特长隧洞精密测量导线网的控制

余 敏

（中铁十八局集团隧道工程有限公司 重庆 北碚区 400700）

某引水隧洞由若干施工支洞承担相应施工任务，最后实现全部贯通。总干隧洞坡度小，断面小，与之形成对比的是各施工支洞坡度大断面更为狭小。随着特长隧洞的增加，隧洞贯通在施工作业中尤为重要。隧洞贯通精密测量对衡量后期混凝土二次衬砌施工与竣工后的引水使用要求比较高。特别是对有些管道及特种工程的隧洞，洞内控制测量精度的高低就直接影响到贯通的精度，为保证隧洞在允许精度内贯通，尤其是在小断面，大坡度，小边长，小角度的隧洞中，我们首先要对洞内控制测量进行设计，如何布置测量导线网，采用何种方法进行导线测量尤为重要[1]。本文根据已经顺利贯通的某引水隧洞为基础，阐述各种难点下导线的测设。

1 洞内控制测量设计

1.1 纵断面与平面控制测量设计

设计图纸在对整体掘进需要下对引水隧洞交通洞内设一距离小于150m,角度小于45°的短边小角度支洞，给导线测量控制带来一定难度。在洞口投点当中，利用一个GPS 约束点，同时后视两个GPS 点，为洞口交叉投两个导线点，互相制约，互相约束。在交通洞最里面短边处的置镜点可以选择二次置镜或采取强制对中桩，对投点进行观测，以减小人为可视误差。如图1 图2 所示：

施工各支洞进口采用静态GPS 观测，对洞口投点受环境，洞口朝向等因素制约，而且存在测量误差不断累积的因素影响，为保证隧洞顺利贯通增加了很大难度。各施工支洞与自己所承担的总干任务在洞内平面控制测量在未贯通前都是支导线。首先要根据洞室相向或单向开挖长度及设计贯通精度要求，对洞内导线进行设计，估算预期的误差。选择测量设备及备选测量方案。支导线的终点是支导线精度的最弱点，横向贯通中误差是由导线测角误差及导线边长误差所引起，而横向贯通中误差主要影响隧洞的贯通精度。

图1 交通洞与41#施工支洞洞外GPS 与洞内导线点观测示意图

图2 分水退水洞洞外GPS 与洞内导线点观测示意图

图3 红外线与隧洞构筑物距离观测示意图

根据隧洞平面设计图，合理设计导线边长，一般不小于300m。尤其尽可能不出现短边。在大坡度施工支洞中还应充分考虑横跨施工平台段全站仪物镜与棱镜间构筑物的距离。如图3 所示

1.2 精密导线网的测设

隧洞洞内控制导线网采用交叉导线网，以提高洞内平面控制测量的精度和可靠性。测量观测时，每站观测4 个方向。

图4 双“K”字形导线点观测示意图

如图4 所示，全站仪置镜于Z2 时，分别测Zl、Yl、Z3、Y3。换站置镜于Y2 时，分别观测Yl、Zl、Y3、Z3。

在导线水平方向观测时，选择距离适中、通视良好、成像清晰且垂直角较小的方向作为零方向。分组观测时，采用同一零方向。洞内外温度、湿度、气压相差很大，尤其在GPS 点位使用全站仪对洞口投点过程当中尤为重要，应选在阴天或一大早、傍晚没有强光的情况下进行投点。在测量前仪器应开箱30 分钟后方可观测，使全站仪内部温度与环境温度一致。[2]

在大坡度施工支洞观测数据时，由于坡度较大，全站仪置镜点与前后棱镜存在较大高差，需进行距离的改化。长大支洞中的距离误差直接影响到主洞中纵向的贯通误差。利用所在坐标系所处的地球曲率半径和投影面大地高进行跑离改化，可有效的减小主洞贯通误差。[3]

2 洞内导线的计算

洞外GPS 与洞内导线网外业观测和数据质量合格后，及时进行导线网的内业数据处理。导线网的内业数据处理按照以下方式进行：①将导线网的原始观测数据从全站仪中传输至计算机，并进行备份。②利用多测回测角软件对每个测站的2C 互差、半测回归零差、垂直角指标差互差和测距较差等精度指标进行检查，对超限的测站及时补测。③利用《SouthSurveyOffice》对测站数据进行概算和平差，将实测边长改正至投影正常高，同时进行高斯改化。以经检测稳定可靠的控制点为约束点，在隧道工程独立坐标系下按严密平差法进行整网约束平差[4]。④平差出的数据与原始支导线数据进行比对。

3 洞内外高程的控制

在水利隧洞工程中，对于隧洞高程的控制尤为重要。结合现场实际在隧洞内布设二等水准点，二等高程控制网。对狭小的水工隧洞，为了方便施工，左右线分别布设水准点，设在二等导线点上。

二等水准采用LeicaDNA03 电子水准仪，3m铟瓦条码水准尺，自动观测记录，采用单路线往返观测。仪器经过国家专业检测部门检定，并在开工前和作业期间进行常规检验和经常性检查，保证仪器工作状态良好。

按照国家二等水准测量精度要求进行施测。水准观测时，采用大于5 公斤的铸铁尺垫立尺转点，使用尺撑扶尺，视线长度＞3m、≤50m，前后视距差≤1.0m，前后视距累计差≤3.0m，视线高度＞0.5m；≤2.5m，测站限差： 两次读数差≤0.4mm,每测站高差之差≤0.6mm,检测间歇点高差之差≤lmm。由于洞内光线较暗，观测时将水准尺尺面一定范围用光源均匀照亮，以便仪器能够正常读数。

两水准点间的往返测高差不符值小于表1 规定：

表1 水准往返误差符合表

表中：R 为测段长度，L 为附合路线长度，F 为环线长度。

4 精度评测

在已贯通的分水退水洞进口段与上游段，采用上述方法施测，取得了非常好的贯通效果。限差均在规定范围以内。在规定范围以内。

5 结束语

由于隧洞工程施工的特殊性及复杂性。控制测量的精度及测量的方法是保证隧洞开挖、贯通、二衬及附属工程的质量及精度的重要手段。在施工中，小断面、大坡度、小边长、小角度及多种断面形式，设计结构复杂多样。在GPS 技术广泛使用的今天，结合高精度的导线网布设，已经使隧洞按估算精度贯通成为可能。实践证明，交叉双"K"字形导线网的使用在操作细则，技术使用方面已经成熟，配以合适的后期处理软件，为隧洞测量积累了经验。上述导线网注意事项与高程控制为长大隧洞洞内外控制测量提供一定的借鉴。