高速公路长达隧道控制测量方法分析

宋晓朋SONG Xiao-peng

（中铁二十五局集团第四工程有限公司，柳州 545000）

1 工程项目简介及隧道贯通误差要求

1.1 工程项目简介

标段位于贵州省遵义市汇川区及桐梓县境内，隧道地处丘陵山区，地形起伏较大植被发育山坡多为灌木、杂草，所有测量控制点远离树木，无房屋等其它结构物遮挡，林木及地形对GPS观测信号影响小。隧道采用双线分离式特长隧道，隧道长约3929m，高差约78m；设计净高5m，宽10.75m，左右幅均为单向横坡。

坐标系统采用CGCS2000系，高斯投影3度带，中央子午线为107度00分，投影面大地高为1130m，采用国家1985年高程基准，平面坐标系统采用工程独立坐标系统。

1.2 隧道贯通误差分析

隧道工程贯通规范如表1所示。

表1 隧道工程贯通规范

隧道横向贯通误差影响分析：隧道的主要贯通误差为横向误差，把隧道洞外GNSS控制测量的误差，隧道进口和出口布设的洞内导线测量误差分别作为一个独立因素影响隧道贯通的误差m1、m2、m3，且将各独立因素误差按“等精度误差影响原则”来计算分配。根据规范隧道长度小于四公里规范要求横向贯通误差限值为100，则横向贯通

再根据“等影响原则”mq1=mq2=mq3加以计算

2 隧道设计GNSS点及加密GNSS点的控制测量

2.1 控制网加密构网

本次复测设计提供的三等GNSS平面控制点，设计7个GNSS控制点，为满足现场施工测量需要，新加密控制点6个控制点，复测观测计算值与设计值较差限差在规定规范允许的范围内时，设计点采用设计单位的提交的成果，加密点采用测量结果。抵偿投影面和高程抵偿面不考虑。

控制网加密点现场勘查，选点、埋石，加密点点之记如图1所示。

标段内加密控制点沿线路布设，组成的大地四边形带状网，采用边联式或网连式构网，形成大地四边形带状网。

2.2 外业实测方案

采用Trimble（天宝）双频接收机5台套（标称精度≤±5mm＋0.5ppm），双频接收机均鉴定合格并在有效期内。

考虑到测区山区地理环境，并将观测时段长度延长为≥120分钟。

作业时其主要技术要求注意事项按照三等GPS网技术规范要求。

每日观测数据及时下载至计算机硬盘和上传网盘，格式为软件适用。

2.3 复测数据处理

首先将接收机原始观测文件均转换为格式RINEX文件，并与原始记录中的点号、天线高，然后采用软件对观测数据进行基线解算，检查基线质量是否符合规范要求。删除一些不佳的卫星数据，在卫星残差图上观察有明显的系统误差，删除该时间段。

各级GPS网相邻点间基线长度精度用下式表示：

异步环的坐标分量闭合差和全长闭合差必须符合下式的规定：

三维无约束平差和二维约束平差固定C07、C09、C12控制点，进行二维约束平差。对所有基线进行解算成固定解，选取合格基线，形成同步环和独立环进行解算。

2.4 GNSS控制点平面图如图2所示。

2.5 复测成果分析及结论

本次加密网的精度达到三等GPS控制网精度，二维约束平差后，点间基线最弱边精度为1/156000符合规范要求，坐标差值均小于±15mm符合规范要求，高程采用电子水准仪三等水准要求往返测量平差计算。水准行走路线连接示意图如图3所示。

本次复测成果精度可靠，因此本次复测及加密的控制点点位准确可靠，可以用于施工放样。

3 隧道洞内导线测量三维坐标的实用方法

3.1 洞内导线布设和测量规范要求

隧道洞内120m左右布设一对导线点，250m左右有人通，500m左右有车通均布设一对导线点，导线点间距尽量相等人通和车通可以构成闭合导线。这次我们就如何用全站仪三角高程导线测量，而且精度还要满足要求，得到导线点三维坐标的方法和过程。

