超特長(zhǎng)隧道高程測(cè)量的貫通誤差控制

楊云

摘要：本文首先對(duì)超特長(zhǎng)隧道洞外高程控制測(cè)量的主要方法存在的問題進(jìn)行了分析，找出貫通測(cè)量的誤差情況，最后提供了控制超特長(zhǎng)隧道測(cè)量的貫通誤差的方案和對(duì)策，希望對(duì)未來超特長(zhǎng)隧道高程控制測(cè)量的貫通誤差控制提供參考。

Abstract： This paper firstly analyzes the problems existing in the main method of ultra-extra long tunnel external elevation control measurement， finds the error of the penetration measurement， and finally provides the scheme and countermeasures for controlling the penetration error of the ultra-extra long tunnel measurement. It is hoped that this paper can provide reference for the penetration error control of the ultra-long tunnel elevation control measurement.

關(guān)鍵詞：超特長(zhǎng)隧道;隧道高程控制測(cè)量;貫通誤差

Key words： super-extra long tunnel;tunnel elevation control measurement;penetration error

中圖分類號(hào)：U452.1+3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）09-0075-03

1 ?超特長(zhǎng)隧道洞外高程控制測(cè)量的主要方法及存在問題

二等水準(zhǔn)測(cè)量和二等三角高程測(cè)量在我國(guó)超特長(zhǎng)隧道測(cè)量發(fā)揮著重要的作用，是測(cè)量的兩種主要方法。這兩種方法在進(jìn)行隧道貫通前的高程控制測(cè)量時(shí)，其測(cè)量的路線長(zhǎng)度一定會(huì)存在繞行現(xiàn)象。隧道的長(zhǎng)短、山體的大小和交通運(yùn)輸?shù)瘸^一定的程度后都會(huì)對(duì)高程控制測(cè)量的路線造成影響，不僅會(huì)使得繞行情況嚴(yán)重，而且洞外水準(zhǔn)路線的長(zhǎng)度就會(huì)變長(zhǎng)。我國(guó)在超長(zhǎng)隧道高程控制測(cè)量上已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)以往的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在隧道貫通之前，超特長(zhǎng)隧道高程控制測(cè)量的路線繞行長(zhǎng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于隧道本身的長(zhǎng)度，且其一般會(huì)是隧道本身長(zhǎng)度的3倍以上，一般情況為3～5倍，有的甚至達(dá)到了十多倍，比如其嶺隧道和金寶頂隧道，在隧道貫通之前，兩者的二等水準(zhǔn)路線繞行長(zhǎng)度分別是隧道本身長(zhǎng)度的13.5倍和13.7倍。

系統(tǒng)誤差和偶然誤差是超特長(zhǎng)隧道測(cè)量的兩大問題，當(dāng)超特長(zhǎng)隧道貫通前高程控制測(cè)量路線繞行越長(zhǎng)，其測(cè)量累積的出現(xiàn)誤差的可能性就會(huì)越大。超特長(zhǎng)隧道貫通后，隧道貫通后隧道進(jìn)、出口兩端水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差與隧道貫通前繞行所測(cè)量高差不一致一定會(huì)再次進(jìn)行隧道高程貫通測(cè)量、隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)測(cè)量出現(xiàn)。針對(duì)上述的問題，本文對(duì)于超特長(zhǎng)隧道貫通后的誤差情況做出了相應(yīng)的研究，提供了調(diào)整和控制誤差的解決方案和對(duì)策，希望對(duì)未來超特長(zhǎng)隧道的貫通誤差控制提供參考和建議。

2 ?貫通測(cè)量概述及超特長(zhǎng)隧道高程貫通后誤差情況

2.1 貫通測(cè)量概述

為了能夠滿足設(shè)計(jì)的要求，使得測(cè)量工作順利開展并達(dá)到貫通測(cè)量的目的，我們需要保障兩個(gè)或者多個(gè)相向或是同向掘進(jìn)的工作面需要準(zhǔn)確的、成功的掘進(jìn)同一并向。多頭掘進(jìn)同一井巷的貫通方式具有一定的優(yōu)勢(shì)，比如說像縮短工期、改善通風(fēng)和勞動(dòng)條件等，從而促使掘進(jìn)的速度和礦井采礦都保持平衡。

