特长隧道工程横向贯通误差控制技术研究.pdf

第6期矿山测量NO．62015年l2月MINESURVEYINGDee．20l5doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2015．06．002特长隧道工程横向贯通误差控制技术研究赵建，王新鹏，刘健声(1．中铁隧道集团有限公司，河南洛阳471009；2．武汉大学测绘学院，湖北武汉430079；3．昆明哈维斯特测绘科技有限公司，丢南昆明650034)摘要：横向贯通误差是特长隧道工程贯通测量质量的重要指标，文中以兰渝铁路西秦岭特长隧道左线贯通测量情况为例，在对特长隧道洞内平面控制测量布网方案、施测、数据处理等方面进行论述的基础上，通过数据处理和分析比较发现，将陀螺定向边作为约束条件参与平差计算得到的横向贯通误差，比未加测陀螺定向边可明显地提高精度。关键词：特长隧道；平面控制测量；贯通测量；陀螺定向；横向贯通误差中图分类号：TD175．5文献标识码：B文章编号：1001—358X(2015)06—0004—04随着国家对铁路建设投入的增加，长度超过2O素的影响。本文以长度为28．236km的兰渝铁路西km的特长隧道不断出现，能够保证隧道准确贯通的秦岭隧道左线洞内平面控制测量技术为例，在介绍控制测量工作的重要性显得尤为突出，已经成为隧特长隧道洞内平面控制网的布设、施测、数据处理的道施工质量控制的重要组成部分。隧道控制测量分基础上，通过对比分析，以期得到提高特长隧道工程为高程控制测量和平面控制测量两部分，高程控制的贯通测量精度的方法，供后续的隧道工程贯通测测量目前无论是设计阶段还是施工阶段均采用精密量借鉴。水准仪按照国家二等水准要求施测，高程贯通精度1隧道洞内平面控制网的布设与施测可以得到保障。平面控制测量分为洞外平面控制测量和洞内平面控制测量，其建网精度及误差将直接1．1隧道洞内平面控制测量等级的确定影响着隧道的横向贯通误差和纵向贯通误差，特长西秦岭隧道左线采用分段开挖方式，在距隧道隧道洞外平面控制测量均建有相对精度较高且能够进口端和出口端分别为4．320km和9．964km处设满足隧道洞外控制测量精度要求的平面独立控制置店子坪和罗家理两处斜井，其中店子坪斜井长为网；而隧道洞内平面控制测量将是决定隧道贯通质1．728km，罗家理斜井长为2．473km，隧道最终在两量的关键环节。隧道洞内平面控制测量不仅受隧道斜井之间贯通，如图1所示。内部条件制约，而且存在受测量误差不断积累等因图1．西秦岭隧道左线线路走向及斜井位置示意图西秦岭隧道左线各洞口间正洞开挖长度最长的误差不会引起横向误差，而主要是由测角误差引起为两斜井之间(如图1所示)，其开挖长度为13．97的横向贯通误差。因测边的相对精度较高，斜井内km，加上斜井井身长度两斜井间开挖总长度为由测边引起的误差可以忽略不计，其测角引起的横18．153km，相当于两个斜井各自独头掘进长度均大向误差到正洞内表现为纵向横向误差，即对隧道正于9km，可见洞内平面控制测量难度之大。洞横向贯通没有影响。根据测角引起横向贯通误差由表l可知，隧道洞内贯通中误差最大容许值估算公式：为135mm，考虑到本隧道为直线隧道，正洞内测边4 第6期赵建等：特长隧道工程横向贯通误差控制技术研究2015年12月。又可以增加检核条件及早发现测量粗差并消除。导√m。n百+3线点宜成对布设，每对点之间距离为1—2m为宜，式中：m。为洞内横向贯通中误差，取135mm，m为且要保证观测边视线高出构筑物0．5m以上，以减测角中误差，P=206265”，￡为导线全长，取L=少旁折光对水平角观测的影响。