論述隧道貫通測量中導線設計與誤差預計

李樹波

【摘 要】隨著經濟和科學技術的發展，對道路的建設的要求也越來越高。長大隧道作為道路建設的控制性工程之一，其貫通的水平在很大程度上代表了我國隧道的技術發展水平，而且貫通測量是測量學科內一項最綜合性的測量工作，非常值得探討、研究，也是對測量理論和知識方面的一次全面性的訓練和培養。

【關鍵詞】控制測量；貫通測量；導線測量

1 隧道貫通當前現狀

測繪技術的發展，使得越來越多的先進儀器和方法應用于隧道貫通測量。國家1：10000基本地形圖為隧道選址提供了基礎圖件；遙感技術提供了多光譜影像，可對隱患地質構造和水文地質條件進行推斷；光電測距儀，電子全站儀以及全球定位系統技術的應用，使隧道施工平面控制圖的建立得到革命性的改變；電子計算機的普遍應用，使隧道控制網的優化設計和貫通誤差變的十分簡單。目前世界最長的隧道為日本本州和北海道全長53.9公里的青函隧道。迄今為止，我國最長的隧道為太行山隧道，其全長27.839公里。隨著時間的推移，一定會出現更長的隧道，且其更新的速度也會越來越快。

誤差在測量過程中是不可避免的，隧道貫通中的主要誤差為隧道貫通測量重要方向上的誤差。在實際施工中，通常因為提高工程進度、縮短工程期限以及改善隧道中的工作環境等，我們一般采用隧道兩端的開切口為施工點，從隧道的兩端同時進行開工。為了保證隧道在貫通的方向和貫通點的的誤差滿足《工程測量規范》中的精度要求，所以在工程施工前，隧道貫通過程中測量設計方案及預計誤差都是相當重要的。

此次舉例來說明一下隧道貫通測量的導線設計和誤差預計本次的貫通測量地面控制網為四等GPS控制網，采用邊連式的方法進行，最長邊長2360米，最短邊長1300米，平均邊長約1805.83m，隧道高6m，寬13m。儀器的標稱精度為±（1+lppm×D）mm。

（1）基線條件精度指標

各等級GPS相鄰點間弦長精度用下式表示：

（2）最弱邊相對中誤差為：

2 隧道導線測量方案的設計

2.1 隧道內平面測量

隧道平面測量包括井下施工導線測量、施工控制導線測量。

2.1.1 施工導線測量

隧道貫通測量第一步要布設導線，確定方向。導線的平均邊長一般為30m，角度觀測中誤差的絕對值≤6”，邊長測距中誤差應在≤10mm。

2.1.2 施工控制導線測量

（1）隧道直線施工控制導線點平均邊長200m。

（2）現場一般使用Ⅱ級標準，進行施工控制導線的實際測量，雙測回法，（ + ）-360°<6"，邊長雙向觀測二測回， - <7mm。

（3）在施工控制導線測量前進之前，要對導線前的四個固定點進行檢測測量，如果被檢測的固定點有所變動，那么就要把已有的導線延伸到附近的固定點處來保證導線點的精度。

（4）施工控制導線在隧道貫通前應重復觀測四次，對于重合點的坐標值x ，y 與原坐標x ，y 滿足x -x <10mm，y -y <10mm時，運用加權求得的平均值的作為延伸測量過程中的起始數值。

本次設計中選用10”的精度進行平面控制，平面測量的起始點位于隧道的中心線上，根據有關規范要求，測量兩次，導線的邊長為200m，測距精度為3mm+2ppm。

2.2 隧道內高程測量

隧道內高程控制采用I級水準測量，采用S3水準儀和木制板尺進行往返觀測，閉合差≤15 mm（R為水準線路長度，以公里為單位）。

（1）用地面水準測量方法進行隧道內的水準測量，視線長度一般為15～40m。

（2）水準基點為隧道兩邊開切點，要求每站觀測兩次，兩次儀器的高度之差≥10cm。所測得的高差之差≤4mm。

（3）隧道內施工水準點每50m/個，隧道內施工控制水準點每100m/個。隧道內水準點和地下導線點可以通用，隧道內高程點設在巷道兩幫穩定的巖石中，每隔300～500m/組，每組≥3個。

（4）井下水準基點的埋設方式按《冶金礦山測量規范》要求執行。

3 隧道貫通測量的誤差預計

3.1 誤差參數的確定

（1）地面采用四等GPS導線網，同等級擴展四等導線，規范規定，測角中誤差為2.5"，故取m =±2.5"。

（2）地面量邊相對中誤差，測距精度1mm+1 ppm，平均邊長1.8公里，故取 = 。

（3）井下導線測角中誤差。采用10"級導線，故測角中誤差為m =±10"。

（4）井下導線量邊相對中誤差，測距精度3mm+2ppm，平均邊長100米，故取 = 。

（5）地面水準測量中誤差。規程規定地面四等水準測量的限差為±20 mm，

（L—為水準路線長 ）。

（6）井下I級水準測量誤差為m =± =± =8.47mm。

3.2 貫通相遇點K在x軸重要方向的誤差計算

盡可能選擇不同地面導線，近井點、近井導線、起始邊預計其誤差對貫通巷道誤差影響，選擇確定優化方案。

過 K點以垂直于巷道的方向作為假定坐標 x 軸方向，求相遇點K在水平重要方向上的誤差，求貫通相遇點K在水平方向x軸上的誤差。

3.2.1 地面測角誤差影響

3.2.2 地面量邊誤差影響

式中m1——導線量邊誤差；l——導線邊長。

3.2.3 井下導線測角誤差影響

式中m ——井下導線測角誤差影響；

R ——井下導線點與K點連線在y軸上的投影長度。

井下導線測量工作獨立進行兩次，故測角誤差的影響為：

3.2.4 井下導線量邊誤差影響

井下導線測量工作獨立進行兩次，故量邊誤差的影響為：

由預計圖上算得，故 =20784.6

式中l ——井下兩條貫通導線在起算點連線在x軸上的投影長度。

3.2.5 各項誤差引起貫通相遇點K在x軸上的總中誤差為：

3.2.6 各項誤差引起K點在x軸上的預計誤差

取2倍中誤差為預計誤差，則：

3.3 貫通相遇點K在高程重要方向的誤差計算

3.3.1 地面水準測量引起的誤差

有關規范規定，可按照四等水準測量的精度指標進行實測井口水準基點的高程，四等水準支線往返測的高程平均值的中誤差為：

式中L—水準路線的單程長度，以公里為單位。

3.3.2 井下水準測量引起的誤差

井下進行I級水準， 故：

3.3.3 貫通在高程方向上的預計中誤差

各項測量工作均獨立進行兩次，故：

3.3.4 貫通在高程方向上的預計誤差

從上述的結果可知，水平方向和高程方向上均滿足精度要求，因此所選用的方案和方法可行。

4 結束語

隧道貫通測量中誤差是不可避免的，所以我們要有具體的數據來說明這些，以保證正常的施工。隧道貫通中的導線設計和誤差預計這兩項工作是十分重要，我們不能盲目追求速度而造成工程質量不過關、精度不達標，也不盲目追求高的精度，而增加測量工作量。尤其對大型隧道的貫通有著十分重要的意義。我們測量人要有認真，負責的態度來完成每一項工作，以保證工程質量。

[責任編輯：楊玉潔]