淺談高速鐵路長大隧道施工控制測量技術(shù)(何虎)

淺談高速鐵路長大隧道施工限制測量技術(shù)南岳馬路項目部：何虎【摘要】長大高鐵隧道對測量的精度要求較高，隧道的貫穿誤差干脆影響著整個工程的質(zhì)量。本文通過就長昆客專五標(biāo)磨把公隧道限制測量閱歷，對長大隧道的洞內(nèi)導(dǎo)線布網(wǎng)、埋點、施測方法等一一進(jìn)行闡述。【關(guān)鍵詞】高鐵隧道限制測量高速鐵路的速度均在250千米/時以上，對線性、地形的要求較高，因此隧道在山領(lǐng)地區(qū)的比例很大，且長大隧道較多。為確保貫穿精度，隧道內(nèi)外施工測量限制網(wǎng)的建立是特別有必要的，測量限制網(wǎng)布設(shè)的好壞，精度的凹凸，干脆影響到貫穿精度能否滿意設(shè)計要求。對于高速鐵路施工，隧道的貫穿起著至關(guān)重要的作用，下面就對磨把公隧道的洞內(nèi)外限制測量談一點體會。1、工程概況磨把公隧道位于湖南省隆回縣境內(nèi)，線路于鴨田鎮(zhèn)福合村西側(cè)約500米處進(jìn)入隧道，出口位于劉塘村東北方向。隧道進(jìn)口里程DK226+812，出口里程DK229+960，隧道全長3148m，為單洞雙線隧道；隧道內(nèi)最大埋深270m，最小埋深24m。隧道進(jìn)口至DK227+459.428199段位于半徑為11000的左偏曲線上，DK227+459.428199~出口段位于直線上；隧道內(nèi)縱坡為人字坡，進(jìn)口至DK229+600段為19.95‰的上坡，DK229+600至出口段為3.6‰的下坡。2、限制測量的基本狀況2.1工具（見表1）表1序號名稱型號備注1GPS接收機2全站儀徠卡TCRP1201+測角精度1″3水準(zhǔn)儀DINI030.3mm/km4溫濕表5氣壓表2.2限制測量項目（見表2）表2序號監(jiān)控量測項目量測儀器精度備注1洞外獨立限制網(wǎng)GPS接收機1mm2洞內(nèi)平面限制網(wǎng)全站儀1mm3洞內(nèi)高程限制網(wǎng)水準(zhǔn)儀0.1mm2.3測點埋設(shè)及要求洞外獨立限制網(wǎng)，依據(jù)高速鐵路測量規(guī)范，按GPS二等加密點埋設(shè)，如下圖所示：標(biāo)石斷面圖洞內(nèi)限制網(wǎng)，依據(jù)現(xiàn)場實際狀況，將導(dǎo)線點埋設(shè)在仰拱填充面上，如下圖所示：洞內(nèi)導(dǎo)線點斷面圖3、洞外限制測量3.1洞外平面限制測量平面限制網(wǎng)測量采納GPS靜態(tài)測量模式，GPS接收機的標(biāo)稱精度指標(biāo)符合±（5mm+1ppm×D）。隧道洞外GPS平面限制測量等級應(yīng)符合表3的要求。表3平面限制測量設(shè)計要求測量部位測量方法測量等級適用長度(km)洞口聯(lián)系邊方向中誤差(″)邊長相對中誤差洞外GPS二4~61.31/1800003.1.1洞外平面限制網(wǎng)原則上沿隧道進(jìn)出口連線方向布設(shè)，限制線路中m線，平面限制網(wǎng)由洞口子限制網(wǎng)和洞口子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)組成，同時考慮GPS觀測對限制點的要求。依據(jù)現(xiàn)場實際踏勘，磨把公隧道進(jìn)出口GPS點由兩個大地四邊形網(wǎng)形構(gòu)成，網(wǎng)形圖如下圖所示：3.1.2限制點考慮滿意GPS觀測的要求，又要考慮適合隧道限制測量對限制點的要求。在磨把公隧道左側(cè)100米山脊處埋設(shè)一個GPSJM5009，用于往洞內(nèi)投點。再增設(shè)2個GPSJM5006、JM5007點與之通視，且距離大于500米作為方向線。