导线边长应大于18000m，每条导线边600m，／7,为导线边个数，则／7,=500m为宜，原则上隧道越长，导线边应尽可能长(600～800m)，洞外控制点与洞口控制点间高差不18000／600=30，计算得出m。=1．32”，即洞内导线网严格按照多边形闭合环施测测角中误差达到隧道宜过大，点间距不宜小于350m，考虑到洞内外环境二等导线(隧道二等测角中误差为1．3”)就可以满和温差变化的特殊性，同时也兼顾到减小对点误差足隧道贯通精度要求。对测角精度的影响，洞口端第一排平面控制点距洞1．2隧道洞内平面控制网布设口距离不宜大于15m，洞内第二排控制点与第一排隧道洞内控制测量一般布设成4—6边形闭合控制点间距以400m为宜。洞内导线网的布设如图环或交叉导线网，这样既可以提高导线网外业质量2所示。静一洞#l,cPS~制点O一洞内导线控制点图2西秦岭隧道左线洞内导线网示意图1．3隧道洞内平面导线控制网施测量数据的精度和质量，对相同的测段在不同的时间在隧道贯通之前对隧道洞内平面控制点进行多段进行重复测量。次测量且重复测量次数不小于3次，多次施测有助1．4隧道洞内陀螺定向施测于施测质量的提高和测量误差的减少。施测时观测为防止隧道内导线网在没有高精度的方位作为仪器均采用标称测角精度为0．5”的全站仪，由于隧附合条件时，产生“摆动”现象，同时限制长距离导线道内灰尘、水汽过大及部分测段间温度变化等因素测量方位误差的积累，起到对洞内既有导线控测方的存在会对仪器采集的数据质量产生一定的不利影位角的校准和检核目的。为了保证西秦岭特长隧道响，因此施测前需对洞内加强通风，停止部分或全部左线的准确贯通，在隧道掘进过程中，在其内部选择施工，选择有利的观测时间段，确保洞内观测条件良了间隔5km左右的4条导线边作为高精度陀螺定好。洞内外联测应选择气流和温差相对比较稳定的向边，如图3所示。陀螺定向采用标称精度优于5早晚时段观测，测量过程中应做到及时更改各测站的GAT一05B磁悬浮陀螺全站仪，进行陀螺定向观的仪器高、棱镜高、温度、气压等数据，确保仪器自动测。观测记录数据的准确性。为了确保洞内平面控制测DL16D276290—＼＼＼DL21D114Bl4B03图3隧道洞内陀螺定向边位置示意图2隧道洞内平面控制网测量结果分析2．1数据处理随着测量自动化程度的提高，外业观测数据在施测5 第6期矿山测量2015年l2月过程中都已经进行检核，在内业数据处理时需要对投影时防止导线网摆动。高程面、椭球类型进行选择，保证洞内平面控制网计算2．2平面控制网精度分析时各项参数选择都与洞外控制网一致。隧道洞内平面对数据进行平差处理，同时对平差结果进行分控制网经过多次测量，每次测量的成果因洞内观测条件析，由于洞内精密导线网全部为闭合环，可以对每个不同而存在一定的差异，考虑到误差积累对施测成果的环的数据进行分析比较，结果证明精密导线网的观影响和导线网的摆动，要对每次测量成果进行分析比测成果可靠。现以罗家理斜井至隧道出口段的测量较，取施测次数相对多，且成果较差较小的相邻两个控数据进行分析，考虑到测量数据量非常大，此处只列制点进行加权平均计算其点位坐标后作为约束点进行出本段平差改正最大值和洞内外联测方向平差改正约束平差，以减小测量误差积累对施测数据的影响，同、最大值，如表2、表3所示。表2罗家理斜井至隧道出口段方向平差改正值由表2、表3可知，角度平差改正最大值不在洞择非常重要，洞内环境对观测数据质量的影响也是内外联测处，而在洞内为1．27，洞内外联测处角度不可忽视的，尤其是特长隧道洞内空气一旦流动不平差改正数仅为0．49”，表明洞内外联测时间段的选均或是油烟灰尘等过多都将会直接角度观测质量。