貫通巷道兩端的平面坐標(biāo)和高程是進(jìn)行貫通測(cè)量時(shí)需要知道的兩個(gè)基本數(shù)據(jù)，然后在一定的誤差范圍內(nèi)將計(jì)算出巷道中線的坐標(biāo)方位角和巷道腰線的坡度與設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，此外還要求出巷道兩端點(diǎn)處的指向角，根據(jù)以上的各種數(shù)據(jù)，我們可以對(duì)巷道的中線和腰線進(jìn)行確定，在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)設(shè)計(jì)中不同的巷道向著一樣的方向進(jìn)行開掘，從而保證在貫通相遇點(diǎn)完美的銜接。

2.2 超特長(zhǎng)隧道高程貫通后誤差情況

據(jù)各種具體情況而言，貫通誤差預(yù)計(jì)參數(shù)主要包含了四種，為地面控制網(wǎng)誤差預(yù)計(jì)參數(shù)、陀螺定向誤差預(yù)計(jì)參數(shù)、立井導(dǎo)入高程誤差預(yù)計(jì)參數(shù)、井下控制網(wǎng)誤差預(yù)計(jì)參數(shù)。由長(zhǎng)度誤差、角度誤差、高程誤差參數(shù)等的導(dǎo)致地面已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)、方位角誤差的我們稱為是地面控制網(wǎng)誤差。測(cè)角誤差參數(shù)、量邊誤差參數(shù)及高程測(cè)量誤差參數(shù)都是井下控制網(wǎng)誤差參數(shù)，這三種誤差參數(shù)還可以繼續(xù)進(jìn)行細(xì)分，其中測(cè)角誤差可以細(xì)分為測(cè)量水平角誤差和測(cè)量垂直角誤差;鋼尺量邊誤差和光電測(cè)距儀量邊誤差都是量邊誤差;水準(zhǔn)測(cè)量誤差和三角高程測(cè)量誤差為高程測(cè)量誤差的兩種。

隧道的貫通和隧道洞內(nèi)控制的測(cè)量需要在超特長(zhǎng)隧道貫通后及時(shí)進(jìn)行測(cè)量。在隧道貫通之后，二等水準(zhǔn)測(cè)量的高差與隧道貫通前繞行所測(cè)的洞口高程控制點(diǎn)間的高差之間的差值我們這里定義為Δh，并且根據(jù)差值情況的不同，我們一共分為了三類：

這里的L值得是隧道貫通后水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度，單位是km。一旦|Δh|數(shù)值較大，意味著誤差也會(huì)很大，鑒于此，本研究對(duì)于第三種情況將不予研究。

3 ?超特長(zhǎng)隧道貫通后高程貫通誤差調(diào)整方案及其對(duì)策

3.1 超特長(zhǎng)隧道洞外高程控制網(wǎng)建立及施工期間注意事項(xiàng)

在超特長(zhǎng)隧道洞外高程控制網(wǎng)測(cè)量和施工過程中，為了控制貫通誤差，我們應(yīng)該注意如下一些問題：

①為了減少測(cè)量的誤差和避免不必要的測(cè)量，我們一般會(huì)在超特長(zhǎng)隧道高程控制測(cè)量前進(jìn)行相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，以便在詳細(xì)踏勘的時(shí)候?qū)ふ页鲎疃痰?、最可行的測(cè)量路線。

②為了保證方便的、及時(shí)的進(jìn)行高程控制網(wǎng)在隧道施工前或隧道施工期間的穩(wěn)定性，需要在超特長(zhǎng)隧道進(jìn)、出口端布設(shè)3個(gè)及以上的高程控制點(diǎn)。多余的控制點(diǎn)還可以在其他控制點(diǎn)破壞后進(jìn)行補(bǔ)設(shè)。

③《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》、《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》及其它一些相關(guān)規(guī)范是高程控制測(cè)量的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，還可以就在保障不影響外業(yè)測(cè)量效率的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)外業(yè)測(cè)量限差的要求，保證了外業(yè)高差測(cè)量數(shù)據(jù)的正確性和可信度。

④關(guān)于L的取值一般不會(huì)選取水準(zhǔn)路線的繞行長(zhǎng)度，而是選擇隧道本身的長(zhǎng)度，L的單位取km，在進(jìn)行外業(yè)測(cè)量時(shí)侯，我們將±4mm設(shè)置為進(jìn)出洞口測(cè)段間二等水準(zhǔn)測(cè)量往返測(cè)高差的不符值限差。

