高铁长大隧道洞内施工平面控制测量方法研究

邓云鹏DENG Yun-peng

（四川川交路桥有限责任公司，德阳 618300）

0 引言

近年来，基于测量仪器、数据平差处理软件的快速发展，为隧道工程洞外施工建设提供了极大帮助。且基于测量方案内容指导，测量工作的准确程度能够与洞外平面测量需求吻合。但在隧道洞内施工阶段，照明因素会较大程度地影响高程控制测量的精准程度。因洞内的高程变化不明显，只需采用精准度较高的电子水准仪，就能够合理控制测量结果的准确性。然而隧道工程洞内空间狭窄且长，内部空气质量较差，很容易受多项施工工序影响而增加内空间平面控制测量的控制难度。为此，结合实际工程案例探讨长大隧道洞内施工平面控制测量具体方法，以促进此类工程顺利施工。

1 高铁长大隧道洞内施工平面控制测量方法——以东华山隧道为例

1.1 项目概况

东华山隧道工程的起讫里程为DK145+754～D1K152+700，全长6946m，中心里程为D1K149+277。在隧道DK145+754～DK148+262.2595 段左线位于半径R=4500m的左偏曲线上，而DK145+754～DK148+262.2587 段右线位于半径R=4504.6m 左偏曲线之上。隧道的进口里程为DK145+754，出口里程为D1K152+700，而进口轨面高程是401.0910m，出口轨面高程是371.6006m。

1.2 测量方法

1.2.1 选择网型

精密的导线测量是隧道工程洞内平面控制的主要方法，在长期施工实践过程中，如果洞内单向掘进里程不超过3km，则应选取闭合导线测量方法。结合东华山隧道项目情况，导线布设形式则应选择多边形闭合环形式。长隧道尽量选择交叉双导线形式布设，使网内部检核条件改善并增强其可靠性能[1]。开展此隧道施工期间，衬砌养护台车、钻爆台车、防水板台车与衬砌台车等均停于与开挖作业面相近的位置，直接影响测量的通视性。于中心水沟两侧布点位置形成闭合环式导线，能够对坐标传递产生积极影响。如果此段选择交叉双导线，通视宽度在2-3m 之间，会使各闭合环内存在不超过1°的角（2 个）。测量小角的精准度难以得到保障，更容易出现环的闭合差超限的情况[2]。

结合东华山隧道情况分析，将交叉双导线布设在隧道洞口向内4km 的范围，导线环的布设数量为16 个，且边长均控制在250m。在进入隧道洞内4km 后，应以闭合导线为主要参考向前延伸，直至仰拱端头的位置。在估算贯通误差后明确此测量方案的应用，能够使数据精准程度处于规定的误差范围之内[3]。此隧道项目的导线测量等级根据相关规范确定为二等，具体规范技术要求应满足表1-表3 所示要求。

表1 导线测量技术要求（1"仪器）

表2 边长测量技术要求

交叉双导线的布设如图1 所示。

图1 交叉双导线布设图示

1.2.2 埋设控制点

控制点设置的过程中，要使用电钻打孔，并选择在隧道两侧的电缆槽部位进行固定，通常测量标志的材料应是不锈钢，保证距离隧道侧壁1.5m 的位置。需要注意的是，控制点的布设应成对进行，在一段里程中，控制点四周均应保持10m 距离，进而在导线测量期间参考距离完成（图2）。

图2 控制点埋设位置图示

此外，要综合考虑隧道工程内部环境等因素，洞内控制测量导线的长度最佳长度是250m。同时，要尽可能保证边长接近，以免测量照准状态下调焦操作出现较大的视觉误差。通常选择隧顶正中的部位布设通风管，若布设位置是两侧，则会对测量过程的通视感产生影响，也会影响监测衬砌沉降的效果[4]。以电缆槽水沟侧壁顶端的位置为主完成控制点的埋设，能够完全规避填充面的行车道，为避免测量准确度受到影响，应合理采取保护措施。洞内测量使用全站自动照准的过程中，在激光相位的基础上完成计算，但计算结果很容易受影响，甚至还会有旁折光效应的发生。即便是采用人工观测的手段，仍会在旁折光的作用下使视线受到影响。为此，在实际测量的过程中，测量的视线和构筑物旁离应不低于0.2m，在解决上述问题的同时亦可使角度测量结果更准确。测量隧道侧壁时，其直线段测量视线、控制点均需与侧壁保持合理距离，而曲线段则不同，需要保证控制点距离侧壁小于控制点[5]。如图3 所示，东华山隧道施工建设期间，在测量视线与侧壁距离为0.2m 时，确定控制点与侧壁最小距离的公式如下：