磨把公隧道出口GPS布點如下圖所示：JM5009洞內(nèi)投點方向邊1洞內(nèi)投點方向方向邊2JM5006JM5009洞內(nèi)投點方向邊1洞內(nèi)投點方向方向邊2JM5006方向邊1方向邊2磨把公隧道出口JM5009洞內(nèi)投點方向邊1方向邊2磨把公隧道出口JM5009洞內(nèi)投點隧道限制點標(biāo)心釘為金屬標(biāo)記制作材料，上部為不銹鋼，下部采納一般鋼筋焊接而成。限制點采納現(xiàn)場灌注混凝土的方式埋設(shè)。埋設(shè)深度大于1.2m。如下圖所示：磨把公隧道共布設(shè)8個GPS點，保證每個洞口有兩個洞口投點，每個洞口投點有兩個后視方向，聯(lián)測精測網(wǎng)CPI點4個。3.1GPS限制網(wǎng)采納Trimble雙頻GPS接收機，靜態(tài)作業(yè)模式作業(yè)，接收機標(biāo)稱精度應(yīng)不低于±（5mm+1ppm×D），且檢定合格。作業(yè)前應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行相關(guān)檢測，作業(yè)過程中應(yīng)保持接收設(shè)備工作狀態(tài)良好。觀測前，應(yīng)按設(shè)計的限制網(wǎng)網(wǎng)形、衛(wèi)星可見預(yù)報表、GPS接收機數(shù)量、交通狀況編制GPS觀測安排；并依據(jù)確定的作業(yè)模式，配置預(yù)置作業(yè)任務(wù)參數(shù)；作業(yè)中應(yīng)通過報話機和移動電話剛好溝通信息。觀測應(yīng)按設(shè)計限制網(wǎng)網(wǎng)形進(jìn)行，洞口子網(wǎng)和聯(lián)系網(wǎng)可統(tǒng)一觀測，每條基線應(yīng)觀測2個時段，時段長度應(yīng)大于90分鐘。觀測時，為減小對中及相位中心誤差，應(yīng)對GPS天線進(jìn)行統(tǒng)肯定向，第一時段指北定向，其次時段指南定向。GPS觀測應(yīng)選擇衛(wèi)星數(shù)目多、衛(wèi)星升降少、GDOP值較小且穩(wěn)定的觀測窗口施測，觀測符合表4要求。表4GPS測量作業(yè)技術(shù)要求表等級截止高度角有效衛(wèi)星數(shù)GDOP值采樣間隔有效時段長度（min）天線高丈量天線高較差對中誤差二≥15o≥4≤615秒≥902次≤2mm≤1mm3.1.4以同步觀測區(qū)為單位進(jìn)行獨立基線解算和質(zhì)量檢核。以無約束平差確定有效觀測量為基礎(chǔ)，進(jìn)行三維無約束平差和二維約束平差?；€解算采納Leica公司的“LeicaGeoOfficeCombined”軟件進(jìn)行解算，解算結(jié)果應(yīng)滿意軟件規(guī)定的指標(biāo)要求，基線觀測值均應(yīng)按規(guī)范的要求進(jìn)行重復(fù)基線檢核和異步環(huán)閉合差檢核。GPS外業(yè)觀測后應(yīng)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算；檢核觀測成果的質(zhì)量，應(yīng)用基線處理軟件進(jìn)行基線解算，基線向量的質(zhì)量應(yīng)滿意下列規(guī)定。（1）由獨立基線構(gòu)成的異步環(huán)各坐標(biāo)重量及全長閉合差應(yīng)滿意以下各式的要求：式中：、、——坐標(biāo)重量閉合差；——環(huán)的全長閉合差；n——閉合環(huán)的邊數(shù)；——標(biāo)準(zhǔn)差，=，其中取5mm，取1ppm，d按環(huán)平均邊長計算。當(dāng)閉合環(huán)中長、短邊的長度相差較大時，宜按邊長和等級規(guī)定的精度計算每條邊的，并按誤差傳播定律計算環(huán)閉合差的限差。（2）重復(fù)觀測的基線較差（）應(yīng)滿意下式要求：式中：——標(biāo)準(zhǔn)差，d按基線長度計算。