长大类型隧道控制测量中精密导线网的应用分析

摘 要：在长大类型隧道的测量过程中，根据精密导线网的测量机理，详细地论述了在特殊长隧道中贯通测量的技术要点和数据处理。另外，对精密导线网的实际应用进行了准确分析，本文的相关理论研究对长大類型隧道精密导线网的使用，具有一定的参考意义。

关键词：长大类型隧道；控制；测量；精密导线网；应用；分析

中图分类号：U452.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0172-02

引 言

铁路测定的相关规范中对隧道的贯通测量有着严格规定，铁路测定规范是测量隧道是否准确、精度是否达标的重要标准。长大类型隧道不仅在洞穴中受到施工限制，在部分严峻的环境下也会受到相当大的限制，而且随着测定误差的不断累积，在贯通误差的控制上也大大增加了困难。本文以笔者亲身参加的某特长隧道的工程项目为例，对隧道控制测量中精密导线网的配置、测定、数据处理进行详细介绍。

1 工程概况

该隧道项目中心里程DK342+175，进口里程DK354+765，进口里程DK254+655，出口里程DK546+125，全长24.16km，线间隔为4.6～5.0m。平面以s型走线为大体形状，曲线半径分别为12000m和6400m。隧道的挖掘方法主要以进口、坊上斜井、下村斜井、出口等方位进行开挖。其中，坊上斜井、下村斜井采用的运输方式为无轨运输。坊上斜井坡度8.25%，长度为2105.24m；下村斜井综合坡度7.25%，长度为1032.54m。该隧道工程组要有两个公司共同承建，由于隧道的长度和地形条件的限制，精密导线网的组成主要分为两部分，第一部分为洞外GPS构筑控制网，第二部分为洞内全站仪构建精密导线网。

2 精密导线网的观测实施

2.1 设计依据

（1）严格控制隧道内外的测量误差。该工程主要采用分段开挖方式，多个贯通面同时施工，根据规范规定，相邻的两洞口之间的长度是33.6～11.2km，隧道是误差的值必须满足规定要求。隧道贯通误差值如表1所示。

（2）隧道误差受洞外GPS构筑控制网的影响。平面控制测量设计的依据基础为隧道贯通精度，根据精密导线网的方向、贯通处的位置、贯通面的方向位置等，推测出隧道贯通测量误差的影响范围。施工段处存在两个贯通面，隧道外精密控制网贯通误差和标准分界面的误差影响值约为23mm左右，内部分界贯通面的横向误差影响值约为15mm左右，此误差满足误差容许范围。施工段隧道贯通面资料见表2。

2.2 精密导线网的布置

由于测量环境限制较多，经调查研究，选用多边形的闭合导线的方法进行控制测量，测点选取对称布置，从各方面构成1～2m的对称测点，各环由4～6的多边形围成。根据隧道长度、铁路平面形状、施工方法及横截面的不同选择不同的导线边长，根据规范要求，每条边应控制在400m之外。测点应尽量布置在方便施工、坚固稳定的位置。洞外控制网对隧道贯通横向、纵向误差影响值见表3。

2.3 布设要求及形式

导线网起算点的GPS控制点应进行均匀成对布置，精密导线点起闭于隧道沿线的GPS控制点，并结合线路设计站位、竖井位置和沿线坚固路面，布设成直伸形状，形成挂在GPS点上的附合导线、环状导线或结点网，实现了对工程的整体平面控制。

2.4 精密导线网的施工测量

为了保证观测的准确度和精确性，确保隧道内的工程作业安全以及隧道内的气体流动，不会妨碍到工程的现场施工。隧道内部的观测应选择气流比较恒定的时间内进行。观测时，采用精密的施测仪器进行观测，利用全站仪测量导线前进方向的角度，测量角度、测量距离同时进行。其中，采用方向观测法进行方向测定，采用往返观测法进行距离测定。在项目测量之前，需要测量测定点相互之间的高度差，并取得测高距离。这个测高距离，主要为修改侧边数据时的计算理论依据。洞内导线测量精度要求见表4。