⑤我們?cè)趯⑺淼辣旧淼拈L(zhǎng)度作為計(jì)算超長(zhǎng)隧道進(jìn)口和出口端繞行測(cè)段平均距離的計(jì)算基準(zhǔn)，以便準(zhǔn)確提升超特長(zhǎng)隧道的控制點(diǎn)。

⑥《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》應(yīng)用于超特長(zhǎng)隧道施工的過程中，規(guī)范中對(duì)于復(fù)測(cè)的要求提供了具體的指導(dǎo)，還要定期或是不定期的復(fù)測(cè)超特長(zhǎng)隧道高程控制網(wǎng)，復(fù)測(cè)高差不符值限差為±6mm（L單位為km），其中L是超特長(zhǎng)隧道的隧道長(zhǎng)度。

3.2 超特長(zhǎng)隧道貫通后高程貫通誤差調(diào)整方案及對(duì)策

超長(zhǎng)隧道貫通后，隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)測(cè)量?jī)啥纯诳刂泣c(diǎn)間的高差與隧道貫通前繞行所測(cè)的高差不一致。想要更好的測(cè)量超長(zhǎng)隧道，并順利的進(jìn)行施工，我們需要找出最佳的實(shí)際高程貫通誤差調(diào)整方法，為了能夠更加深入的進(jìn)行研究，我們從差值Δh出發(fā)，進(jìn)行了不同的分析。

①當(dāng)|Δh|≤4：由于相鄰二等水準(zhǔn)點(diǎn)之間的測(cè)段復(fù)測(cè)高差與原測(cè)高差之差限差為±6和已知點(diǎn)間的高差閉合差限差為±8，所以，在這種情況下，我們可以考慮不對(duì)超長(zhǎng)隧道進(jìn)口、出口段進(jìn)行調(diào)整;此外，洞內(nèi)二等水準(zhǔn)加密時(shí)，可用隧道進(jìn)出口兩端的既有二等水準(zhǔn)點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行約束平差，計(jì)算出洞內(nèi)加密二等水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，在超長(zhǎng)隧道洞內(nèi)的高程控制網(wǎng)中，直接消除不符值Δh。

②當(dāng)4<|Δh|≤10：如果隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)測(cè)量的兩端洞口水準(zhǔn)點(diǎn)間高差和與隧道貫通前繞行所測(cè)的對(duì)應(yīng)高差差值符合4<|Δh|≤10時(shí)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)洞內(nèi)高程控制網(wǎng)往外聯(lián)測(cè)至隧道大、小里程的其它既有水準(zhǔn)點(diǎn)上，我們需要能夠保證隧道進(jìn)、出口端水準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)穩(wěn)定性，在軌道兩邊還要滿足沒有進(jìn)行無砟軌道鋪設(shè)施工的要求，以便實(shí)現(xiàn)附和水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度的加長(zhǎng)。如果附和水準(zhǔn)路線高差閉合為|Δh′|≤4時(shí)，這時(shí)是延長(zhǎng)后的結(jié)果，我們還可以把延長(zhǎng)后的附和水準(zhǔn)路線使用到超特長(zhǎng)隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)加密，還可以再次更新相關(guān)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程值，此外，我們還可以將此次水準(zhǔn)平差計(jì)算的高程應(yīng)用到其它構(gòu)筑物無砟軌道的鋪設(shè)及軌道精調(diào)等。

為了可以避免造成超特長(zhǎng)隧道洞內(nèi)構(gòu)筑物和其他地段構(gòu)筑物的高程的不同，我們需要有效地進(jìn)行對(duì)超特長(zhǎng)隧道洞內(nèi)二等水準(zhǔn)加密及其它既有相關(guān)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程值的更新，為了保證更新值的有效性和準(zhǔn)確性，我們要盡可能得采用延長(zhǎng)附和水準(zhǔn)路線的方法，如果超長(zhǎng)隧道洞內(nèi)構(gòu)筑物和其他地段的高程不能保持一致就會(huì)造成超特長(zhǎng)隧道洞內(nèi)的道路鋪設(shè)和道路調(diào)整的準(zhǔn)確性，甚至影響到道路的順接，衍生了斷高和局部工程報(bào)廢等不好的各種情況。