图3 测线与隧道侧壁距离计算图示

（圆曲线的半径用R 表示；导线边长则通过S 表示）。参考以上公式，最小距离计算所得为0.98m。

对隧道工程洞内进行测量期间，由于内部环境的水蒸气、烟尘等因素始终存在，使得测角检测结果容易受到旁折光影响，难以得出相应的测量规律。但需要注意的是，控制点与侧壁距离越远，越不容易受到旁折光的影响，越能够保证测角的精确性[6]。在东华山隧道高铁长大隧道工程项目中，圆曲线段的控制点布设位置选择于电缆槽水沟与隧中一侧相近的侧壁顶端。导线测量阶段，测量仪器中心应当距离隧道侧壁1.5m 远，测量视线和侧壁最小的距离为0.7m，规范距离是0.2m，能够使旁折光所引起的测角误差减小。

1.2.3 测量仪器的选用

为满足东华山隧道洞内施工平面控制测量的技术要求，选择全站仪时将1"级以上测量机器人作为首选，同时选择自动照准智能全站仪[7]。上述选用的仪器设备均具有自动照准的功能，同时兼具搜索的自动化特点，在照准棱镜的基础上测量角度，有效减小了人工测量方式引起的误差。

1.2.4 外业施测

在开展外业测量的过程中，要求严格遵循二等导线技术进行。但交叉双导线测站的数量多，需在测量之前根据点位图对转站的顺序提前编制，以免出现漏测或是少测的问题[8]。另外，测量前要系统检查并矫正棱镜与仪器基座等部位。值得注意的是，隧道洞内与洞外始终存在温差，所以要求在测量之前将仪器静置，且时间超过20min，确保其适应洞内的温度，以免镜头与棱镜出现水露。校正仪器和基座过程中，很难保证1mm 调校的效果。所以在仪器和棱镜对中期间，要从多个方向进行检查，以确保各方向偏差基本一致，尽可能减小对中误差。每观测完成一站，均需在现场对测回间等指标进行计算，一旦出现与规范要求不符的情况要重新测量。而闭合环测量完成后，应选择可编程的计算器对其与规范要求的契合程度进行计算，如果存在超限的情况同样需重新测量。因隧道洞内的施工工序相对复杂，直接影响了内部空气质量，甚至会影响观测条件。在这种情况下，测量控制网的过程中尽量停工，确保一次性完成观测[9]。结合长期实践了解到，一次性观测的精准度更高。且控制网的精准度越高，隧道工程质量也越高，所以停工测量具有一定可行性。

1.3 数据处理与结果分析

第一，检查修正。采集闭合环数据以后，即可检查并修整相关数据。可通过对平差软件的使用对所采集的数据进行计算处理，同时参考误差标准，一旦出现不符合的情况，应当确定控制点具体编号，在重新测量后获得更准确的数据。在处理数据过程中，一般需借助软件实现清除粗差的目的，降低检测的容错率。对隧道工程洞内边长测量结果修订时，要确定基准面和基准线差异，并以高程比为依据矫正数据信息，使测量结果更准确。第二，精密平差。精密平差是数据处理的重点，为闭合测量精准度的提升提供了极大帮助。计算前要合理选择平差软件，常用软件包括南方平差易与科达普施。上述测量软件在准确计算单闭合环精准度的同时做出客观评定，进而达到整网平差的目的[10]。前者能够计算出闭合环的闭合差，并以“通过”、“好”、“很好”、“非常好”等表达形式显示单环精准度。此外，针对与限差要求吻合但精准度不高的单闭合环要开展外业补测作业，保证单个闭合环精准度评价均满足“非常好”，使整网精准度提升。结合东华山隧道项目实际情况，利用南方平差易软件针对控制网实施整网平差，选用科达普施软件对比检验平差结果。若计算期间出现较多数据迭代情况而收敛不明显，软件会自动暂停计算，并重新测量较差精准度数据，在合格的情况下才会开展后续平差的计算，进而提高数据计算的科学性。第三，测量成果。以上任务完成后即可开展数据整理工作，以对错项和漏项内容展开重点检查。一旦数据出现问题，应及时重新测量，以获取可靠性更强的结果。而在整理期间，重点集中于控制网等级、控制点数量、待测数据数量、控制测量标准等等，在完成数据记录与备份后，即可用于制定施工方案中，进而增强测量准确性。第四，贯通效果分析。东华山隧道工程在控制网布测方案制定完成后，选择使用具有较高性能的测量机器人，并对隧道洞内与洞外细部工作环节重点把控，并实现了贯通目标。根据贯通测量结果，其横向的误差是3mm，而纵向误差是2mm，比规范的限差要求小。

