大金山隧道工程控制測量方法設計

劉 凱 藍善勇

在隧道施工過程中，由于洞內控制測量、細部放樣以及施工等因素的影響，使得兩個相向開挖的工作面的施工中線不能理想地銜接而產生錯開的現象，即所謂貫通誤差。貫通誤差在路線中線方向上的投影長度稱為縱向貫通誤差;在垂直于中線方向的投影長度稱為橫向貫通誤差;在高程方向上的投影長度稱為高程貫通誤差。實際上最重要的，討論最多的是橫向誤差。因為橫向誤差如果超過了一定的范圍，就會引起隧道中線幾何形狀的改變，甚至洞內建筑物侵入規定限界而使已襯砌部分拆除重建，給工程造成損失［1］。因此，在隧道工程的施工組織設計階段，就需要對所擬定的測量方案和方法進行誤差預計，估計采用此方案是否滿足工程精度需要，并及時修正測量方案或測量方法，以滿足工程施工精度需要。以下對大金山隧道工程中的控制測量方法進行設計。

1 工程概況

大金山隧道位于馬鞍山市，屬于南京—安慶鐵路新建工程。進口里程為DK52+525，出口里程為DK52+995，全長470 m，為雙線軌道。軌道類型為無碴軌道，其結構高度為724 mm，軌道平面DK52+525～DK52+995位于左偏圓曲線上，半徑為5 500 m，圓曲線長470 m。隧道內DK52+576.74～DK52+995段設置凸形豎曲線，豎曲線半徑為25 000 m。洞內設置雙側水溝和中心管溝，雙側電纜槽。隧道內Ⅲ級圍巖60 m，Ⅳ級圍巖110 m，Ⅴ級圍巖300 m。

2 隧道內控制測量設計

2.1 平面控制測量設計［2］

根據《鐵路測量技術規則》的規定，兩開挖洞口間長度小于4 km時，橫向貫通誤差的限差為100 mm，高程貫通誤差的限差為50 mm。

為了保證該隧道在相向開挖至貫通面時洞室開挖軸線的正確，首先要估算預期的貫通誤差，在電腦上利用AutoCAD軟件繪出隧道開挖平面圖及預計貫通面的位置，充分考慮開挖施工時洞內的測量環境(如通視條件及出渣等對測量的影響)及提高測量精度的方法，合理地選出導線點位置，并展于平面圖上(見圖1)。

橫向貫通誤差是由導線水平角誤差和導線邊長誤差所引起，主要影響隧道的貫通精度，以下主要分析橫向貫通誤差。

根據誤差傳播定律，導線測角及測邊是相互獨立的兩個量，據此可得隧道內導線測角誤差所引起的橫向貫通誤差myβ為:

其中，mβ為導線測角中誤差;ρ=206 065″;∑R為各導線點到貫通面垂直距離平方的總和，m2。

而隧道內導線邊長測量誤差所引起的橫向貫通誤差myl為:

導線測量誤差在貫通面上所引起的橫向貫通誤差my為:

其中，Rx，dy取至整10 m即可。上式為導線測量誤差對橫向貫通誤差的影響值的近似公式。因它是按支導線推導的，而實際工作中，總是要布設為環形或網形，通過平差，測角、測邊精度都會提高，故按式(3)進行橫向貫通誤差估算將更為安全一些即留有裕量。

對于光電測距導線測距邊精度按下式計算:

其中，a，b分別為測距儀固定誤差和比例誤差;l取導線的平均邊長。

根據繪制好的略圖上量取各個導線點到貫通面的距離Rx和各導線邊在貫通面上的投影長度dy，再根據實際使用的測量儀器確定測角中誤差mβ和測量邊長的精度ml/l進行計算。當計算出的my小于隧道橫向貫通誤差的限值時則達到設計要求。

2.2 高程控制測量設計［3］

隧道內高程的控制測量精度直接影響豎向貫通誤差，通常根據水準測量或三角高程測量誤差引起的豎向貫通誤差來確定高程控制測量的等級。

其中，mh為豎向貫通誤差;L為隧道內水準路線的全長，km; mΔ為水準路線按測段往返測的高差不符值所計算的每千米線路測量的高差中數的中誤差。

由式(5)得:

L可根據圖上擬定的路線量取或取3倍～5倍隧道軸線的長度。根據設計豎向貫通誤差和L即可計算出mΔ的數值，再查找《鐵路測量技術規則》，即可確定在隧道內布設相應等級的水準路線。

3 大金山隧道工程控制測量設計實例

表1 隧道內導線測量誤差對橫向貫通精度影響值計算表

現以大金山隧道工程為例，說明隧道內控制測量誤差對橫向貫通誤差影響值的估算方法(見表1)。根據工程所采用的測量儀器及繪制的洞室導線點圖(見圖1)，按國家三級導線布設，其測角中誤差mβ=±12″，導線邊長測量相對中誤差ml/l=1/7 000，則:

所設計的隧道內控制測量引起的橫向貫通誤差小于《鐵路測量技術規則》規定的橫向貫通誤差的限值，即說明在隧道內布設三級導線完全能滿足橫向貫通精度要求。

4 提高隧道內控制測量精度的幾點建議［4］

1 )嚴格按設計的控制測量等級相關技術要求進行施測，施測中盡量采用三聯腳架法，但要注意各基座與棱鏡及儀器有無隙動、氣泡有無偏離、對中偏離是否較大等等，如有上述情況則要對儀器進行檢修校正，找出問題所在。

2 )隧道每開挖到一定長度時要及時增設基本導線點，指導開挖的臨時點要控制在2個～3個以內，且要進行經常性的檢測其正確性，確保洞室開挖的正確。

3 )隧道每開挖到一定階段或一定長度時要及時對導線進行檢測、復測及精度估算，對因其他原因而改變設計路線方案時要對精度進行估算。

4 )導線要盡可能布設成似等邊直伸型導線，在測量環境允許范圍內盡可能的選長邊。

5 )要嚴格進行邊長的投影計算，正確計算各點平面坐標。

［1］ 李青岳，陳永奇.工程測量學［M］.北京：測繪出版社，1995.

［2］ 吳琴鳳.隧洞洞內控制測量［J］.四川水利發電，2010，29 (2)：25-27.

［3］ 陳劍華，王松波.西龍池抽水蓄能電站隧洞貫通控制測量總結［J］.人民長江，2007，38(5)：85-87.

［4］ 陳桂忠.隧洞洞內控制測量及質量控制探討［J］.鐵道勘測與設計，2007，26(6)：46-49.