依據(jù)隧道洞口子網(wǎng)和子網(wǎng)間聯(lián)系網(wǎng)的不同特點，洞口子網(wǎng)基線構(gòu)成的異步環(huán)三維閉合差限差應(yīng)小于20mm；子網(wǎng)間的聯(lián)系網(wǎng)基線構(gòu)成的異步環(huán)相對閉合差應(yīng)符合表5要求：表5異步環(huán)相對閉合差限差限差單位：ppm長邊長度（km）開挖洞口間距離（km）1.52.02.53.04.05.06.04～87.56.15.24.63.93.43.2（3）采納同濟高校TGPPS6.02軟件進(jìn)行平差計算。無約束平差中基線向量各重量的改正數(shù)肯定值應(yīng)滿意下面要求；VΔX≤3σVΔY≤3σVΔZ≤3σ整網(wǎng)約束平差基線向量改正數(shù)與無約束平差的同名基線向量改正數(shù)較差應(yīng)符合下列規(guī)定：dvΔx≤2dvΔy≤2dvΔz≤2約束平差后平面限制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表6的規(guī)定。表6二等GPS限制網(wǎng)測量的主要技術(shù)要求等級基線方位角中誤差（″）約束點間的邊長相對中誤差約束平差后最弱邊邊長相對中誤差二等1.31/2500001/180000注：當(dāng)基線長度短于500m時，邊長中誤差應(yīng)小于5mm。依據(jù)約束平差后的限制點成果估計洞外限制測量和洞內(nèi)導(dǎo)線測量對各開挖洞口間橫向貫穿誤差的影響值進(jìn)行估算，分別分析精測網(wǎng)施工坐標(biāo)系和隧道工程獨立坐標(biāo)系成果對隧道貫穿誤差的影響，以確定最終成果的運用，并依據(jù)客觀狀況對洞內(nèi)測量要求提出建議。七、3.2洞外高程限制測量洞外高程限制網(wǎng)布設(shè)高程限制網(wǎng)布設(shè)應(yīng)依據(jù)實地交通狀況和1：10000地形圖按隧道進(jìn)出口位置布設(shè)。在布網(wǎng)過程中，應(yīng)首先按地圖交通路途進(jìn)行實地踏勘，然后選擇最優(yōu)路途進(jìn)行測量。選點和埋石每個洞口設(shè)置3個洞口水準(zhǔn)點，選擇在洞口旁邊土質(zhì)堅實、通視良好、施測便利、高程相宜和便于保存之處；三個洞口水準(zhǔn)點中的兩個設(shè)置在洞口旁邊，兩點之間距離按安置一次儀器能進(jìn)行觀測為原則，另一個設(shè)置在更為平安的區(qū)域，便于復(fù)核聯(lián)測，聯(lián)測隧道范圍內(nèi)全部的二等水準(zhǔn)限制點。磨把公隧道出口二等水準(zhǔn)布置點如下圖所示：洞口二等水準(zhǔn)點JMB5004洞口二等水準(zhǔn)點JMB5005洞口二等水準(zhǔn)點JMB5006洞口二等水準(zhǔn)點JMB5004洞口二等水準(zhǔn)點JMB5005洞口二等水準(zhǔn)點JMB5006洞口水準(zhǔn)點標(biāo)石埋設(shè)規(guī)格同平面點。水準(zhǔn)觀測水準(zhǔn)觀測采納天寶Dini03電子水準(zhǔn)儀統(tǒng)一按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T12897-2006）二等標(biāo)準(zhǔn)施測。水準(zhǔn)儀的標(biāo)稱精度均為每公里高差偶然中誤差±0.3mm。采納單路途來回觀測，同一條水準(zhǔn)路途的來回觀測應(yīng)采納相同的人員、儀器、轉(zhuǎn)點尺承，沿相同水準(zhǔn)路途。沿馬路施測時應(yīng)運用大于5公斤的鑄鐵尺墊，在山路地段施測應(yīng)采納尺樁或突出巖石作為立尺轉(zhuǎn)點；運用尺撐扶尺，水準(zhǔn)尺氣泡居中；運用干濕溫度計測定氣溫。