5833)，故其该边长为246.7999m，坐标方位角为156°27′14.31″。方位边ZD14—X06Z陀螺定向测量数据如表3所示，方位边323—535陀螺定向测量数据如表4所示。

将地下陀螺全站仪方位边测量结果与控制坐标系方位边结果进行统一，需要对陀螺全站仪方位边测量结果进行陀螺常数改正和子午线收敛角改正，关系如下式所示：

T=N+Δγ+C

式中： T为控制坐标系下的方位角值；

N为地下测量得到陀螺方位角；

Δγ为子午线收敛角改正值；

C为陀螺常数。

3.2 出洞陀螺测量

出洞斜井位于北纬33°06′01″，东经105°13′46″附近。出洞斜井地面控制方位边CX01Z—GL01，测站CX01Z坐标为(3664340.2850，505533.8464)，定向点GL01坐标为(3664435.1746，505866.4197)，故其该边长为345.8454m，坐标方位角为74°4′31.89″。陀螺全站仪已知方位边测量采用两个测段，测前6个测回(观测结果见表6)，测后复测4个测回(观测结果见表7)，共计10个测回。

由表6、表7可知：测前时段和测后时段陀螺方位角值稳定，符合仪器限差规定，表明两时段之间仪器常数稳定可靠。由已知地面控制方位边施工坐标系方位角和陀螺方位角关系得陀螺常数为3°18′27.7″。

出洞有两条待定方位边，方位边C02Y—C01和方位边C07Y—C08。方位边C02Y—C01的测站C02Y坐标为(3663499.7343，503182.0388)，定向点C01(3663223.7175，503301.0443)，故其该边长为300.5787，坐标方位角为156°40′35.62″。方位边C07Y—C08的测站C07Y坐标为(3665539.6131，502307.3709)，定向点C08 (3665705.0998，502236.3739)，故其该边长为180.0734m，坐标方位角为336°46′47.03″。方位边C02Y—C01陀螺定向测量数据如表8所示，方位边C07Y—C08陀螺定向测量数据如表9所示。

同理，需要将地下陀螺全站仪方位边测量结果与控制坐标系方位边结果进行统一，得表10数据。

3.3 对比

将陀螺定向得到的控制坐标下的坐标方位角与导线测量得到的坐标方位角进行对比得到表11结果所示。

表13 陀螺坐标方位角与导线坐标方位角对比

由表11可知，在不考虑环境温度的情况下，陀螺坐标方位角与导线坐标方位角相差比较大。

4 温度修正

本次测量采用的是YJTD-1陀螺仪全站仪，其温度对方位角的影响为-1.0″/℃，对表11数据进行温度修正，得到如表13数据。

由表13可知，在进行温度改正后差值明显减小。其中方位边C02Y—C01陀螺定向过程由于施工影响存在干扰，可能对其值产生影响。

5 结语

西秦岭特长隧道后期的工程情况证实了文中的导线测量结果和陀螺定向结果可靠。

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