成昆鐵路廣昆段秀寧隧道控制測量實踐

歐于民

(中鐵十六局集團有限公司，北京100018)

一、工程概況

秀寧隧道起訖里程DK993+173～DK1006+360，全長13．187 km，是成昆鐵路擴能工程廣通至昆明段重點工程。位于云南省楚雄的祿豐縣和昆明市安寧市行政區域內，隧道植被茂盛，覆蓋較薄，地處云貴高原，地質結構復雜，富水量大。

秀寧隧道設計提供的控制點包括進口平面控制點2個點，高程控制點1個;出口平面控制點2個點，高程控制點1;1#斜井平面控制點1個點G7－3，沒有高程控制點;2#斜井沒有提供平面、高程控制點。隧道施工斜井設計參數見表1。

表1 秀寧隧道施工斜井設計參數表

二、控制測量方案

洞內導線測量是支導線延伸測量(通常采用兩個已知點的方位和一個已知點組成的閉合網)，沒有附合檢核條件。洞內導線的測量誤差受距離長度的影響，根據洞內導線誤差來選擇隧道控制等級方法，是整個隧道控制的關鍵。通常，洞內導線橫向貫通誤差估算采用公式

式中，ma為測角中誤差;L為支導線長度;n為支導線邊。

根據上式，按邊長平均150 m，測角中誤差為2．5″計算，計算出洞內控制導線任意一點的橫向誤差。給出了不同長度和邊數的導線最遠點橫向誤差變化曲線。

圖1 不同導線長度的橫向誤差變化曲線

由圖1而知，選擇導線平均邊長150 m，測角中誤差2．5″，導線長度與導線最遠點橫向誤差滿足不了秀寧隧道各開挖之間橫向貫通誤差要求。

可見洞內控制測量必須達到三等測量控制網以上，且導線平均邊長1000 m 3個點，測角中誤差1．8″，才能滿足秀寧隧道各開挖之間橫向貫通誤差要求。

根據秀寧隧道開挖長度及施工斜井設計參數實際，所以秀寧隧道控制網選擇三等精度網控制。

三、秀寧隧道平面控制測量

1．隧道洞外測量

采用衛星定位測量，根據隧道長度和設計的控制點實際，在進出口、各斜井口埋設加密網控制點，與設計控制點組成隧道控制網。加密控制點選點要滿足GPS觀測的要求，點間通視條件好且方便進洞測設和便于保護。洞口子網布設3～4個控制點，埋設深度0．8～1．0 m。

(1)衛星定位測量的技術指標及作業要求

衛星定位測量技術指標按《高速鐵路工程測量規范》第3．1．5條第1款，表3．1．5－1的三等技術指標要求執行;衛星定位測量作業要求按《高速鐵路工程測量規范》第3．1．5條第3款，表3．1．5－2的三等要求作業。

(2)外業GPS測量

測量使用經檢定合格的Leica1200和Leica1230共8臺接收機(接收機的精度指標符合5 mm+1×10－6D)，實施靜態測量作業。網異步環連接采用邊連接，同步環每條基線觀測2個時段，時段觀測時間≥90 min。

(3)網平差計算

1)基線解算。基線解算采用Leica Geo Office7．01軟件，采用衛星廣播星歷按靜態相對定位模式進行。同一基線不同觀測時段重復基線計算較差應滿足《高速鐵路工程測量規范》第3．3．6條第2款的規定要求。獨立觀測邊閉合環各坐標分量閉合差計算應滿足《高速鐵路工程測量規范》第3．3．6條規定第3款的規定要求。

2)網平差計算。采用武漢大學測量學院CosaGPS5．21進行平差軟件進行處理。平差結果精度應滿足《高速鐵路工程測量規范》第3．1．5條GPS測量網的三等技術指標要求。

2．隧道洞內控制測量

采用導線測量。以洞口外的控制(加密)點為起始點，宜沿隧道線路中線(或側移隧道中線適當的距離)布設洞內導線，布設成多邊形閉合導線環，導線環邊數以6條邊為宜。

根據隧道施工特點，導線點間邊長在300～350 m范圍內，導線點埋設遠離隧道邊墻1．0～1．5 m的抑拱底板混凝土里，深度為0．5 m，以克服觀測時的旁光折射影響。

洞內導線測量分三級控制、換手測量復核制度。隧道掘進500 m時，由項目部測量隊進行三級控制測量;隧道掘進1000 m時，由子公司測量隊進行二級控制測量，并對三級的測量成果進行復核;隧道掘進1000～2000 m時，集團公司精測隊進行一級控制測量，并二級的測量成果進行復核。

(1)外業測量

導線測量使用徠卡TC2003(精度指標測角1″，測距1 mm+1×10－6D)的全站儀施測。測角按測回法施測6個測回，測站將實時溫度、氣壓和棱鏡常數輸入儀器內，測距正倒鏡6次取平均值。

(2)內業計算

洞內閉合導線環按嚴密平差計算，使用威遠圖TOPADJ工程控制網平差系統軟件計算。平差結果精度應滿足《高速鐵路工程測量規范》第3．1．6條三等導線網的技術指標要求。

