长大隧道内CPII控制网测量技术探析

付民光

【摘 要】本文提出了以CPII控制点为强制对中标志，同时桩顶刻划“十”字兼容原平面标志功能，在左右点对中间设站，每站观测前后相邻的3对点，形成“点对中间设站、相邻点边角同测”的一种适合于长大隧道内CPII控制网测量方法（简称中间法），通过在杭黄铁路紫高尖隧道内实际验证，实现了达到了预期效果，对今后类似长大隧道内CPII控制网测量施工提供一定的借鉴和参考意义。

【Abstract】The CPII control point is used as the mandatory centering mark， and the top of the pile is characterized by the "+" ，it is also compatible with the original plane mark. In the middle of left and right point pairs， we set the station， each station observes three adjacent point pairs， to form the measurement method of " setting station between point pairs， same testing on corner of adjacent points"， this method is suitable for long tunnel CPII control network measurement（it is also referred to as the middle method）. This method is presented in this paper， and it is verified in the Zigaojian tunnel in HangHuang railway， which achieves the expected effect and provides some reference and significance for the construction of CPII control network in similar long tunnels.

【关键词】长大隧道； CPII控制网 ； 测量技术

【Keywords】 long tunnel ；CPII control network ；measurement technology

【中图分类号】U45 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0185-05

1 引言

随着近几年高速铁路的快速发展，大批长大隧道不断涌现，受客观条件限制，目前洞内 CPII平面控制网的布设只能采用导线方式[1]。由于CPII的成果将作为轨道控制网（CPIII）的起算基准，而CPIII控制网的精度将直接影响轨道的平顺，从而影响列车运行的舒适度及安全性。因此，洞内 CPII平面控制网的测量精度就非常重要。在实际工作中，由于目前多采用0.5″级高精度全站仪，因此三等CPII平面控制网精度比较容易满足，而隧道二等及更高等级的洞内CPII平面控制网测量精度却往往达不到限差要求，从而陷入长时间的返工 ，给各方工作带来很大制约，严重影响工程进度。因此，如何保证长大隧道洞内CPII测量精度成为一个新的课题。

2 概念说明

长大隧道：主要指长度在6km以上的隧道，采用CPII控制网的形式进行平面控制网的布设。坐标系统和测量等级技术指标要求如下：

2.1 坐标系统

采用原有施工测量坐标系，经设计复测后确认的新成果。

2.2 测量等级及技术指标

各级平面控制网设计的主要技术要求应符合下表1的规定。

洞内（CPⅡ）三、四等导线测量的主要技术要求应符合下表2的规定。

3 控制点布设及埋桩

3.1 布点

洞內CPⅡ点沿线路走向布设，前后相邻点间距300～600m。本项目无砟轨道段CPⅡ导线布设成导线网，在CPⅡ点对侧布设辅助点，辅助点与CPⅡ点里程差尽量小[2]。

导线点宜充分利用洞内施工平面控制桩，单独布点时应布设在施工干扰小、安全稳固、方便设站、便于保存的地方，点间视线应距洞内设施0.2m以上。

3.2 埋桩

控制点埋设于水工电缆槽墙顶部，控制点稳固后方可进行测量工作。

4 测量方法及技术要求

4.1 测量仪器设备

所用仪器应在观测前检验合格，并保证观测时仪器在有效检定期。本次洞内CPⅡ导线测量采用TCA2003。TCA2003标称精度为方向测量中误差0.5″，距离测量中误差1mm+1ppm。

