论述隧道贯通测量中导线设计与误差预计

李树波

【摘 要】随着经济和科学技术的发展，对道路的建设的要求也越来越高。长大隧道作为道路建设的控制性工程之一，其贯通的水平在很大程度上代表了我国隧道的技术发展水平，而且贯通测量是测量学科内一项最综合性的测量工作，非常值得探讨、研究，也是对测量理论和知识方面的一次全面性的训练和培养。

【关键词】控制测量；贯通测量；导线测量

1 隧道贯通当前现状

测绘技术的发展，使得越来越多的先进仪器和方法应用于隧道贯通测量。国家1：10000基本地形图为隧道选址提供了基础图件；遥感技术提供了多光谱影像，可对隐患地质构造和水文地质条件进行推断；光电测距仪，电子全站仪以及全球定位系统技术的应用，使隧道施工平面控制图的建立得到革命性的改变；电子计算机的普遍应用，使隧道控制网的优化设计和贯通误差变的十分简单。目前世界最长的隧道为日本本州和北海道全长53.9公里的青函隧道。迄今为止，我国最长的隧道为太行山隧道，其全长27.839公里。随着时间的推移，一定会出现更长的隧道，且其更新的速度也会越来越快。

误差在测量过程中是不可避免的，隧道贯通中的主要误差为隧道贯通测量重要方向上的误差。在实际施工中，通常因为提高工程进度、缩短工程期限以及改善隧道中的工作环境等，我们一般采用隧道两端的开切口为施工点，从隧道的两端同时进行开工。为了保证隧道在贯通的方向和贯通点的的误差满足《工程测量规范》中的精度要求，所以在工程施工前，隧道贯通过程中测量设计方案及预计误差都是相当重要的。

此次举例来说明一下隧道贯通测量的导线设计和误差预计本次的贯通测量地面控制网为四等GPS控制网，采用边连式的方法进行，最长边长2360米，最短边长1300米，平均边长约1805.83m，隧道高6m，宽13m。仪器的标称精度为±（1+lppm×D）mm。

（1）基线条件精度指标

各等级GPS相邻点间弦长精度用下式表示：

（2）最弱边相对中误差为：

2 隧道导线测量方案的设计

2.1 隧道内平面测量

隧道平面测量包括井下施工导线测量、施工控制导线测量。

2.1.1 施工导线测量

隧道贯通测量第一步要布设导线，确定方向。导线的平均边长一般为30m，角度观测中误差的绝对值≤6”，边长测距中误差应在≤10mm。

2.1.2 施工控制导线测量

（1）隧道直线施工控制导线点平均边长200m。

（2）现场一般使用Ⅱ级标准，进行施工控制导线的实际测量，双测回法，（ + ）-360°<6"，边长双向观测二测回， - <7mm。

（3）在施工控制导线测量前进之前，要对导线前的四个固定点进行检测测量，如果被检测的固定点有所变动，那么就要把已有的导线延伸到附近的固定点处来保证导线点的精度。

（4）施工控制导线在隧道贯通前应重复观测四次，对于重合点的坐标值x ，y 与原坐标x ，y 满足x -x <10mm，y -y <10mm时，运用加权求得的平均值的作为延伸测量过程中的起始数值。

本次设计中选用10”的精度进行平面控制，平面测量的起始点位于隧道的中心线上，根据有关规范要求，测量两次，导线的边长为200m，测距精度为3mm+2ppm。

2.2 隧道内高程测量

隧道内高程控制采用I级水准测量，采用S3水准仪和木制板尺进行往返观测，闭合差≤15 mm（R为水准线路长度，以公里为单位）。

（1）用地面水准测量方法进行隧道内的水准测量，视线长度一般为15～40m。

（2）水准基点为隧道两边开切点，要求每站观测两次，两次仪器的高度之差≥10cm。所测得的高差之差≤4mm。

（3）隧道内施工水准点每50m/个，隧道内施工控制水准点每100m/个。隧道内水准点和地下导线点可以通用，隧道内高程点设在巷道两帮稳定的岩石中，每隔300～500m/组，每组≥3个。

（4）井下水准基点的埋设方式按《冶金矿山测量规范》要求执行。

3 隧道贯通测量的误差预计

3.1 误差参数的确定

（1）地面采用四等GPS导线网，同等级扩展四等导线，规范规定，测角中误差为2.5"，故取m =±2.5"。

（2）地面量边相对中误差，测距精度1mm+1 ppm，平均边长1.8公里，故取 = 。

（3）井下导线测角中误差。采用10"级导线，故测角中误差为m =±10"。

（4）井下导线量边相对中误差，测距精度3mm+2ppm，平均边长100米，故取 = 。

（5）地面水准测量中误差。规程规定地面四等水准测量的限差为±20 mm，

（L—为水准路线长 ）。

（6）井下I级水准测量误差为m =± =± =8.47mm。

3.2 贯通相遇点K在x轴重要方向的误差计算

尽可能选择不同地面导线，近井点、近井导线、起始边预计其误差对贯通巷道误差影响，选择确定优化方案。

过 K点以垂直于巷道的方向作为假定坐标 x 轴方向，求相遇点K在水平重要方向上的误差，求贯通相遇点K在水平方向x轴上的误差。

3.2.1 地面测角误差影响

3.2.2 地面量边误差影响

式中m1——导线量边误差；l——导线边长。

3.2.3 井下导线测角误差影响

式中m ——井下导线测角误差影响；

R ——井下导线点与K点连线在y轴上的投影长度。

井下导线测量工作独立进行两次，故测角误差的影响为：

3.2.4 井下导线量边误差影响

井下导线测量工作独立进行两次，故量边误差的影响为：

由预计图上算得，故 =20784.6

式中l ——井下两条贯通导线在起算点连线在x轴上的投影长度。

3.2.5 各项误差引起贯通相遇点K在x轴上的总中误差为：

3.2.6 各项误差引起K点在x轴上的预计误差

取2倍中误差为预计误差，则：

3.3 贯通相遇点K在高程重要方向的误差计算

3.3.1 地面水准测量引起的误差

有关规范规定，可按照四等水准测量的精度指标进行实测井口水准基点的高程，四等水准支线往返测的高程平均值的中误差为：

式中L—水准路线的单程长度，以公里为单位。

3.3.2 井下水准测量引起的误差

井下进行I级水准， 故：

3.3.3 贯通在高程方向上的预计中误差

各项测量工作均独立进行两次，故：

3.3.4 贯通在高程方向上的预计误差

从上述的结果可知，水平方向和高程方向上均满足精度要求，因此所选用的方案和方法可行。

4 结束语

隧道贯通测量中误差是不可避免的，所以我们要有具体的数据来说明这些，以保证正常的施工。隧道贯通中的导线设计和误差预计这两项工作是十分重要，我们不能盲目追求速度而造成工程质量不过关、精度不达标，也不盲目追求高的精度，而增加测量工作量。尤其对大型隧道的贯通有着十分重要的意义。我们测量人要有认真，负责的态度来完成每一项工作，以保证工程质量。

[责任编辑：杨玉洁]