影响隧道洞内导线测量精度的因素分析

郑雪峰

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300142)



影响隧道洞内导线测量精度的因素分析

郑雪峰

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)

隧道洞内导线测量环境复杂，影响测量精度的因素较多。介绍影响隧道洞内导线测量精度的因素，对这些因素进行深入分析，制订相应的措施，结合工程建设实例，给出隧道洞内导线测量的建议。

洞内导线测量研究分析

基于某客运专线多条隧道洞内导线测量的实践经验，系统地分析影响隧道洞内导线测量精度的因素，并提出改进措施。

1　导线测量实例

某客运专线两座长度大于5 km的隧道，均采用双侧成对布设交叉全导线网测量，如图1所示。

图1　双侧成对布点交叉全导线网

第一座隧道长5.09 km，为直线隧道，洞内共布设导线点11对，按照隧道二等测量要求施测。外业测量后数据处理时，角度闭合差为42.82″，超过限差12.98″的要求。X坐标闭合差为35.54 mm，Y坐标闭合差为180.63 mm，导线全长相对闭合差为1∶27 678，超过限差1∶55 000的要求。导线内四边形环角度和全长相对闭合差超限情况见表1，共有21个闭合环，其中有10个环角度闭合差超限。对相关测站进行补测，补测数据替换后仍然超限。

表1　隧道洞内CPⅡ导线闭合环超限情况统计

第二座隧道全长6 km，曲线占全长的三分之一。按照图1采用二等导线施测，测量后发现部分角度闭合差严重超限。通过分析排除了起算基准不可靠因素、测量仪器及人员操作的粗差，通过多达4次的补测检查，数据对比分析如表2所示。

表2　隧道洞内CPⅡ导线不同位置观测角度互差分析

第一座隧道洞内观测条件较差，有施工干扰，洞内粉尘水汽较重；第二座隧道洞内观测条件较好，施工已经完成，没有水汽粉尘。经过对测量数据计算及对比分析，发现两座隧道指标超限的测站基本相同，角度超限大小不等，无明显规律。

2　导线测量误差分析

针对以上情况，从以下几个方面对隧道洞内导线测量误差进行分析。

2.1仪器、测量标志及操作分析

仪器状态：使用高精度马达伺服驱动全站仪，测角精度不低于1″，测距精度优于±(2+1×10-6D) mm，在检定有效期内，满足设计精度要求。

测量标志：各控制点埋设在稳固的地方，标志清晰，无松动。

测量操作：开工前，对仪器操作员进行了专门的技术培训，作业时，三角架使用稳定的木质角架，现场测量过程满足技术要求。

2.2温度气压分析

温度气压对全站仪测距影响较大，通过计算及现场实测发现，温度每变化1 ℃，对距离观测值影响为1/1 000 000；气压每变化10 hPa，对距离观测值影响为2.8×10-6。测量时温度计、气压计均经过严格的检校，并正确输入(如表3、表4所示)。

表3　温度变化对测距影响

表4　气压变化对测距影响

2.3洞内观测条件分析

第一座隧道导线测量时，洞内环境相对较差，测量时受到施工干扰严重，现场测量时发现，有些测站角度超限情况较多，精度较差。影响导线测量精度的因素有以下几个方面：

(1)隧道洞内排水沟及仰拱面有积水，洞内外温差及空气湿度相对较大，对电磁波测距、测角有很大影响，且没有规律性。

(2)测量时，洞内机械车辆振动、人员遮挡、尾气粉尘影响，导致单站精度较差，对最终测量精度有影响。

(3)测量时，仪器受到洞内强光照射，对测角、测距均影响较大，导致单站精度太差或超限且无规律，测量时必须避免。

(4)测量时，观测视线距离障碍物距离太近或被遮挡，对角度测量影响较大。

第二座隧道导线测量时，条件较好，没有施工干扰。通过对表2数据的分析及现场实地检查，发现同一观测方向多次观测角度互差超限段落基本位于隧道曲线段，且视线距离洞壁、电缆槽等构筑物太近，最近距离在0.2～0.5 m左右，测量时受到偏折光的影响，导致角度测量超限较大。

3　改进措施

第一座隧道：测量前加强与施工单位沟通，清除洞内电缆槽及洞内影响导线视线的杂物；加强洞内排水措施，清除洞内大面积积水；采取鼓风机等措施，保证洞内通风，排除水汽粉尘；为避开施工干扰，选择施工间隙洞内测量条件相对较好时间段进行测量。在确保观测条件后进行补测，导线平差计算指标一次性通过。

第二座隧道：通过对测量数据进行处理，剔除旁折光影响的导线边数据，采用交叉导线方式进行计算，两条附和路线角度及全长相对闭合差精度很高，但交导线方式每个导线点只有两个观测方向，不能保证点位的绝对精度，因而没有采用。实际工程中，若采用图1双侧成对布点交叉双导线网测量，特别是曲线地段，受边长限制，同侧导线边距离洞壁太近。为避免观测时受旁折光影响，经过分析，对第二座隧道采用如图2网形进行重新布网。经过重新测量计算，所有四边形环的精度均满足要求，导线角度闭合差为-0.37″，小于限差12.98″，X坐标闭合差为-27.08 mm，Y坐标闭合差为62.80 mm，导线全长相对闭合差为1∶74 521，小于限差1∶55 000，所有精度指标一次性通过。

如图2方式进行导线测量时，根据理论推导及现场实测数据分析，考虑到测量时两个棱镜互不影响，单侧点对间布设的距离不宜太短，一般布设距离20～40 m为宜，距离太短时观测时容易相互影响，太长时会导致测量精度降低。

图2　单侧成对交叉布点三方向导线网

考虑到隧道洞内条件及全站仪测角误差的影响，不同侧点对间距离300～500 m为宜，太短时测站增多，导致测站误差累计增大；太长时，导线方向容易受到洞内环境影响，导致方向误差较大。

导线测量成果供后续CPⅢ测量使用，满足施工测量精度指标。

4　结论及建议

通过对某客运专线多条长隧道导线实测数据分析比较，隧道洞内导线测量多处于施工期，现场条件复杂，受控因素多，应从以下几方面采取措施：

(1)提前做好测量计划，与施工单位加强沟通，密切配合，避免与施工相互干扰，保证导线观测条件是关键因素之一。

(2)采用单侧成对交叉布点导线测量方式，不仅能最大程度消除偏折光的影响，而且能够保证导线测量数据的质量和精度，是隧道导线测量的优化网形，值得在其他类似项目推广应用。

[1]TB10601—2009高速铁路工程测量规范[S]

[2]韩静玉.隧道工程洞内测量控制方法及精度控制方法分析[J].铁道勘察，2011，37(2)

[3]谯生有.隧道内CPⅡ平面控制网与施工导线网差异探讨[J].铁道勘察，2014(4)

[4]张正禄，等.大气折光对水平角测量影响及对策研究[J].武汉测绘科技大学学报，2006(6)

[5]孔祥元.控制测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2007

[6]张项铎，张正禄.隧道工程测量[M].北京：测绘出版社，1998

[7]华锡生，赵刚.自动全站仪检测系统的大气折光改正研究[J].工程勘测，2001(5)

[8]徐永刚.高速铁路精密测量技术在城市轨道交通中的应用研究[J].铁道勘察，2012(2)：7-9

Tunnel Hole to Traverse Survey Research and Analysis

ZHENG Xuefeng

2016-01-26

郑雪峰(1980—)，男，2005年毕业于兰州交通大学铁道工程专业，工学学士，工程师。

1672-7479(2016)02-0006-03

U452.1+3

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