进行导线边长观测时，温度读数精确至0.2℃，气压读数精确至0.5hPa。

4.2 测量方法

洞内CPⅡ测量采用导线网测量方法，如下表3所示。

洞内导线测量应起闭合于洞外CPI控制点，导线两端均应进行已知方位边观测。

4.3 技术要求

4.3.1导线测量总体技术要求如表4所示

②相邻点位坐标中误差小于5mm。

4.3.2 水平角方向观测技术要求如表5所示

②下半测回归零差超限时，应立即重测该测回。

4.3.3 边长观测技术要求

在方向观测时进行边长观测，边长观测次数与方向观测次数一致。距离较差限差如表6所示。

5 CPⅡ控制网测量方案

①在建立洞内导线CPⅡ控制网测量前，设计院应进行CPI点（二等GPS测量控制网）进行复测量，并取得最终成果。

②洞内导线CPⅡ控制网宜附合到各洞口CPⅠ控制点上。在进出洞口处应分别布点，避免一条导线边分处洞外和洞内。

③洞内导线CPⅡ控制网测量等级：当附合长度小于6km以下时为四等，附合导线长度大于6 km且不超过10km时为三等。

④导线边长300～500m，每隔600～1000m埋设永久导线点。

⑤永久性导线点采用不锈钢制作，中心刻“+”。

⑥导线边长观测时，应进行温度、气压等气象元素测定，并输入全站仪对观测距离进行自动改正。温度读至0.5℃，气压读至1hPa。

⑦观测方法：角度采用方向观测法，盘左顺时针，盘右逆时针依次观测各方向。测站限差为：方向观测法半测回归零差不大于6″，一测回内2C较差不大于9″，同一方向值两测回较差不大于6″。距离和方向同时测量，半测回、测回间距离较差不大于2mm。

⑧洞内导线采用双导线布设，点对之间应测量距离，并参与平差计算。布设方式如图1所示：

现场CPII控制网在业主规定的基础上，又采取了进一步的加强措施。主要表现在如下：

①CPII控制网所有导线点均埋设了强制对中标志（5/8英寸制式），标志采用不锈钢制作，顶面中心刻“+”，兼容原平面标志功能；

②洞内导线采用交叉导线闭合环方式，每1站同时观测相邻的2对导线点，并测量对点之间的距离。布设形式如图2所示：

③同时对部分段落CPII控制网采用了“点对中间设站、前后边角同测”方式进行测量（以下简称中间法）。测量方式如图3所示：

④中间法CPII控制网数据处理。

可以采用兼容的CPIII平差软件进行解算（市面上部分CPIII平差软件不能解算这种网形），也可转换为导线形式进行平差计算。

转换为导线形式后进行数据处理降低处理难度，提高数据质量检查的直观性，符合一般技术人员应用习惯。结合下图进行详细说明，图中虚线为中间法观测数据展示，两侧的粗实线为转换为导线边，前后相邻边有角度观测值和距离观测值，左右对点间距离参加平差，如图4所示：

数据转换可采用自主开发的专用软件，转换步骤如图5所示：

6 实例介绍

根据以上测量原理在杭黄铁路紫高尖隧道CPII控制网中进行验证测量，紫高尖隧道全长9775m，设计为双线隧道，全隧为单面上坡，位于右偏曲线上，设计行车速度为250km/h。

图6示例：杭黄铁路紫高尖隧道洞同内CPII控制网，部分资料在表7中列出（表中数据由铁四院CPIII平差软件处理）。

中间法CPII控制网测量数据转换为导线形式后可由通用平差软件进行质量检查和平差计算，下图7列出示例经武汉大学科傻软件CosaWin98处理后结果。（表7）

7 结语

采用中间法测量长大隧道内CPII控制网具有以下优点：

①CPII控制点采用强制对中方式，减少了对中误差，提高了角度、距离测量精度；

②采用对点中间法设站测量方式，理论上能有效降低视线水平折光程度，有利于提高控制点相对位置精确性；

③外业工作量较传统双导线减少一半，效率提高50%；

④中间法测量数据可转换为传统导线形式，闭合差检查更为直觀；

⑤中间法测量数据转换为传统导线形式后，平差计算不需要特殊软件（如CPIII平差系统软件）即可完成，有利推广使用。

【参考文献】

【1】TB 10601-2009高速铁路工程测量规范[S].

【2】王科峰.张子明.GPS在长大隧道控制测量中的应用[J].电铁信息网讯，2007（2）：51-52.