四、高程控制測量

1．洞外高程測量

根據隧道的地形地貌和設計的控制點實際，洞外高程測量采用三角高程測量。測量技術指標、限差及觀測技術，按《高速鐵路工程測量規范》光電測距三角高測量要求執行。

(1)三角高程測量

采用附合(或閉合)水準測量方法。使用徠卡TC2003全站儀(1″，1 mm+1×10－6D)對向觀測，不量儀高和棱鏡高，測量前實時測定氣溫、氣壓和棱鏡常數輸入儀器內，距離、高差正倒鏡測4次讀數取平均。

(2)內業計算

導線網按嚴密平差計算，使用睿智測繪科技開發的工程測量數據處理系統ESDPS平差軟件計算。

2．洞內高程測量

采用水準測量。以洞口的水準點為起始點布設成多邊形閉合水準環。由項目部和子公司測量隊二級控制、換手復核測量。

(1)高程測量

水準路線形成閉合水準環，使用天寶DINI12電子水準儀施測，洞內每250 m測設一個水準點。按三等水準觀測方法要求測量。

水準點埋設在隧道邊墻底起拱線上方50 cm，既有利測設又能夠在隧道施工過程中得到保護。

(2)內業計算

洞內閉合導線環按嚴密平差計算，采用睿智測繪科技開發的工程測量數據處理系統ESDPS平差軟件計算。

3．洞外高程控制網測量結果質量

(1)主控制網的質量

附合水準線路長18．9 km，水準路線內插若干測設水準點附合水準復核測量路線見圖2。附合高差閉合差fh=－18．4 mm≤Fh允=12=52．2 mm，每千米高差全中誤差MW=(1/4×［WW/L］)1/2=2．1 mm≤MΔ限=6．0 mm，每千米水準測量偶然中誤差MΔ=(1/4n×［ΔΔ/L］)1/2=1．1 mm≤MΔ限3．0 mm。滿足三等規范要求。

圖2 進出口附合水準測量示圖

(2)各斜井水準質量

1)1#斜井采用閉合水準施測。閉合水準線路CG7-3-1～ZD～X1-1～X1-2～CG7-3-1，全長2．882 km。高差閉合差fh=8．8 mm≤Fh允=12=20．4 mm，每千米高差全中誤差MW=(1/4×［WW/L］)1/2=2．6 mm≤MΔ限=6．0 mm，每千米水準測量偶然中誤差MΔ=(1/4n×［ΔΔ/L］)1/2=1．3 mm≤3．0 mm。滿足三等規范要求。

2)2#斜井采用閉合水準施測。閉合水準線路ZD3～X2-1～X2-2～ZD3，全長2．141 km，高差閉合差fh=0．5 mm≤Fh允=12=17 mm，每千米高差全中誤差MW=(1/4×［WW/L］)1/2=0．2 mm≤MΔ限=6．0 mm，每千米水準測量偶然中誤差MΔ=(1/4n×［ΔΔ/L］)1/2=0．1 mm≤3．0 mm。滿足規范要求。

五、隧道貫通估算

《高速鐵路工程測量規范》第6章隧道測量規定，隧道施工前，長大隧道需要進行洞外貫通誤差估算，估算導線點測量誤差對橫向貫通影響值。按導線誤差引起的橫向貫通中誤差的方法估算。

數學模式

隧道兩向開挖洞內施工路線在貫通面上的橫向貫通誤差應滿足《高速鐵路工程測量規范》表6．1．4的長度L(0≤L＜13)的規定要求。秀寧隧道橫向貫通中誤差估算值見表2。

表2 秀寧隧道洞內外測量橫向貫通中誤差估算值

總綜合橫向貫通中誤差估算值M總=(722+442+132)1/2=85．4 mm＜M限100 mm(10 km≤L＜13 km)，滿足秀寧隧道(全長13．183 km)橫向貫通影響中誤差綜合限差的要求。

六、隧道貫通實際結果

秀寧隧道全部貫通(在2011年撤停3#橫通道的施工，增加4#斜井施工)后，實際測量兩相向開挖面到貫通面(點)的橫向誤差均為反向偏離，且沒有偏離到隧道中線建筑物的界限50 mm。貫通誤差值見表3。

表3 秀寧隧道洞內貫通誤差值

七、結束語

秀寧隧道控制測量方案和洞內外的控制測量方法保證了隧道的貫通精度(綜合限差100 mm)的要求。進口與1#斜井貫通結果誤差稍偏大，可見長大隧道測量方案選擇二等精度控制測量更為穩妥安全可靠，同時說明在選擇控制測量方案等級有欠妥。

［1］ 潘國榮，王穗輝．上海地鐵二號線隧道貫通定向技術及精度控制［J］．同濟大學學報2000，28(2):122-125．

［2］ 中華人民共和國鐵道部．TB 10601—2009高速鐵路工程測量規范［S］．北京:中國鐵道出版社，2010:9-30．

［3］ 中華人民共和國鐵道部．TB 10101—2009鐵路工程測量規范［S］．北京:中國鐵道出版社，2010:52-55．