水準(zhǔn)觀測要求：視線長度≥3m、≤50m，前后視距差≤1.5m，前后視距累積差≤6.0m，視線高度≥0.55m、≤2.8m，測站限差：兩次讀數(shù)差≤0.4mm，兩次讀數(shù)所測高差之差≤0.6mm，檢測間歇點高差之差兩次讀數(shù)差≤1.0mm，觀測時偶數(shù)站按后-前-前-后，奇數(shù)站按前-后-后-前的依次進(jìn)行，每一測段應(yīng)為偶數(shù)站。水準(zhǔn)測量精度應(yīng)滿意表7表7水準(zhǔn)測量觀測的主要技術(shù)要求每千米高差偶然中誤差M△檢測已測段高差之差來回測不符值附合路途閉合差環(huán)閉合差≤1.0mmmmmmmmmm表中：R為測段長度，L為附合線路長度，F(xiàn)為環(huán)線長度。二等水準(zhǔn)臨時間歇點要求：在間歇時要求設(shè)置2至3個間歇點并作為臨時水準(zhǔn)點處理，間歇點設(shè)置要求，第一個間歇點與其次個間歇點間距要求在400m以上，其次個和第三個間歇點間距在兩站測量范圍內(nèi)，同時間歇點的規(guī)格要以?30以上的螺紋鋼筋，長度大于600mm，并保證不易被破壞位置；間歇后測量首先檢測三個歇點間高差，在滿意限差要求后方可進(jìn)行余下水準(zhǔn)路途測量，假如三個間歇點間有兩個點間高差超出限差，必需進(jìn)行重新測量。數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)處理采納電子水準(zhǔn)儀自帶軟件將原始數(shù)據(jù)處理為高差距離文件，水準(zhǔn)網(wǎng)平差采納鐵三院研發(fā)的TSDI_HRSADJ精密工程測量平差系統(tǒng)或武漢高校的“科傻地面限制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”（COSAWIN）進(jìn)行嚴(yán)密平差，并采納清華山維數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計算對比。每千米高差偶然中誤差MΔ按下式計算：MΔ=±式中：L—水準(zhǔn)測量的路途長度（km）；Δ—水準(zhǔn)路途測段來回高差不符值（mm）；n—來回測的水準(zhǔn)路途的測段數(shù)。水準(zhǔn)點成果最終取位至0.1mm4、洞內(nèi)限制測量4.1洞內(nèi)平面限制測量洞內(nèi)觀測方法洞內(nèi)平面限制測量采納萊卡1201全站儀進(jìn)行觀測。觀測方法為測回法，磨把公隧道洞內(nèi)導(dǎo)線平面限制網(wǎng)為四等，依據(jù)項目部儀器精度狀況觀測4個測回即可，但是考慮到隧道觀測環(huán)境較差，觀測6個測回，保證隧道貫穿精度滿意設(shè)計要求。導(dǎo)線測量滿意表8規(guī)定。表8四等導(dǎo)線測量主要技術(shù)要求等級測角中誤差（″）測距相對中誤差方位角閉合差（″）導(dǎo)線全長相對閉合差四等2.51/80000±1/400004.1.2洞內(nèi)導(dǎo)線點從洞口GPS投點起先，按線路方向間距200米布設(shè)，在仰拱填充面左右側(cè)各埋設(shè)一點，距電纜槽邊約2米的位置。導(dǎo)線點如下圖所示：洞口導(dǎo)線點R00X洞口導(dǎo)線點L00X導(dǎo)線點實行預(yù)埋或沖擊鉆鉆眼埋設(shè)。洞口導(dǎo)線點R00X洞口導(dǎo)線點L00X觀測數(shù)據(jù)采集磨把公隧道洞內(nèi)導(dǎo)線數(shù)據(jù)采集采納測回法觀測，觀測6個測回。水平角觀測宜采納方向觀測法，并符合表9規(guī)定。表9水平角方向觀測法的技術(shù)要求等級儀器等級半測回來零差（″）一測回內(nèi)2c互差（″）同一方向值各測回互差（″）四等1″級儀器696注：當(dāng)觀測方向的垂直角超過±3°的范圍時，該方向2C互差可按相鄰測回同方向進(jìn)行比較，其值應(yīng)滿意表中一測回內(nèi)2C互差的限值。