隧道洞外控制测量平差问题的特殊处理

富聿祥

（中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳111000）

隧道洞外控制测量平差问题的特殊处理

富聿祥*

（中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳111000）

隧道控制测量必须与路线控制测量紧密衔接,按所需的技术等级为路线与隧道形成系统一致的整体提供基准保证。因此，在施工放样前应复测本项目部控制点并将本合同段的起终点与相邻合同段进行联测，确保合同段衔接处的中桩坐标一致。

导线环网；平差问题；分析；特殊处理

1 概述

由于本人辗转于施工现场的最前沿，时常会遇到一些测量方面的特殊问题需处理。现介绍重庆境内沪蓉国道主干线支线分水岭（鄂渝界）至忠县高速公路的实例。主要工程为吕家梁隧道，隧道全长6000m，曲线段半径2000m。为保证隧道正确贯通，拟定科学合理的测量方案及灵活地处理平差就显得尤为重要。还要求在仪器操作和数据处理上特别严格。本文主要阐述特殊导线环网例题的平面误差处理办法。

2 洞外平面控制网布设方案及选点原则

洞外控制网基本沿线路走向布设，以减少横向误差。另外，每个洞口附近的控制点必须不少于3个，在个别点位被破坏的情况下仍可满足洞内控制测量，还可以起到复核的作用。所以，要求用于隧道开挖方向投点的控制点应选在地势较高、视野开阔、土质坚实、不易破坏的地方，尤其适合安置仪器。那么在隧道测量路线经过的地域表面的控制点只满足临时转点观测即可。为了加强导线环网测量的可靠性，导线应采取主副导线点，大约几分米左右成对布设，便于及时迁站。并保证主副导线无交叉形成环。导线边在有效视距范围内尽可能拉长，平均边长控制在500m左右。应布成每个环3～4条边为宜的多环导线网，以便增强必要的网状检核条件，能够及时查找外业操作错误出处，假如一处观测有差错不致于使整条线路都返工重测的麻烦。

本隧道形成2个导线环，每个导线环为8～10条边。其中D107→D108和D109→D110为隧道两端与邻标段公用基线边。如图1中标注的数据为实测角度和投影改正后的边长。

3 导线网外业测量过程

图1 洞外导线网布设平面示意图

（1）首选观测方案确定：按照《公路勘测规范》之规 定，力求按三等导线精度施测，但实际规定达到四等导线精度便可满足设计单位要求。控测使用徕卡TC2003型号全站仪。标称测角精度为1″，测距精度为1+1ppm。对本合同段与相邻合同段共用的GPS点D107、D108、D109及D110进行测量，为了在测量平差结果中获取精密坐标数据，观测边长保留小数点后4位有效数字，角度的秒数保留小数点后2位。仪高和棱镜高在每个点位观测前后都各量1次,取位至毫米。

（2）其次，进行边角测量：

①水平角观测:主导线网及洞口加密点的导线内、外角分别观测3测回,共6测回,最后按周角闭合差分配取其平均值归算每环内角。观测时，各项差值均保证在允许限差范围内。

②距离观测:每条边均往返对向观测,各测2测回;每测回读数2次。并时时测定温度和气压,现场输入仪器进行气象改正(另外,观测时附带三角高程测量进行边长改化)。

4 内业数据处理的步骤及方法

4.1 起算数据的使用（表1）

表1 石忠高速公路B7合同段交桩表

4.2 平差的基本原理

本主副导线环(网)从隧道进口端以D108→D2为起始边方位角出发,按简易相关平差方法推到出口端设计院所给的D110点的第一次坐标结果以后和已知值进行比较。

实测值为:XD110=322999.3169；YD110=611851.3831

这时,XD110差=+0.1369m，YD110差=+0.0011m,根椐误差三角形计算其闭合差斜边D==0.1369m，由此可见,此坐标不能满足施工单位所需控制网贯通精度等级的需要。该平面导线网以环的形式从已知点推算到待测点,必然会出现点的精测与定测坐标不符值。

原 已 知 ：aD108→D110=269°42′50.72″;dD108→D110= 6405.7138m

现 实 测 ：aD108→D110=269°42′55.13″;dD108→D110= 6405.7120m

而以往绝大多数测量员遇到坐标点位误差达到0.1369m这种棘手的问题就会束手无策,不知怎样解决,甚至仍然采用复测值。这就意味着在将来隧道洞内施工测量中存在隐患。所以遇到测量难题应全面分析,衡量利弊,即使有些数据在允许限差内,也要控制在最小。