三角高程测量原理：高差斜距计算实用公式：hAB=Ssina+i-v

我们为了减弱大气垂直折光影响的选择有利的观测时间、对向观测、提高观测视线的高度和利用短边传算高程等。

符合导线最弱边方位角中误差计算公式为

3.2 测前准备工作和棱镜杆优化及三维坐标导线测量

检验全站仪精度、盒尺、电池电量、对讲机电量、全站仪脚架、强光手电筒三个及备用电池、配套的棱镜杆两个要一模一样，检查高度一样和垂直度垂直，人员最少三个。为了避免棱镜杆气泡居中时棱镜杆不垂直，影响导线角度测量误差，除了测前校验棱镜杆的垂直度和气泡居中，对棱镜杆加装双气泡，使两个气泡同时居中时棱镜杆垂直，测量时发现两个不同时居中说明棱镜杆垂直度有问题，测角就会不准确，及时进行检核。棱镜杆加装双气泡如图4所示。

我们采用的全站仪是徕卡TCA1201有测存功能，省去了人工记录。隧道左洞加密点号ZBZ01、ZBZ02、ZBZ03、…隧道右洞加密点号ZBY01、ZBY02、ZBY03、…仪器架在C11上，对中整平好仪器，量取仪高输入测站仪高（仪高量准确，根据经验读数减去1mm），两个棱镜杆分别架前视和后视，气泡居中（因为棱镜杆高度固定且一样高，不用现场测量和记录，减少误差），后视C10前视加密点，对准后视棱镜十字丝按测存，对准前视棱镜十字丝测存，盘右对准前视十字丝测存，再对准后视棱镜十字丝测存，一个测回就完成了，要求测量四个测回，我们为了防止出现偶然误差或限差不满足要求多测一个测回，即测五个测回，一般点号从1号开始记录，五个测回数据测存到20号，一个测站就完成了。下一站第一个点号从21号开始，40号结束，以此类推，目的是整理数据时方便，测完所有洞内导线点数据。

3.3 数据处理和成果计算

外业测完后把全站仪的数据用软件导出来，建议导出的数据先放到文本里，在用excel电子表格打开编辑成规范所要求的样式，（这里面需要编辑一些小程序，简单的计算角度，）一次编辑好就省去了以后用的很多麻烦，把我们需要的测角平均值、距离平均值、高差平均值以及仪高等数据提取到表格，五个测回进行差值分析，角度、距离、高差等符合规范要求时去掉一个较差大的，用四个测回数据进行计算，不符合要求时对本测站重新进行观测，然后根据这些数据进行平差计算，得到我们需要的导线加密点三维坐标。

原始数据整理后前三列黄色地方输入前视、测站、后视点号及仪器高，后面三列全站仪导出文本数据分别粘贴到相应位置，黑色数据自动计算得到，导入excel电子表格如表2。

表2 全站仪三维导线隧道测量记录表

上述表格得到每个测站数据，提取表格成果中的导线前进左角数据β1、后视平距D1、前视平距D2、后视高差H1、前视高差H2，以此类推，得到每个导线点的数据用软件进行平差计算得到洞内导线点的三维坐标。

隧道进洞一开始进洞导线加密点的距离基本在125m左右布设一对导线加密点，250m左右左右洞有人形横洞可以左右洞导线闭合，洞内125m加密点位置如图6所示。

等隧道进洞的距离越来越长时中间取250m一个导线加密点复测导线，500m左右洞有车行横洞，可以构成闭合导线，提高隧道洞内导线精度，洞内250m加密点位置如图6所示。

4 结束语

4.1 这种导线三维坐标测量方法的优势

高效性：隧道洞内施工影响大，出渣车、喷浆、洞内光线比较暗，要用光学支座对中整平每个导线点最少需要两人，一个照明和观察周围安全，一个架设仪器，测个导线需要六个人员。棱镜杆直接对中气泡居中一个人就可以，全站仪测存数据省了人工记录，计算时省了数据输入，提高了测量效率。快速性：棱镜杆直接对中气泡居中比光学支座速度快，全站仪测存记录比人工记录快。数据导入粘贴比人工输入快，减少对施工影响。准确性：全站仪测存记录数据避免了人工记录误差，棱镜杆高度不需要量测，减少高程测量误差，数据导入粘贴比人工记录输入准确，提高了测量数据的准确性。

4.2 成果的检验复核说明

隧道进口导线加密点按照上述测量方法平面和高程满足规范要求，平面X坐标和Y坐标控制在5mm内，然后又复核一部分导线加密点，又一次提高了精度，高程测量，每次对向测高差，左右洞联测闭合加上复核，空闲时用水准仪把所有的导线加密点左洞测到右洞闭合计算结果和全站仪测得结果对比，差值也在5mm内，满足工程测量规范要求。