本研究可以根據(jù)既有的隧道高程貫通后的高差與隧道進(jìn)出口端既有水準(zhǔn)點(diǎn)間的既有高差得出，假設(shè)超特長(zhǎng)隧道高程貫通出現(xiàn)誤差，其導(dǎo)致誤差的原因是隧道貫通前繞行的測(cè)量誤差，這種誤差出現(xiàn)時(shí)一般采用的方案是鐵路超特長(zhǎng)隧道高程貫通誤差調(diào)整方案，如果無法對(duì)高程值進(jìn)行調(diào)整時(shí)，我們還可以采用強(qiáng)制平差，將Δh的不符合值直接去掉，例如：

如果我們?nèi)∷淼篱L(zhǎng)度是8km，因?yàn)橐獫M足4<|Δh|≤10，我們可以得到11.314mm<|Δh|≤28.284mm，水準(zhǔn)點(diǎn)的布置遵循2km的間隔，故而如果隧道長(zhǎng)度8km的話需要設(shè)置三個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，平差后的每段分配的高差不符值需要除以四，結(jié)果為2.828mm<|Δh|/4≤7.071mm。復(fù)測(cè)的兩水準(zhǔn)點(diǎn)間高差需要滿足的限差是6mm=8.485mm，附和線路水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差閉合差限差為8mm=11.314mm，均大于7.071mm，這樣的處理結(jié)果可以使得后續(xù)的測(cè)量繼續(xù)進(jìn)行。已知水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)段的高差閉合差限差與是正比例得關(guān)系，洞內(nèi)加密二等水準(zhǔn)點(diǎn)會(huì)隨著隧道的加長(zhǎng)而變多，而且后續(xù)測(cè)量工作能否可以順利進(jìn)行，測(cè)量限差要求能否滿足，取決于加密后相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)需分配和消化的高差差值，取值越小越好。

3.3 實(shí)例論證

國(guó)家高速公路網(wǎng)G4216成都至麗江高速公路華坪至麗江高速公路是云南省干線公路“9210”主骨架網(wǎng)中的第九條放射線中“昆明—華坪—麗江—香格里拉—德欽放射線”的組成路段，也是麗江南連大理通東盟、北接迪慶進(jìn)藏區(qū)、東經(jīng)華坪入川渝、西過保山至南亞的重要大動(dòng)脈。項(xiàng)目位于云南省西北部，起于四川省在建麗攀高速公路華坪至滇川界至攀枝花高速公路K18+000處，經(jīng)麗江市華坪縣、永勝縣、古城區(qū)、玉龍縣，接麗江市玉龍縣大理至麗江高速公路，主線全長(zhǎng)約151.003km。

本項(xiàng)目為華坪至麗江高速公路第9合同段，起點(diǎn)樁號(hào)為K18+280，終點(diǎn)樁號(hào)K24+237，路線總長(zhǎng)5.957km。本項(xiàng)目范圍內(nèi)有營(yíng)盤山超特長(zhǎng)隧道1座（含通風(fēng)斜井1座），馬家灣中橋1座，路基左線248m，右線220m。

營(yíng)盤山隧道是華坪至麗江高速公路重大控制性工程之一，屬超特長(zhǎng)隧道。營(yíng)盤山隧道左線起訖樁號(hào)為ZK18+588～ZK29+860，長(zhǎng)11272m;右線起訖樁號(hào)為K18+580～K29+890，長(zhǎng)11310m;隧道雙洞總長(zhǎng)為22582m。本合同段承建營(yíng)盤山隧道左線起訖樁號(hào)為ZK18+588～ZK24+237，長(zhǎng)5649m;右線起訖樁號(hào)為K18+580～K24+237，長(zhǎng)5657m;隧道雙洞總長(zhǎng)為11306m。隧道最大埋深約為877m，隧道進(jìn)口端左右線測(cè)設(shè)間距為25.7m，洞身左右線測(cè)設(shè)間距為30m，出口端左右線測(cè)設(shè)間距為27.2m。隧道穿越了斷層、巖爆、巖溶、大變形等不良地質(zhì)，其地形、地質(zhì)、環(huán)境條件特殊，建設(shè)技術(shù)問題十分復(fù)雜。營(yíng)盤山隧道有排風(fēng)斜井和送風(fēng)斜井各1座，總長(zhǎng)2603m;15座人行橫通道，總長(zhǎng)453.2m;8座車型橫通道，總長(zhǎng)277.41m;2座變電所橫通道，總長(zhǎng)60m;16處緊急停車帶。