隧道洞內(nèi)控制測量的深析

摘  要：本文探析為了保證隧洞的貫通精度而進(jìn)行的洞內(nèi)控制測量的設(shè)計(jì)、精度估算及提高貫通精度的測量方法。

關(guān)鍵詞：控制測量、設(shè)計(jì)、精度估算、方法

 

一、引言

    對隧洞工程的開挖，在各種規(guī)范中的要求很多，精度也要求比較高，特別是對有些管道及特種工程的隧洞。對施工單位而言，洞內(nèi)控制測量精度的高低就直接影響到貫通的精度，為保證隧洞在允許精度內(nèi)貫通，我們首先要對洞內(nèi)控制測量進(jìn)行設(shè)計(jì)，在未貫通前對已施測的測量成果要進(jìn)行相應(yīng)的精度估算，為保證相應(yīng)的控制測量精度還要采取相應(yīng)的測量方案，下面就這幾方面進(jìn)行相應(yīng)的探析。

 

二、洞內(nèi)控制測量設(shè)計(jì)

2．1平面控制測量設(shè)計(jì)

洞內(nèi)平面控制測量在未貫通前都是支導(dǎo)線。當(dāng)接到隧洞工程開挖任務(wù)時(shí)，首先要根據(jù)洞室相向或單向開挖長度及設(shè)計(jì)貫通精度要求，對洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行設(shè)計(jì)，估算預(yù)期的誤差、確定導(dǎo)線施測的等級，以保證洞室開挖軸線的正確，即貫通精度，更為合理、經(jīng)濟(jì)的選擇測量設(shè)備及測量方案。

根據(jù)隧洞設(shè)計(jì)開挖圖，按一定比例尺在CAD或圖紙上繪出隧洞開挖平面圖及貫通面位置，充分考慮開挖施工時(shí)洞內(nèi)的測量環(huán)境（如通視條件及出渣等對測量的影響）、以及測量精度的提高，合理的選出導(dǎo)線點(diǎn)位置，并展于圖上。

支導(dǎo)線的終點(diǎn)是支導(dǎo)線精度的最弱點(diǎn)，橫向貫通中誤差是由導(dǎo)線測角誤差及導(dǎo)線邊長誤差所引起，而橫向貫通中誤差主要影響隧洞的貫通精度，下面主要分析橫向貫通中誤差。

根據(jù)誤差傳播定律，導(dǎo)線測角及測邊是相互獨(dú)立的兩個(gè)量，則可得導(dǎo)線測角中誤差所引起的橫向貫通中誤差myβ為：

       myβ = ±mβρ∑RC2      2.1.1

    式中：mβ—導(dǎo)線測角中誤差，S；

          ∑RC—觀測角度的導(dǎo)線點(diǎn)到貫通面的垂直距離平方的總和，m2。

導(dǎo)線測邊誤差所引起的橫向貫通中誤差為mys：

       mys = ±mss∑Dy2                     2.1.2

     式中：mss—導(dǎo)線邊長相對中誤差， mm；

                ∑Dy—各導(dǎo)線邊在貫通面上的投影長度平方和的總和，m2。

那么，導(dǎo)線測量誤差在貫通面上所引起的橫向貫通中誤差my為：

      my=±myβ2＋mys 2                     2.1.3

該式是隧洞工程橫向貫通中誤差常用的估算公式。

在繪制好的略圖上量取各個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)到貫通面的距離Rx和各導(dǎo)線邊在貫通面上的投影長度Dx，再根據(jù)本工程項(xiàng)目所投入的儀器設(shè)備精度確定測角中誤差mβ和測量邊長的精度ms/s，代入2.1.3式中計(jì)算，當(dāng)my小于隧洞橫向貫通中誤差允許值時(shí)則可進(jìn)行，否則應(yīng)選擇合符精度要求的儀器設(shè)備或調(diào)整線路及測量方案等重新計(jì)算，直至滿足貫通精度要求。2.1.3式也可根據(jù)本單位的儀器設(shè)備及技術(shù)水平，假設(shè)其中的一個(gè)mβ或ms/s值來求另外一個(gè)參數(shù)。

根據(jù)選定的mβ和ms/s值來確定導(dǎo)線測量的等級，并嚴(yán)格按確定的等級技術(shù)要求進(jìn)行施測，來指導(dǎo)隧洞的開面位置開挖。

2．2高程控制測量設(shè)計(jì)

    隧洞洞內(nèi)高程的控制測量精度直接影響的是豎向貫通中誤差，通常是根據(jù)水準(zhǔn)測量或三角高程測量誤差引起的豎向貫通中誤差來確定高程控制測量的等級。

mh=±m△L                  2.2.1

式中： mh--豎向貫通中誤差；

L—洞內(nèi)高程測量路線的全長，m；

      m△--按測段往返測的高差不符值計(jì)算的每公里高差中數(shù)的偶然中誤差，mm；

    由2.1.1式得：

                m△=mh L                2.2.2

    式中L可根據(jù)圖上擬定的路線量取或取3～5倍洞軸線的長度。

    確定水準(zhǔn)路線方案后，在表1中查取大于或等于根據(jù)2.2.2式計(jì)算出m△的數(shù)值，選取相應(yīng)的高程控制測量等級。

表1：              水準(zhǔn)測量的精度（摘錄）

水準(zhǔn)等級        m△（全中誤差）

mm        水準(zhǔn)等級

mm        m△（全中誤差）

mm

二        ±2        四        ±10

三        ±6        五        ±20

    確定高程測量的等級后，選取方便施測、經(jīng)濟(jì)合理，又能保證高程傳遞精度的測量方法，如水準(zhǔn)測量、三角高程測量，嚴(yán)格按相應(yīng)的技術(shù)要求進(jìn)行施測。

