黃池溝試驗洞施工貫通洞外控制的建立及成果精度分析

武換咪

（陜西省水利電力勘測設計研究院測繪分院 陜西 西安 710002）

1 引言

引漢濟渭受水區(qū)輸配水工程南干線黃池溝試驗洞長度3.3km，隧洞設計比降1/3000，洞徑6.7m×6.7m，試驗洞開工之前，需要建立施工貫通洞外平面和高程控制網(wǎng)，滿足施工放樣和引測進洞的要求。

2 洞外平面控制的建立及精度分析

2.1 洞外控制等級及網(wǎng)形確定

黃池溝試驗洞進出口間長度為3.3km，中間未設施工支洞，施工計劃從進出口兩端掘進，因此，洞內施工貫通相向開挖長度小于5km，根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T5173-2003）中表11.2.1洞外控制網(wǎng)等級選擇的規(guī)定，平面控制網(wǎng)測量等級確定為四等。

隧洞進出口端地形地貌條件具備GPS測量的空間要求，因此網(wǎng)形采用四等GPS網(wǎng)。

2.2 洞外控制點選設及網(wǎng)形組成

2.2.1 選點原則及要求

（1）點位應選在通視良好、交通方便、地基穩(wěn)定且能長期保存的地方。視線離障礙物（距上、下和旁側）不宜小于1.5m，并避免視線通過吸熱、散熱較快和強電磁場干擾的地方（如煙囪、高壓線等）。

（2）點位應選在便于安置GPS接收機設備、視野開闊的地方，被測衛(wèi)星的地平高角度應大于15°。

（3）點位應遠離大功率無線電發(fā)射源（如電視塔、微波站等），其距離不得小于200m；并應遠離高壓電線，其距離不得小于50m。

2.2.2 點位設立

為了便于施工放樣和向洞內傳遞，并考慮進洞前檢測等因素，應在每個洞口附近分別布設3個控制點。

因試驗洞施工方案是在進出口間相向開挖掘進，因此，只需在進出口端分別留設3個固定點，可以滿足隧洞施工貫通控制進洞需要。即在試驗洞進口端（黃池溝內）可以利用NGPS022、NGPS023等兩點標志，另布設了JK1點，作為進口端施工貫通進洞基準點；在試驗洞出口端（馬岔河）布設了KC1、KC2、KC3三點，作為出口端施工貫通進洞基準點，以上6個點作為試驗洞施工貫通洞外控制點。新增設點位采用固定建筑物上鉆孔鑲嵌鋼筋標志，并繪制點之記。

2.2.3 網(wǎng)形選取

根據(jù)所選點位處地形地貌特征，點位滿足架設GPS接收機進行觀測的要求，網(wǎng)形應采用四等GPS網(wǎng)觀測方案；為了兼顧試驗洞出口以下后續(xù)輸水暗渠施工控制銜接統(tǒng)一精度，上述6個點與隧洞出口東約3km處的ⅢPN4、ⅢPN5點共同組成GPS網(wǎng)觀測，網(wǎng)形布設如圖1。

2.3 GPS觀測

觀測采用4臺套華測X900雙頻GPS接收機，靜態(tài)標稱精度為：平面：±2.5mm+1ppm；高程：±5mm+1ppm。作業(yè)模式為靜態(tài)方式。外業(yè)觀測的主要技術要求：觀測時段數(shù)2個，衛(wèi)星高度角≥15°，有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥4，觀測時段長度≥60min，數(shù)據(jù)采樣間隔15s，點位幾何圖形強度因子（PDOP）＜8。

外業(yè)觀測時，測站操作應按以下要求進行：

（1）觀測前，對接收機進行預熱和靜置。

（2）天線高的量取精確至1mm。

（3）每時段觀測前、后各量取天線高一次，兩次互差小于3mm時，取兩次平均值作為最后結果。

（4）觀測中，避免在接收機近旁使用無

圖1 洞外GPS控制布設網(wǎng)形圖

表1 GPS觀測數(shù)據(jù)檢驗統(tǒng)計表 單位：mm

表2 三維無約束平差精度統(tǒng)計表

表3 二維約束平差精度統(tǒng)計表

表4 二維約束平差精度統(tǒng)計表

圖2 洞外高程控制（四等水準路線）布設網(wǎng)形圖

2.4 觀測數(shù)據(jù)檢驗與數(shù)據(jù)處理

2.4.1 應用軟件

GPS網(wǎng)基線解算采用GPS后處理軟件HDS2003；GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理采用GPS工程測量網(wǎng)通用平差軟件包（CosaGPSV5.20）。

2.4.2 GPS觀測數(shù)據(jù)檢驗

首先進行基線解算，接著進行重復基線的長度較差、同步環(huán)與異步環(huán)各坐標坐標分量閉合差及環(huán)線全長閉合差等檢驗；經(jīng)驗算其各項指標均在限差以內，其2個觀測時段的最大值統(tǒng)計如表1所示。由表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以說明，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)質量可靠。

2.4.3 GPS數(shù)據(jù)處理

（1）三維無約束平差。

在上述各項質量檢核符合要求后，采用GPS工程測量網(wǎng)通用平差軟件包（CosaGPS V5.20），以所有獨立基線組成GPS空間向量網(wǎng)，并在WGS-84坐標系統(tǒng)中進行三維無約束平差。在無約束平差中，基線向量的改正數(shù)（V⊿x、V⊿y、V⊿z）絕對值均小于 3σ，其無約束平差2個觀測時段的精度最大值統(tǒng)計如表2所示。