2 优化隧道洞内施工平面控制测量措施

2.1 使用新型测量方法 开展平面控制测量工作期间，合理采用新型测量方法能够使测量速度加快，同样可保证数据检测结果的准确性。在测绘技术体系趋于完善的情况下，可选择的测量方法也逐渐增多，以GPS、RTK、GNSS 等最常使用。在测量方法实际运用期间，依托大数据与信息技术优势整理相关数据信息，以构建新型的测量应用机制。需在各体系内详细标记不同方法应用要点与步骤，并于测量前期系统采集基础资料，以分析结果为依据筛选相应的测量手段，使所选测量方法适用性更强。

2.2 科学管控测量误差 测量实践中，科学管控测量产生的误差，能够使实际采集的数据信息更加实用，在方案内容改进方面作用突出。所以，实际测量期间有必要及时调试测量仪器，使其精准性能满足标准要求。此外，组织测量工作人员参与专业技术培训和教育，尽可能避免人为因素引起的误差而出现测量结果准确度偏低的情况发生。而且在测量期间加大监督力度，亦可使测量容错率有所降低[11]。另外，应综合考虑隧道工程洞内的环境，选取各个控制点测回次数增加的方式。尤其是除了正反镜，保证控制点测回次数为2-3 次。获取多个测量数据后计算平均数值，能够有效降低数据的误差。

2.3 测量设备调试保养 测量使用的仪器应定期接受调试并采取养护措施，使运行状态更稳定，保证获取的数据更实用。在实际测量过程中，因设置的控制点数量多，所以要采集大量数据。应在外业测量时对各控制点序号进行编制，按照顺序完成数据信息的采集作业。在测量前，要对设备精准性进行校正，以保证所采集数据的准确性。完成测量工作后要合理保养测量仪器，在清除附着物后恢复初始状态，使测量仪器实用性得到提升。

2.4 控制点保护 在合理保护控制点的基础上，利于实现测量成本节省的目标，为后续测量操作的开展提供帮助。在选择标志方面，需在质量达标的同时具备耐久性能，使用砂浆在钻孔部位固定标志[12]。在复测之前，要严格检查控制点的偏移状况，如果偏移量较大，应对控制点进行更换，以免影响测量结果的准确度。

2.5 增强工作者专业水平 测量工作者综合能力的提升可减少人为失误的不良影响，使测量环境更稳定。测量作业开展前，针对参与项目测量工作人员展开系统培训，对测量工序与细节进行梳理，确保其测量知识体系得以完善，谨遵体系要求操作。此外，合理分配测量工作人员责任，如果出现高容错率的问题，需在重新测量的基础上追责相应负责人，使测量工作人员提高重视度，促进测量环境的优化。

3 结束语

综上所述，测量在隧道工程项目建设施工中的作用不容小觑，若经测量未获取有价值的数据信息，将对隧道建设产生较大影响。研究选择东华山隧道项目，并结合项目实际情况选择洞内的施工平面测量方案，结合数据处理与结果分析，网型的选择、控制点埋设、测量仪器、外业施测等均为洞内施工平面测量工作的顺利开展提供了帮助，且通过针对性的数据处理方法，综合测量结果得知洞内横向的误差是3mm，纵向误差是2mm，比规范的限差要求小，证实此测量方案具有一定可行性。通过采取相关优化措施，能够使隧道洞内平面控制测量获取的数据信息更准确，且施工方案内容的可操作性更强，为隧道工程项目的施工建设提供必要保障。