表4罗家理斜井至隧道出口边长平差改正最大值由表4可知，精密导线网中平差改正值最大仅与导线测量坐标方位角进行比较，如表5所示。从为1．O0mm，中误差也仅为1．40mm，表明整个导线表中可知，陀螺定向测量计算得到的坐标方位角与网精度较为理想。精密导线网在进行自由平差验后导线测量得到的坐标方位角最大较差为一9”，满足方向中误差为0．54，导线闭合环相对全长相对最弱测量规范通常所规定的不大于2倍中误差的限差要精度为1／266410，满足隧道二等导线精度要求。求，表明陀螺定向测量计算得到的坐标方位角与导2．3贯通精度分析线测量得到的坐标方位角符合较好，表明洞内导线在陀螺全站仪定向后，对其测定的坐标方位角控制网的施测质量很好。6 第6期赵建等：特长隧道工程横向贯通误差控制技术研究2015年12月在罗家理斜井和店子坪斜井间隧道正洞贯通方位角为起算方位，计算得到的隧道方位贯通误差后，对西秦岭隧道左线进行了贯通测量，分别以陀螺和横向贯通误差并进行比较，如表6、表7所示。定向测量得到的坐标方位角和导线测量得到的坐标袭6隧道贯通处的方位角误差比较表由表6、表7可知，陀螺定向方位贯通误差为3”，角的精度具有显著作用，同时为隧道施工中线方向导线测量方位贯通误差为10”；陀螺方位起算横向贯的控制及顺利实现贯通奠定坚实的基础。通误差为75mm，导线测量方位起算横向贯通误差参考文献：为115mm。可见，无论是导线测量传递得到的隧道[1]TB10601—2009，高速铁路工程测量规范[S]．横向贯通误差，还是将陀螺定向边作为约束条件得[2]张正禄，黄声享，岳建平，等．工程测量学(第二版)到的隧道横向贯通误差，均小于规范规定的320mm[M]．武汉：武汉大学出版社，2013．的贯通误差限差要求，表明施测成果质量的可靠性[3]徐辉．长大隧道控制测量方法综述[J]．隧道建设，非常高，但采用陀螺定向边作为约束条件得到的方2008，28(5)：589—596．‘．位贯通误差和横向贯通误差的精度更高。[4]韩静玉．隧道工程洞内测量控制方法及精度控常】方法分析[J]．铁道勘察，2012，35(2)：4—7．3，结语[5]胡波，张英翔，张红亮，等．特长隧道精密导线网测量研如今，洞外GNSS控制网的建网精度已经非常究[J]．地理空间信息，2008，6(3)：ll5一l16．[6]邓川．现代长大隧道洞内控制测量与监洲技术研究高，如何做好隧道洞内平面导线控制测量工作，提高[D]．成都：西南交通大学，2012．洞内控制网的施测精度是隧道准确贯通的重要环[7]李昶．特长隧道洞内平面控制测量方法探讨[J]．交通节。尤其是特长铁路隧道对横向贯通误差要求极其科技与经济，2oo8，46(2)：18—19．严格，更应该在平面控制点布设的位置，观测时间、条件等方面严格要求。导线控制网应多次重复观作者简介：赵建(1982一)，男，汉族，安徽明光人，2006年毕业测，以提高导线控制网质量；同时在隧道独头掘进距于河南理工大学测绘工程专业，本科，工程师，目前从事工程离较长时，每掘进5km左右进行一次高精度陀螺定测量技术工作。向测量工作，起到对洞内既有导线测量方位角的校准和检核目的，对提高长大隧道洞内导线测量方位(收稿日期：2015—09—06)(上接第3页)[9]李忠金．GAT磁悬浮陀螺全站仪在马坑铁矿坚井定向作者简介：徐泮林(1961一)，男，汉族，山东省寿光县人。山测量中的应用[J]．矿山测量，2012(1)．东科技大学测绘科学与工程学院教授。自1983年任职以[1O]何爱保，等．全站仪及贯通误差预计在矿山测量中的来，一直从事工程测绘与计算机制图方面的教学、科研工作。应用[J]．矿山测量，2012(3)．编著《数字化成图》等。(收稿日期：2015一O9一l4)7