 

以上探析的洞內(nèi)控制測量設(shè)計(jì)計(jì)算方法適應(yīng)于相向開挖長度為8km以內(nèi)的隧洞開挖，也可作為相向開挖長度超過8km洞內(nèi)平面控制測量的專門技術(shù)設(shè)計(jì)，但為保證設(shè)計(jì)貫通精度要求，洞內(nèi)導(dǎo)線還應(yīng)進(jìn)行提高精度的特別技術(shù)設(shè)計(jì)，如采用陀螺經(jīng)緯儀加測方位角，檢測測角中的粗差及控制測角誤差的累積；選取合理的導(dǎo)線路線方案；改善測量環(huán)境等等測量設(shè)備及方法。

對于在8km以內(nèi)的隧洞勘測設(shè)計(jì)院提供了專用首級控制網(wǎng)時(shí)，則施工單位不用單獨(dú)進(jìn)行洞內(nèi)控制測量的設(shè)計(jì)，采用低于首級控制網(wǎng)一等級的技術(shù)要求進(jìn)行施測即可。

 

三、洞內(nèi)控制測量精度的估算

3．1平面控制測量精度的估算

    考慮到洞內(nèi)導(dǎo)線按設(shè)計(jì)等級施測后，因洞內(nèi)通視條件的限制及施工等多方面的影響，而造成未能按設(shè)計(jì)路線進(jìn)行施測，針對這種情況，則要根據(jù)已施測的成果對該導(dǎo)線進(jìn)行精度估算。

    對直伸型隧洞，則采用直伸支導(dǎo)線終點(diǎn)的點(diǎn)位誤差作為洞內(nèi)橫向貫通中誤差：

MBz=±mSβ2n＋(mβρL) 2 n+1.53   

    式中： n—導(dǎo)線邊數(shù)；

mβ—測角中誤差，s；

mss--測邊相對中誤差；

L—導(dǎo)線全長,km；

 

    非直伸型隧洞用非直伸支導(dǎo)線終點(diǎn)的點(diǎn)位誤差作為橫向貫通中誤差：

           MBf=±mSβ2n＋(mβρL) 2 ∑Dy2  

式中： n—導(dǎo)線邊數(shù)據(jù) 

mβ—測角中誤差，s；

mss--測邊相對中誤差；

L—導(dǎo)線全長,km；

∑Dy2 –導(dǎo)線重心到各導(dǎo)線點(diǎn)距離的平方和（導(dǎo)線重心為導(dǎo)線各點(diǎn)坐標(biāo)X、Y值的平均值），m2；

對還未施測的導(dǎo)線點(diǎn)位仍以設(shè)計(jì)擬定的點(diǎn)位計(jì)算出各相應(yīng)數(shù)值，只要MBz, MBf值不大于洞內(nèi)設(shè)計(jì)橫向貫通中誤差就可。

3．2高程控制測量精度估算

    根據(jù)2.2.1式計(jì)算高程傳遞終點(diǎn)的精度，該式中m△為：

           m△=±14n[△△R]  

   式中：△—測段往返測高差不符值；

         R—測段的長度；

         n—測段數(shù)；

   該種高程控制測量精度的估算方法適用于水準(zhǔn)測量及三角高程測量。

 

四、提高洞內(nèi)控制測量精度的幾點(diǎn)建議

4．1嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的控制測量等級相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行施測，施測中盡量采用三聯(lián)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(jìn)行檢修校正，找出問題所在；

4．2隧洞每開挖到一定長度時(shí)要及時(shí)增設(shè)基本導(dǎo)線點(diǎn)，指導(dǎo)開挖的臨時(shí)點(diǎn)要控制在2~3個(gè)以內(nèi)，且要進(jìn)行經(jīng)常性的檢測其正確性，確保洞室開挖的正確；

4．3隧洞每開挖到一定階段或一定長段時(shí)要及時(shí)對導(dǎo)線進(jìn)行檢測、復(fù)測及精度估算，對因其它原因而改變設(shè)計(jì)路線方案時(shí)要對精度進(jìn)行估算；

4．4導(dǎo)線要盡可能布設(shè)成似等邊直伸型導(dǎo)線，在測量環(huán)境允許范圍內(nèi)盡可能的選長邊；

4．5要嚴(yán)格進(jìn)行邊長的投影計(jì)算，正確計(jì)算各點(diǎn)平面坐標(biāo)；

4．6三角高程測量時(shí)，要嚴(yán)格按操作程序進(jìn)行，如垂直角的觀測要同測距在同一次照準(zhǔn)時(shí)完成，對于三角高程等級在三等或高于三等時(shí)則要采取一些提高精度的措施進(jìn)行施測，如隔點(diǎn)設(shè)站法、提高對中精度等等；

4．7對貫通面較多的隧洞，要考慮到隧洞全部貫通后的軸線情況，對洞內(nèi)有砼襯砌時(shí)，還要對相向挖的兩條導(dǎo)線進(jìn)行附合，并進(jìn)行貫通誤差分配或平差處理，保證洞內(nèi)砼襯砌形體的正確。