高鐵隧道橫向貫通誤差分析

1、高鐵隧道橫向貫通誤差分析摘要：隧道貫通誤差一直是現(xiàn)今各個(gè)隧道工程 施工單位關(guān)注的問題，能否順利貫通及貫通的精度直 接影響整個(gè)工程質(zhì)量。先闡述隧道平面控制測量中各 個(gè)影響因素，再以算例對橫向貫通誤差進(jìn)行了計(jì)算， 分析了影響橫向貫通精度的主要因素。關(guān)鍵詞：高鐵；隧道測量；控制測量；橫向貫通 誤差中圖分類號(hào)： TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 16723198（2014）080197020 引言為什么隧道測量和橋梁、涵洞、路基這些工程測 量不一樣？究其原因有兩個(gè)： （1）洞外控制導(dǎo)線需要 跨越隧道長度，最終只有洞口的幾個(gè)控制點(diǎn)起洞外控 制作用。（2）隧道施工作業(yè)面沿路線方向前進(jìn)，而洞 內(nèi)導(dǎo)線受隧道

2、形狀和空間的限制，只能布設(shè)成狹長導(dǎo) 線。這樣就使隧道貫通時(shí)產(chǎn)生貫通誤差。隧道控制測量的目的就是在于保證兩相向開挖方 向在貫通面按設(shè)計(jì)要求正確貫通，即橫向和高程貫通 誤差在規(guī)定的限差內(nèi)。 本文將著重闡述橫向貫通誤差。1 橫向貫通誤差 隧道施工測量中為了更好的計(jì)算貫通誤差一般采 用隧道自己的坐標(biāo)系。隧道坐標(biāo)系中，以隧道中線方 向?yàn)?X 軸正方向，貫通面垂直于 X 軸的投影方向?yàn)?Y 軸。橫向貫通誤差， 實(shí)際就是貫通面處的 Y 坐標(biāo)偏差。當(dāng)隧道長度大于 1500m 時(shí)，應(yīng)根據(jù)橫向貫通誤差 進(jìn)行平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)，估算洞外控制測量產(chǎn)生的橫向 貫通誤差影響值，并進(jìn)行洞內(nèi)測量設(shè)計(jì)。2.相向開挖長度大于 20k

3、m 的隧道應(yīng)作特殊設(shè)計(jì)。2 洞外控制測量由于 GPS 的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在的隧道洞外控制測量 逐漸用 GPS 控制測量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)線控制測量 .普通 導(dǎo)線控制測量的橫向貫通中誤差分析同洞內(nèi)導(dǎo)線相 同，而 GPS 控制測量誤差引起的隧道橫向貫通中誤差 可按下式估算：M2=m2J+m2C+LJcos 0 x m a J1 p 2+LCcos © x m a C1 p 2 (1)式中，mJ、mC進(jìn)、出口 GPS控制點(diǎn)的丫坐標(biāo) 誤差；LJ、LC 進(jìn)、出口 GPS控制點(diǎn)至貫通點(diǎn)的長度； ma J、ma C 進(jìn)、出口 GPS聯(lián)系邊的方位中誤 差；0、0 進(jìn)、出口控制點(diǎn)至貫通點(diǎn)連線與貫通點(diǎn) 線路切線的

4、夾角。3 洞內(nèi)控制測量為了進(jìn)行檢核，洞內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)布設(shè)成狹長的多環(huán)導(dǎo) 線。一般計(jì)算中，取導(dǎo)線網(wǎng)中的一條測邊組成的單導(dǎo) 線來估算值。3.1 洞內(nèi)橫向貫通中誤差 受角度測量誤差和測距測量誤差的共同影響，導(dǎo)線測量誤差對貫通面上橫向貫通中誤差的影響為：M= ± m2y 3 +m2yl (2)式中，my 3 測角誤差影響在貫通面上產(chǎn)生的橫 向中誤差( mm)；myl 測邊誤差影響在貫通面上產(chǎn)生的橫向中誤 差( mm)。3.2 測角誤差的影響設(shè) Rx 為導(dǎo)線環(huán)在隧道兩洞口連線的一列邊上的 各點(diǎn)至貫通面的垂直距離(m),則導(dǎo)線的測角中誤差 m3 (")對橫向中誤差的影響為：my 3 =m 3