3 精密导线网测量结果分析

3.1 测量结果预处理

测量量数据得出以后，首先要做的就是对数据进行预处理，数据预处理主要包括原始观测数据的归整、观测数据的检查、角度闭合差的复核、测量导线长度的修改和优化等多个方面。，使用全站仪相关软件来将原始数据提取出来，形成电子数据观测库并进行检查和修改，然后根据电子数据观测库的数据进行工程实际应用。需要根据观测数据的质量、各项组合差、各导线的角度之间的关合差（包括折射和曲率）、导线边的水平距离等将测量结果修正归化。为把投影变形的影响减小到最低，隧道内部的观测控制将采用独立的坐标系，以北京坐标系统为基准，并参考投影平面在测量区处的高距，进行数据处理。

3.2 数据平差计算及数据分析

通过预先处理的观测数据将精密导线网的闭合导线归入到轨道底平均距离观测值中，以某高校控制数据处理软件（codap·v6.0），进行控制网平差计算及成果分析。

（1）通过仪表的显示精度确定导线的方向和长度，以此来进行平差结果分析。仪表的远距离观测值的固定误差、体系比误差、显示精度、方向观测值的误差应严格符合规范标准。经过控制网计算及成果分析，隧道内部平面控制网的主要质量标准在单位权中具有较小误差，符合误差允许范围。

（2）根据方向的不同，需要确定方向和长度的权重来进行平差结果分析。此外，为了获得更合理的方向观测值和长度观测值的比例误差，本项目主要采用了codaps的计算方法对两种观测值的确定进行预估、优化，并且进一步进行平差计算的分析和处理。隧道内平面控制网的主要质量标准中，权中误差为2.00″，最弱点以及点位中误差为3.25cm、0.54cm，导线边长相对误差为l/564000。

根据以上两个平差的结果分析来看，对方向和边长的观测值的优化以后，最弱的点的中误差提高了5.2cm，相对精度从1/221000提高到1/86500。因此，对不同方向的分析有利于获得更加准确的平差结果。

3.3 精度评测

（1）导线精度网的测定。在隧道内部的控制网中有多个多模闭合导线，在所有多模闭合導线中，导线长度相对的闭关差的精确度为1/23651，精确度上下浮动不大，比规范规定的l/50000的精度的更高。导线测量角度上的误差也符合规范规定的标准。

（2）横通精度受到导线测量误差的影响较大。横通精度的确定随着隧道内部导线精度网的测量误差的改变而改变。充足的实验可以证明此项目隧道内部导线精度网的测量误差完全可靠，实现了规范规定的精度。

4 影响测距精度的因素及改正方法

导线边长测量精度一定程度上决定了导线的精度。为了提高测距精度，除了选择高精度测量仪器外，还需对所测边长进行包括大气改正（温度改正、气压改正、湿度改正等）和仪器加（乘）常数改正、平距改正、高程归化及投影改正等多种改正。大气对测距精度的影响明显，全站仪测距的结果与大气折射率相关，大气折射率又随着温度、气压和湿度等参数的变化而变化，由于折射系数的精度与测距精度属于同一数量级，故精确的测距需对距离进行大气改正，工程精密导线测量所用的仪器为徕卡TCA2003型全站仪，属相位式光电测距仪，测距精度高，内带大气改正公式，实时输入现场气象数据（温度、相对湿度、大气压等），可自动实现对距离的气象改正。与气象改正类似，仪器内含有加、乘常数改正公式，将仪器检定结果中的加、乘常数输入到仪器内，仪器可对测量结果自动改正。加、乘常数常用六段法、三段法和解析法等测定方法。平距改正则是将斜距改算为平距，不仅要考虑竖直角的测量精度，同时还要考虑大气折光和地球弯曲的影响。另外，为保证精密导线网精度及测量成果的一致性，精密导线网需投影到与起算点GPS控制点一致的投影面，这就需要对导线边长进行高程归化及投影改正，两种改正可采用专业软件进行，也可根据改化公式编程实现。

5 结束语

当下，隧道精密导线网的布置已广泛应用GPS测定技术，工程实践中的精密导线网的测定工作已成为隧道的正确贯通的关键工作。如果想正确穿透隧道，就要从各个角落里确保测量成果的准确性和可信度。随着新技术和新设备的投入使用，精确导线网的测量结果的准确性大幅提高，为测量成果更好地服务于工程实践奠定了坚实基础。

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收稿日期：2018-9-3

作者简介：汪浩然（1985-），男，工程师，本科，主要从事工程测绘工作。