也就是说所测D108→D110方位角相对于它的已知理论方位角偏大4.41″,距离偏小0.0018m,如果按此次计算的各导线点坐标进行施工测量放样,那显然对隧道洞内将来在贯道面假设洞内控制测量无误差的情况下,其横向贯通误差也要相差0.07m,纵向无误差。如图2所示。

图2 D110点的误差示意图

但是隧道测量任务注重的就是横向误差的影响,鉴于以上原因,必须还要进行D108→D2起始边坐标方位角平面转轴后的二次坐标计算。D108→D2改变后的方位角为107°17′02.47″（这里值得一提的是转轴的方向不要弄反），再重新计算D110点的坐标。

这时计算出来的D110点坐标和设计值对照基本相符,证明转轴后的各个控制点坐标计算无误,平差处理完毕(导线网简易平差计算表格篇幅大,未列出舍去)。

5 平差的讨论与分析

设计院提供的D108和D110两点坐标保证基本不变的基础上,对D107和D109两点的坐标值稍做改变。

D107点坐标改变为：XD107=323205.722；YD107= 619059.6319

D109点坐标改变为：XD109=323376.3021；YD109= 613010.5797

综上所述表明，进出口基线边方位角调整后是数值正负符号恰好相反,而绝对值相同的关系。D107和D109两点计算坐标与它的理论坐标反算偏移误差分别为0.021m和0.038m,经数据综合考虑分析无大的妨碍,这样两基线边的邻标段应采用原设计值不变,而我标段经平差后计算的坐标就对隧道本身正确贯通也无影响。关键更不影响邻标段的线路走向,线型达到了洞外平面控制测量精测目的和预想效果。所以说此独特的平差办法起到的作用非常醒目。

6 平差的鲜明思路

以闭合导线或简易相关平差形成环以后,都可以采用此法进行平差计算,整体误差被分配到隧道两端的D107和D109点上,并且误差甚小,对整条线路均无影响，从而更加科学合理的满足特长隧道的施工需求。

7 精度评定

（1）导线环测角中误差：

（2）导线网全长闭合差的相对精度:

（3）导线坐标闭合差的相对精度:

（4）洞外控制测量误差对贯通精度影响值的估算:

①由测角引起的横向贯通中误差:

②由测距引起的横向贯通中误差:

③洞外控制测量引起横向贯通中误差:

（《公路勘测规范》）

8 测量成果评述

在这次平差处理过程当中,对待山区地形起伏较大,点的平面位置可与高程同步完成,三角高程测量也满足了四等精度要求,也提高了工作效率,因为高程不为本章重点,未刻意提及。导线坐标计算可用编程计算器推得,其中各项指标满足允许限差要求,精度合格,成果可靠。导线环比单导线精度提高倍。各控制点数据采用本次精测成果为宜。

9 结论及建议

在长大隧道的精密控测中,经反复验证,此平差程序方法得到了成功尝试,该网的布设、观测、平差方案优化。

近几年来,针对测量行业总结了一些经验。并深有体会,认为:

（1）内业数据的处理固然重要,但必须保证外业资料收集的精确性。

（2）不要强化导线控制网的严密平差,应讲求实效,最终两种方法比较只差在毫米级,基本一致。

（3）只要符合精度等级的测回数观测,不建议采用多余观测,否则致使工作量大而提高的精度并不显著。

（4）应使用精度较高的先进仪器设备,仪器周期检定要落实到位,保证仪器使用的可靠性,并且在良好的外界条件下进行观测。

（5）只有树立高标准、严要求的思想,采用严密的控制测量手段,才是检验测量成果可靠的标准，期望值才会更高。

（6）另外,要求精测人员应具备实用性操作技能,掌握相关基本理论知识,精心测设、严密把关、抱有坚定的信念和恒心,才能为企业,更为我国的交通、土建工程事业做出卓越的贡献。

图3 新疆哈密市白水井铁矿6号勘控线剖面图

P207

B

1004-5716(2015)03-0183-03

2014-01-23

富聿祥（1970-），男（汉族），辽宁开原人，工程师，现从事工程测量技术工作。