高速公路隧道施工测量技术研究

贺 梁

(中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津 301700)



高速公路隧道施工测量技术研究

贺 梁

(中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津 301700)

通过分析高速公路隧道施工测量中存在的问题，从布设隧道控制网、建立隧道测量坐标系统和估算贯通误差等方面，阐述了改进高速公路隧道施工测量技术的有效策略，有利于提高隧道施工测量精度，保证高速公路隧道工程质量。

高速公路，隧道，施工质量，测量技术

隧道施工测量是高速公路隧道建设中特别重要的一个环节，测量数值的准确性对隧道施工质量起着决定性的作用，所以，隧道施工单位要高度重视高速公路隧道的测量工作，尤其要关注测量中控制网的布设、坐标系统的建立等一系列问题，切实提高公路隧道的施工质量。

1 布设隧道控制网

1.1 布设原则

建立高速公路隧道控制网的流程主要有：一是在制定隧道控制网方案之前，工程人员要先收集施工场地的相关资料，比如施工场地的水文情况、地形地势、隧道建设的竖井、斜井及平行道坑等辅助设施的布置情况等等，为制定控制网方案提供重要的参考依据；二是确定隧道控制网的时候，工程人员应当综合考虑隧道工程测量仪器的性能和种类，充分掌握施工外界因素和交通干扰状况，按照工程质量和施工要求对隧道控制网设计方案进行不断优化，从而提升控制网的精度；三是在隧道测量过程中，要确保每个洞口应当至少有3个水准点，将其作为测量的参照物；四是为了保证布设洞口投点方便，隧道施工过程中中线放样测量、联测洞外控制点和向洞内测设导线，在进行洞内传算时，工程人员应当将起算的边长控制在300 m以上。同时，为了加强对控制网的检查、定向，施工过程中要保证控制点之间能够通视。

1.2 精度要求

建设高速公路隧道控制网的意义在于确保隧道两侧相向挖掘的工作面能顺利贯通，控制网的精确程度关乎隧道贯通的形状、贯通的情况、贯通的长度以及施工的方法等多个方面，所以提高隧道控制网的精度对于保证隧道施工顺利具有非常重要的意义。当前最为常见的控制网形式有三种，即三角网、GPS网以及导线网，其中GPS网的精度较高、限制较少，是目前我国应用最为广泛的一种控制网形式；三角网适用于地形复杂、地势起伏大、通视情况较好的施工地点；导线网适用于地势较为平坦，通视情况较差的施工地点。

GPS网是目前最常用的一种控制网形式，在控制点之间不必通视即可把隧道的两个洞口投点连接，可以大大减少工程所需要的控制点数量。另外，GPS网是运用我国GPS定位系统来实现精准定位的，尤其是运用大于1 000 m长度的测量基线边时，GPS控制网的精度会更高，可以满足隧道施工的需要。

其中，Q为GPS网图形强度,一般按照GPS网的矢量协方差或形状来决定；M1为地面GPS网测量误差的值,一般是由测量设备性能决定的。

为保证GPS网的精度符合高速公路隧道控制网的需要，工程测量人员可按照隧道长度、施工地形以及各洞口的位置，运用不同的测量基线边长长度检验GPS网的测量方案。例如：使用长度不同的测量基线边时，利用GPS网矢量协方差矩阵求Q的值和洞口控制点的精度，选择精度M1≤20mm，并且效率高的GPS网为最优测量方案。

2 建立隧道测量坐标系统

在高速公路中，对于长度超过500m，直线长度超过1 000m的曲线隧道，需要按照横线贯通精度的要求确立独立平面坐标系统。

确立坐标系统时，应当先考虑隧道施工放样方便，同时还要考虑与隧道两端线路的正确衔接问题。可以选择任意经度的中央子午线高斯平面坐标系统或者国家高斯平面坐标系统，但是通常是利用独立坐标系统。为了施工方便，常规的测量网通常是把隧道的主轴线进口到出口方向作为X轴的正向，隧道中某一线路中线里程作为X坐标系统的起算值，向右旋转90°确定为Y坐标轴，坐标原点的值可以为零，也可以为正常数。

在实际设计方案中，可以将隧道底部平均高程面作为投影面，把隧道中心线作为中央子午线，根据高斯正形投影计算平面直角坐标系统；也可以把抵偿高程面当做投影面，根据高斯正形投影来计算平面直角坐标；还可以将椭圆面作为投影面不变，选择适当的中央子午线，也就是把长度投影到该投影带所生成的变形，也就等于这一长度投影到椭圆球面而生成的变形。

3 估算贯通误差

高速公路隧道贯通的误差值是指在隧道中相向挖掘的施工中线中，贯通面的中线点不相重合，致使隧道贯通存在精度差。隧道贯通的误差值大多是在隧道贯通以后才能够确定，但根据工作需要，施工人员需要对贯通误差值进行事先估算，用来更好地指导施工工作的开展。根据产生方向不同，误差可以分为纵向误差、横向误差、高程误差和平面贯通误差等几种形式。其中，纵向误差是指与贯通面垂直方向的分量，也叫做纵向贯通误差；横向误差是指与贯通面平行方向的分量，也叫横向贯通误差；高程误差是指在铅锤面上的正射投影，也叫做高程贯通误差；平面贯通误差是指贯通误差在水平面上的正射投影。横向的误差将会对工程线路的方向产生直接的影响，如果误差超过了一定的范围，将会造成隧道几何图形的改变，严重的将会入侵建筑界限，而必须拆除重建，这不但延误工期，而且会给施工单位造成严重的经济损失；纵向的误差一般会影响到隧道中线的长度以及线路的设计坡度；高程误差主要是影响线路的坡度。

贯通误差的估算：

1)平面误差值的估算方法。

导线的测量出现误差是产生平面误差值的主要原因，假设X为导线在隧道两侧洞口连接线上的各点到贯通面的直线垂直距离，那么导线测角的对平面误差值的影响为：

2)高程误差值的估算方法。

高程误差主要影响线路的坡度，同时线路的坡度还会受到隧道洞内和洞外高程控制测量的影响，所以容易出现误差。高程误差用公式表示为：

式中：M——每千米隧道水准测量偶然误差；L——隧道洞内或者洞外的高程离线长度。

4 结语

高速公路隧道测量的准确程度对隧道施工质量有着决定性影响，是确保隧道顺利贯通的重要依据，所以施工单位必须给予隧道测量工作高度重视，采用精准度较高的GPS网来提升隧道工程测量的精准程度，提高对隧道贯通误差值的估算准确度，以提高施工单位对隧道测量的准确性，确保高速公路隧道工程的顺利贯通，保证工程按期、优质、高效地完成。

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Research on the measurement technology of highway tunnel construction

He Liang

(FourthEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway22thGroup,Tianjin301700,China)

This paper analyzed the existing problems in highway tunnel construction, from the tunnel control network layout, tunnel measurement coordinate system establishment and through error estimation and other aspects, elaborated the effective strategies to improve the measurement technology of highway tunnel construction, helpful to improve the measurement accuracy of tunnel construction, ensured the highway tunnel engineering quality.

highway, tunnel, construction quality, measurement technology

1009-6825(2017)10-0210-02

2017-01-21

贺 梁(1987- ),男,工程师

TU198

A