超长隧道横向贯通误差分析——洞内平面控制测量部分

超长隧道横向贯通误差分析——洞内平面控制测量部分

李冠青，黄声享

(武汉大学测绘学院，湖北武汉430079)

摘要：国内超长隧道工程越来越多，而针对20 km以上隧道的横向贯通误差限差问题尚缺乏规范与经验，针对此问题，文中利用CODAPS软件包，具体分析直线型和曲线型超长隧道横向贯通误差的影响因素。通过模拟分析，得出导线网边长、测角精度、测边精度对横向贯通误差的影响规律，为理论研究和工程实践提供借鉴和参考。

关键词：超长隧道；横向贯通误差；测角精度；测边精度；导线边长

中图分类号：TB22文献标志码：A

收稿日期：2014-03-27;修回日期：2014-09-10

作者简介：李冠青(1990-)，男，硕士研究生.

Lateralbreakthrougherroranalysisofsuperlongtunnel

——derivedfrominsidehorizontalcontrolsurvey

LIGuan-qing，HUANGSheng-xiang

(SchoolofGeodesyandGeomatics，WuhanUniversity，Wuhan430079,China)

Abstract：There is an increasing number of super long tunnels in China，but technical standards and experiences about lateral breakthrough error range of super long tunnels which are more than 20 km are lacking.Aiming at this problem，it analyzes the lateral breakthrough error influence factors of liner and curved super long tunnel in the use of CODAPS software.And through the simulation analysis，laws of edge length of traverse，angle measuring accuracy and baseline measuring accuracy affecting lateral breakthrough error are obtained，which have a certain reference value for the relevant theoretical research and engineering practice.

Keywords：superlongtunnel;lateralbreakthrougherror;anglemeasuringaccuracy;baselinemeasuringaccuracy;edgelengthoftraverse

现有规范对相向开挖长度超过20km的隧道贯通误差没有明确的规定，而目前国内20km以上的隧道越来越多，且隧道里程不断加大，隧道等级不断提升，铁路隧道、公路隧道、引水隧道都在以这样的趋势发展。本文针对这一现象，着力探讨20km以上隧道的贯通误差问题。隧道贯通误差分地面和洞内两部分，其大小取决于相应控制测量的精度。结合当前的实际工程要求和测量技术水平，横向贯通误差的要求最难达到。对于只有一个贯通面的隧道而言，影响横向贯通误差的因素就是洞内、外平面控制测量的测量误差[1]。本文重点分析洞内平面控制测量引起的横向贯通误差。

1洞内平面控制网

对于超长隧道，洞内导线可分由大地四边形构成的全导线网和交叉双导线网，如图1所示。以20km长、6m宽隧道为例，长导线边按600m设计，观测精度取LeicaTS30全站仪的标称精度，角度测量0.5″，距离测量0.6+1×10-6D，大地四边形的两条短边不做方向观测，利用CODAPS控制测量数据处理通用软件包进行模拟计算(下文所有模拟计算均采用此软件包进行)，对比两种网形。

图1　洞内导线网布设示意图

全导线网方向观测值262个，边长观测值166个，共计428个，横向贯通误差91.8mm；交叉双导线网方向观测值202个，边长观测值98个，共计300个，横向贯通误差105.6mm。比较发现，交叉双导线网的观测量比全导线网少43%，贯通精度只下降15%。采用交叉双导线网可以大幅减少工作量，有效避免旁折光对隧道边墙测边的影响，且能保证很好的网形强度和测量精度。综合考虑工程需要、工作量、费用等因素，对于长隧道和超长隧道，优先推荐交叉双导线网用于洞内平面控制测量。为此，下文所有模拟计算均以交叉双导线网为例。

2直线型隧道模拟分析

2.1　测角、测边精度影响

目前，国家规范对相向开挖长度小于20km的隧道横向贯通误差规定见表1[3]。

表1　隧道横向贯通误差的规范规定

针对超长隧道，以常见的铁路隧道为例，宽6m，长导线边按600m设计，方向观测精度取0.5″、0.7″，测边精度取0.6+1×10-6D、1+1×10-6D、3+2×10-6D，计算结果如表2所示。

表2　测角、测边精度对直线型超长隧道洞内

2.2　导线边长影响

上面的分析都是长导线边按600m设计，但是很多时候，由于洞内的光照条件、灰尘、机械、车辆等影响，隧道工程的实际情况可能无法满足这一条件。武夷山特长隧道贯通后实测导线边长245～418m，平均边长只有292.8m[4]；中天山特长隧道边长是按进口段650m、出口段400m的导线测量方案设计[5]；秦岭特长隧道按平均边长500m设点[6]。针对这一现象，现在分析洞内平面控制网的导线边长对隧道横向贯通误差的影响和规律。按隧道宽6m，测角精度0.7″，测边精度1+1×10-6D设计，交叉双导线网的长导线边从200m增加到600m，进行模拟计算，结果见表3。