邊長測量應(yīng)符合表10規(guī)定。表10邊長測量技術(shù)要求等級運用測距儀精度等級每邊測回數(shù)一測回讀數(shù)較差限值（mm）測回間較差限值（mm）來回觀測平距較差限值往測返測四等Ⅰ22232mD注：1、一測回是全站儀盤左、盤右各測量一次的過程測距邊的斜距應(yīng)進(jìn)行氣象和儀器常數(shù)改正。氣壓、氣溫讀數(shù)取位應(yīng)符合表11的規(guī)定。。表11氣壓、氣溫讀數(shù)取位要求測量等級干濕溫度表（℃）氣壓表（hPa）四等0.51數(shù)據(jù)記錄如下表所：水平角觀測手簿(測回法)儀器:TCRP1201點名：R004觀測者：何虎記錄者：柴中原日期：2012年12月5日起先:14時18分結(jié)束:14時測站測回數(shù)觀測目標(biāo)水平度盤讀數(shù)2c=盤左讀數(shù)-盤右(±180)半測回方向一測回平均方向各測回平均方向平距（米）草圖盤左盤右°′"°′"″°′″°′″°′″盤左盤右平均R004第一測回R00500017959591178-16-21178-16-21.5178-16-20.6214.7694214.7694214.7694L003178162135816210178-16-22205.1164205.1163205.1164其次測回R005300221003-1178-16-20178-16-20214.7693214.7692214.7693L0032081622281623-1178-16-20205.1164205.1164205.1164第三測回R005600124003-2178-16-19178-16-19L0032381620881622-2178-16-19第四測回R005900127000-1178-16-20178-16-21L0032681621881622-1178-16-22第五測回R0051200030001-1178-16-21178-16-21L00329816211181622-1178-16-21第六測回R0051500033001-1178-16-20178-16-21L00332816201841623-3178-16-22數(shù)據(jù)處理觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過處理計算，看有沒有指標(biāo)超限的，看是否要補測。原始數(shù)據(jù)合格后，平面限制網(wǎng)采納手算平差，并采納清華山維數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計算對比?，F(xiàn)以磨把公隧道出口第五次洞內(nèi)導(dǎo)線點加密為例。各項指標(biāo)均滿意規(guī)范要求。磨把公隧道出口洞內(nèi)限制網(wǎng)（第五次）點號觀測角（左角）改正后的角度坐標(biāo)方位角邊長/m坐標(biāo)增量計算值/m改正后坐標(biāo)增量/m坐標(biāo)/m備注△x△y△x△yxy123456789101112JM50063056686.3842481587.4585GPS點JM5009323°56′39.8″323°56′40.1″130°21′04.5″3056318.5295482020.4322GPS點274°17′44.6″265.204119.8649-264.459119.8653-264.4589R001340°58′47.7″340°58′48.0″3056338.3948481755.9733洞導(dǎo)線點75°16′32.6″202.020851.3472195.386551.3475195.3866L002174°54′32.5″174°54′32.8″3056389.7423481951.3598導(dǎo)線點70°11′05.4″220.580074.7738207.519774.7741207.5198R003182°51′58.5″182°51′58.8″3056464.5164482158.8796導(dǎo)線點73°03′04.2″205.284959.8442196.368459.8445196.3685L004177°01′40.5″177°01′40.8″3056524.3609482355.2482導(dǎo)線點70°04′45.0″215.227373.3326202.349073.3329202.3491R0051°33′58.4″1°33′58.7″3056597.6938482557.5973導(dǎo)線點251°38′43.7″214.7686-67.6298-203.8425-67.6294-203.8424R004178°16′20.6″178°16′20.8″3056530.0644482353.7549導(dǎo)線點249°55′04.5″205.1186-70.4308-192.6477-70.4305-192.6476L003183°12′27.5″183°12′27.7″3056459.6339482161.1073導(dǎo)線點253°07′32.2″201.1208-58.3803-192.4612-58.3799-192.4611R002171°26′30.4″171°26′30.6″3056401.2540481968.6462導(dǎo)線點244°34′02.8″222.1056-95.3829-200.5816-95.3826-200.5815L00122°33′40.3″22°33′40.5″3056305.8714481768.0646導(dǎo)線點87°07′43.3″252.684712.6577252.367512.6581252.3676JM500943°13′21.0″43°13′21.2″3056318.5295482020.4322GPS點310°21′04.5″568.1345JM50061799°59′57.2″0°00′02.8″2,204.1154-0.0035-0.00110.00000.00003056686.3851481587.4618GPS點說明：磨把公隧道洞內(nèi)限制網(wǎng)為四等導(dǎo)線，測角中誤差：2.5″；測距相對中誤差：1/80000；方位角閉合差：5√n；導(dǎo)線全長相對閉合差：1/40000?！艬測=1799°59′57.2″，F(xiàn)B=∑B測-（n-2)*180°=2.8″＜（FB容=5√n=5*√11=16″），∑D=2204.1154，m=√((1/N)*(FB2/n))=0.8″＜2.5″，K=√(（∑△x2+∑△y2))/∑D=1/600775＜1/40000。計算：何虎復(fù)核：朱立斌日期：4.2洞內(nèi)高程限制測量高程限制測量按二等水準(zhǔn)規(guī)范測定，點位與洞內(nèi)平面限制網(wǎng)共點，觀測方法、數(shù)據(jù)采集、平差與洞外高程限制網(wǎng)施測方法一樣。得出的高程成果再用全站儀進(jìn)行復(fù)核最終磨把公隧道的貫穿誤差：平面限制網(wǎng)里程方向3.9cm，左右方向1.7cm；高程0.3cm。滿意規(guī)范要求（見表12）。表12隧道貫穿誤差規(guī)定項目橫向貫穿誤差高程貫穿誤差相向開挖隧道長度（km）L＜44≤l＜7洞外貫穿中誤差（mm）304018洞內(nèi)貫穿中誤差（mm）405017洞內(nèi)外綜合貫穿中誤差（mm）506525貫穿限差（mm）10013050洞內(nèi)貫穿點-導(dǎo)線限制網(wǎng)點號觀測角（左角）改正后的角度坐標(biāo)方位角邊長/m坐標(biāo)增量計算值/m改正后坐標(biāo)增量/m坐標(biāo)/m備注△x△y△x△yxy1234567