由表2各項指標統(tǒng)計分析說明：GPS網(wǎng)內部符合精度；基線向量之間無明顯的系統(tǒng)誤差和粗差。

（2）二維約束平差。

在無約束平差確定有效觀測量的基礎上，在本工程平面控制網(wǎng)的坐標系下（掛靠在1980西安坐標系下的獨立坐標系，其起算點為B級GPS點1357，中央子午線經(jīng)度為108°54′25″，投影面高程為450m）進行二維約束平差，二維約束平差固定NGPS022、NGPS023、IIIPN4和IIIPN5等4個已知點。約束平差中，基線向量的改正數(shù)與無約束平差結果的同名基線相應改正數(shù)的較差 （dV⊿x、dV⊿y、dV⊿z）均小于2σ；其二維約束平差2個觀測時段的精度指標最大值統(tǒng)計如表3所示。

二維約束平差精度符合要求，也說明起始數(shù)據(jù)誤差較小。

（3）固定一點一方位的GPS獨立網(wǎng)平差。

以二維約束平差后的NGPS022坐標為原點，以NGPS022～KC3的方位為起始方位，取隧洞洞底平均高程510m作為投影高程面，按固定一點一方位的獨立網(wǎng)進行數(shù)據(jù)處理，其兩個觀測時段的精度最大值統(tǒng)計如表4所示。

3 洞外高程控制的建立

3.1 控制等級及觀測網(wǎng)形的確定

經(jīng)實地查勘隧洞沿線地形地貌，以及輸水隧洞設計比降、相向開挖長度，并考慮到該段隧洞沿線已有高等級水準點分布等因素，高程控制測量等級確定為四等。經(jīng)踏勘現(xiàn)場，隧洞進出口之間地形起伏變化小，且進出口附近有已知二等水準點，因此，本次洞外高程控制測量方案采用四等附合幾何水準路線。

3.2 點位選設

3.2.1 選設原則

依據(jù)規(guī)范要求，隧洞施工應在每個洞口（進洞口、支洞口、出洞口）附近留設2個洞外高程控制點。

3.2.2 點位設立及觀測方案

（1）進口端附近有二等水準點JH03，同時利用進口附近平面控制點NGPS022、JK1；

（2）出口端附近選設KS1、KS2等兩個高程點，標志采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，同時繪制點之記。

（3）起始于進口端附近二等水準點JH03，閉合于出口東側二等水準點JH25（應檢測JH25～JH27測段高差），將上述4個點及出口附近平面控制點KC1、KC2、KC3納入水準路線，網(wǎng)形如圖2。

3.3 觀測

3.3.1 觀測使用LeicaDNA03數(shù)字水準儀（高程測量精度0.3mm/km）。使用配套因瓦條碼尺，在作業(yè)前按照規(guī)定進行了檢驗。

3.3.1 觀測使用儀器及要求

（1）四等幾何水準測量采用LeicaDNA03數(shù)字水準儀觀測，水準標尺采用銦瓦條碼尺，尺臺選用質量應不小于1.0kg。

（2）水準儀、銦瓦條碼尺在作業(yè)前應送法定計量檢定單位進行檢定和校準，并在檢定的有效期內使用。

（3）數(shù)字水準儀，整個作業(yè)期間應在每天開測前進行i角測定。因作業(yè)時段較短，銦瓦條碼尺可只在作業(yè)前進行檢驗標尺分劃面彎曲差、一對標尺名義米長的測定。

3.3.2 觀測方法及設置測站的要求

（1）測段高差采用單程施測。

（2）測站的視線長度≤100m，前后視距差≤3m，任一測站上前后視距差累積≤10m，視線高度三絲能讀數(shù)，數(shù)字水準儀重復測量次數(shù)≥2次，同一標尺兩次觀測所測高差的差應≤3.0mm。

（3）每測站照準標尺順序為：后前前后。

3.3.3 間歇及檢測

觀測間歇時，最好在水準點上結束觀測。否則，應在最后一站選擇兩個堅穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置標尺的固定點，作為固定點。間歇后應對間歇點進行檢測，比較任意兩轉點間歇前后所測高差的差應≤3.0mm時，方可由此起測。檢測成果應在手簿中保留，但計算高差時不予采用。檢測已測測段高差之差應小于30 R （R為檢測測段的長度，以千米計）。

3.4 外業(yè)觀測數(shù)據(jù)驗算

3.5 數(shù)據(jù)處理

四等附合水準路線閉合差按測站數(shù)配賦，根據(jù)配賦后的測段高差計算各待定點高程。

4 結語

黃池溝試驗洞施工貫通洞外平面和高程控制技術方案，結合工程所在區(qū)域的自然地理特征，選取了經(jīng)濟合理的控制等級，洞外平面控制采用了GPS網(wǎng)形，洞外高程控制采用幾何水準路線，經(jīng)過建網(wǎng)、觀測、數(shù)據(jù)處理以及精度指標統(tǒng)計分析，說明GPS網(wǎng)和水準路線的數(shù)據(jù)處理結果可靠，可以滿足隧洞施工貫通洞外控制的精度需要。陜西水利

[1]李青岳 陳永奇，《工程測量學》[M]，ISBN 978-7-5030-1867-1.

[2]《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T 5173—2012）[S].