5、 1 p 刀 R2x (3)圖 1 測角誤差對貫通面的影響 3.3 測距誤差的影 響設(shè)導(dǎo)線環(huán)在鄰近隧道兩洞口連線的一列側(cè)邊上的 各邊對貫通面上的投影長度為dy (m),導(dǎo)線邊長測量 的相對中誤差為 ml/l ，則由于測距誤差對貫通面上橫 向中誤差的影響為：myl=ml1l 刀 d2y (4)圖 2測距誤差對貫通面的影響 4 算例某高鐵隧道為直線隧道，設(shè)計(jì)長度為 L=3000m， 相向開挖， 洞外平面控制測量設(shè)計(jì)為 GPS 平面控制測 量。試設(shè)計(jì)測量方案并判斷該設(shè)計(jì)方案能否滿足貫通 的精度要求。4.1 隧道洞外平面控制橫向貫通誤差 本例是高鐵隧道，高鐵中施工加密網(wǎng)的控制采用 四等。固定誤差a&l

6、t; 5 (mm),比例誤差系數(shù)b< 2(mm/km)，基線方位角中誤差2("),約束點(diǎn)間的 邊長相對中誤差 1/100000，約束平差后最弱邊邊長相 對中誤差1/70000。GPS控制測量中CPI的相鄰點(diǎn)間 的相對點(diǎn)位誤差為 10mm。根據(jù)公式(1),逐項(xiàng)分析。GPS控制測量中CPI 的相鄰點(diǎn)間的相對點(diǎn)位誤差為10mm。鑒于山嶺隧道 測量的復(fù)雜性等其他因素，本例mJ=mC=15mm;考慮 到洞外控制點(diǎn)位布設(shè)里洞口有一定距離，假設(shè)GPS控制點(diǎn)里洞口 500m,本例LJ=LC=2000m (貫通面取隧 道中心)；當(dāng) B = © =45° 時(shí)，cosB =cos

7、© =0.707 最大， 本例取其最大值；由規(guī)范可知 ma J=ma C=2”。解得洞外貫通中誤差 M=21.2mm。4.2 隧道洞內(nèi)平面控制橫向貫通誤差 根據(jù)規(guī)范要求，本算例洞內(nèi)控制采用導(dǎo)線三等， 適用長度3-6km,測角中誤差1.8",邊長相對中誤差 1/50000。洞內(nèi)設(shè)計(jì)采用交叉雙導(dǎo)線法，根據(jù)隧道斷面 尺寸，將導(dǎo)線點(diǎn)間距離設(shè)置為縱向200m橫向6m，具 體布置如圖：組成的導(dǎo)線估算影響值，本例考慮影響值最大時(shí) 的貫通誤差，取JY1-JZ2-JY3-JZ4-JY5-JZ6-JY7-JZ8-CY8-CZ7-CY6-CZ 5-CY4-CZ3-CY2-CZ1 作為計(jì)算導(dǎo)線。根

8、據(jù)公式（3）逐項(xiàng)分析。由規(guī)范可知mp =1.8"由圖可知 RXJY1=1500 ，RXJZ2=1300， RXJY3=1100,RXJZ8=100, RXCY8=100 , RXCZ7=300 , RXCY6=500 ,RXCZ2=1300, RXCY1=1500。解得 myp =32.2mm根據(jù)公式（ 4），逐項(xiàng)分析。由規(guī)范可知，導(dǎo)線邊 長測量的相對中誤差為 ml/l=1/50000 ;由圖可知，RYJY1=RYJZ2=RYCY1=6m。解得 myl=0.5mm。根據(jù)公式(2)，解得洞內(nèi)貫通中誤差 M=32.2mm。4.3洞內(nèi)外綜合貫通中誤差根據(jù)誤差傳播定律 M2 綜和 =M2 洞外 +M2 洞內(nèi) 可得 M 綜和 =38.6mm4.4 結(jié)果本隧道 L=3km ，采用表 1隧道貫通誤差規(guī)定 中 L<4km 的規(guī)范要求。M洞外二21.2mm<30mm (規(guī)范要求)M洞內(nèi)=32.2mm<40mm (規(guī)范要求)M綜和=38.6mm<50mm (規(guī)范要求)設(shè)計(jì)測量方案滿足貫通精度要求。5 結(jié)束語(1) 只要嚴(yán)格按照規(guī)范要求布設(shè)控制網(wǎng)、 導(dǎo)線網(wǎng)， 設(shè)計(jì)橫向貫通誤差是滿足規(guī)范要求的。(2) 其中洞外控制點(diǎn)的 Y 坐標(biāo)誤差和洞內(nèi)角度 測量的精度對橫向貫通誤差的影響較大，現(xiàn)場控制測 量中應(yīng)注意。(3