从表3可以看到，在相同的测角精度和测边精度条件下，随着导线边长度的增加，隧道横向贯通误差呈逐渐减小的趋势，减小的速度越来越慢；边长增加相同长度时，隧道长度越大，横向贯通误差减小的幅度越大。并且，对于20km长隧道，导线边长为200m时，按测角0.7″、测边1+1×10-6D施测，无法满足规范规定的160mm洞内贯通中误差要求(见表1)，这就要求在能够正常施测的前提下，提高测角精度的同时，尽可能延长导线边长度。

表3　导线边长对直线型超长隧道洞内

3曲线型隧道模拟分析

上面所有的分析都是针对长直隧道，当隧道是有一定转角的曲线时，情况会有所变化。以平面曲率为1/942 480的曲线型隧道(相当于相向开挖长度为50km时隧道转角30°)为例进行模拟计算，其他设计指标同2.1，结果如表4所示。

可见，对具有一定曲率的曲线隧道，改变测角、测边精度，横向贯通误差的变化规律和直线型隧道相同，洞内导线网引起的横向贯通误差与测角精度也成比例变化，同样受测边精度变化的影响不大。但是，相向开挖长度相同时，采用相同的测角和测边精度施测，曲线隧道的横向贯通误差比直线隧道的要大。相向开挖长度50km的两种类型隧道进洞点到贯通点段交叉双导线网误差椭圆如图2所示。

表4　测角、测边精度对曲线型超长隧道洞内

图2　相向开挖长度50 km隧道进洞点到贯通点段交叉双导线网误差椭圆

4实例分析

山西省万家寨引黄工程南干线5#和7#特长输水隧洞相向开挖长度分别为26.5km和42.6km，洞内设置具有强制对中装置的观测台，相距为600m左右，在没有规范可循的情况下，最长的7#隧洞实测贯通误差为85mm，5#隧洞实测贯通误差为86mm[7]，很好地满足了工程隧洞开挖线路与设计隧洞线路偏离保持在100mm以内的要求[8]，实现了超长隧道的高精度贯通。26.5km和42.6km的相向开挖长度，600m左右的导线边长，再考虑洞外平面控制测量引起的横向贯通误差，实测贯通误差和表2相比，远小于103mm和235mm的最优估算结果。可见，20km以上超长隧道的高精度贯通在实际工程中是完全可以做到的[9]。

5结束语

不管是直线型隧道还是曲线型隧道，20km以

上超长隧道洞内平面控制测量引起的横向贯通误差与测角精度成比例变化，受测边精度变化的影响很小；长导线边越长，横向贯通误差越小，在允许的条件下，长导线边长要尽可能大于300 m。随着铁路、公路标准等级的提升，隧道建设的标准会越来越高，超长隧道横向贯通误差限差不可能随着隧道长度的增加永远增大下去，所以在提高测角和测边精度的同时，还要研究引入其他测量手段的必要。

参考文献：

[1]张正禄，李广云，潘国荣，等.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社，2005:383-393.

[2]张正禄，张松林，伍志刚，等.20～50 km 超长隧道(洞)横向贯通误差允许值研究[J].测绘学报，2004，33(1)：83-88.

[3]朱颖，卢建康，程昂，等.TB 10601-2009 高速铁路工程测量规范 [S].北京：中国铁道出版社，2010.

[4]洪淮斌.武夷山特长隧道横向贯通误差浅析[J].铁道建筑，2012(5)：82-84.

[5]臧军强，李明伟.中天山特长隧道施工 GPS 控制网的建立及横向贯通误差预计分析[J].洛阳理工学院学报：自然科学版，2011，21(1)：23-27.

[6]郭志强.基于GPS的秦岭特长隧道控制测量技术研究[J].科技资讯,2009(15):67-69.

[7]白玉春，胡文元.特长引水隧洞 GPS 控制测量研究与应用[J].测绘通报，2008(10)：43-45.

[8]曹催晨.先进技术在万家寨引黄工程中的应用[J].中国水利，2004(6)：53-54.

[9]李建.长大隧道平行导坑平面控制网方案设计和贯通误差分析[J].测绘与空间地理信息，2014，37(8)：82-83.

[责任编辑：刘文霞]