龔秋全，董武鐘，張 屆，張 健

（1.四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016；2. 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢430074）

交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)在長(zhǎng)隧道CPⅡ測(cè)量中的應(yīng)用

龔秋全1，董武鐘1，張 屆2，張 健3

（1.四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016；2. 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢430074）

介紹了交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)在長(zhǎng)隧道CPⅡ測(cè)量中的應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)例對(duì)其精度和工作效率進(jìn)行分析，證明交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)應(yīng)用在長(zhǎng)隧道CPⅡ測(cè)量中是可行的。

交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)；全導(dǎo)線網(wǎng)；長(zhǎng)隧道；CPⅡ

隨著近幾年高速鐵路的快速發(fā)展，大批長(zhǎng)隧道（3 km＜L≤10 km）不斷涌現(xiàn)。受客觀條件的限制，目前洞內(nèi) CPⅡ 平面控制網(wǎng)的布設(shè)只能采用導(dǎo)線方式。CPⅡ控制網(wǎng)是在基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPⅠ）基礎(chǔ)上沿線路附近布設(shè)，約800～1 000 m一個(gè)，是勘測(cè)、施工階段的線路平面控制和無(wú)砟軌道施工階段軌道控制網(wǎng)CPⅢ的基準(zhǔn)，而 CPⅢ控制網(wǎng)的精度將直接影響軌道的平順性，從而影響列車(chē)運(yùn)行的安全性及舒適度。雖然目前多采用 0.5"級(jí)高精度全站儀，理論上，CPⅡ平面控制網(wǎng)精度比較容易滿足，但實(shí)際中受各種外界因素的影響，隧道二等及更高等級(jí)的洞內(nèi)平面控制網(wǎng)測(cè)量精度很難達(dá)到限差要求。因此，如何保證長(zhǎng)隧道洞內(nèi)CPⅡ測(cè)量精度成為一個(gè)新的課題[1,2]。

長(zhǎng)隧道平面控制網(wǎng)測(cè)量大都采用全導(dǎo)線網(wǎng)的形式，但是大地四邊形全導(dǎo)線網(wǎng)的觀測(cè)量大且靠近洞壁的側(cè)邊易受旁折光影響，其缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)。鑒于此，本文提出將交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)應(yīng)用于長(zhǎng)隧道CPⅡ測(cè)量，并結(jié)合某長(zhǎng)隧道工程進(jìn)行可行性驗(yàn)證。

1 長(zhǎng)隧道內(nèi)CPⅡ測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)與精度指標(biāo)

1.1 洞外GPS平面控制網(wǎng)

洞內(nèi)CPⅡ點(diǎn)需要與洞外的GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，故在隧道進(jìn)、出口線路中線上布設(shè)進(jìn)、出口點(diǎn)（J、C）,進(jìn)、出口再各布設(shè)3個(gè)定向點(diǎn)(J1、J2、J3和C1、C2、C3)，進(jìn)、出口點(diǎn)與相應(yīng)定向點(diǎn)之間應(yīng)通視,為減小垂線偏差的影響,高差不要相差太大。洞外GPS平面控制網(wǎng)取獨(dú)立的工程平面直角坐標(biāo)系,以進(jìn)口點(diǎn)到出口點(diǎn)的方向?yàn)閄方向,與之相垂直的方向?yàn)閅方向。這時(shí)的GPS網(wǎng)是一個(gè)很狹長(zhǎng)的網(wǎng),且長(zhǎng)短邊相差特別大,長(zhǎng)邊超過(guò)10 km，短邊可能不到300 m。因?yàn)橛型ㄒ曇笄沂芩淼肋M(jìn)、出口地形條件所限,洞口處的GPS基線不可能很長(zhǎng),一般要求300～500 m。若小于該值,應(yīng)設(shè)強(qiáng)制對(duì)中裝置,以減小照準(zhǔn)與對(duì)中誤差對(duì)短邊測(cè)角精度的影響。GPS網(wǎng)應(yīng)采用精度為5 mm+1 ppm的雙頻接收機(jī)觀測(cè)[3]。

1.2 洞內(nèi)狹長(zhǎng)導(dǎo)線網(wǎng)

在洞外GPS平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上,布設(shè)洞內(nèi)導(dǎo)線。洞內(nèi)導(dǎo)線的設(shè)計(jì)采用由大地四邊形構(gòu)成的導(dǎo)線網(wǎng)，長(zhǎng)導(dǎo)線邊按500 m左右設(shè)計(jì)[4]。以往我們?cè)陂L(zhǎng)隧道里大都采用全導(dǎo)線網(wǎng)（圖1a）的形式，但由于大地四邊形全導(dǎo)線網(wǎng)的觀測(cè)量大,且靠近洞壁的側(cè)邊易受旁折光影響（圖2），雖然通視沒(méi)有問(wèn)題，測(cè)量時(shí)單測(cè)站也能滿足要求，但通過(guò)軟件計(jì)算就會(huì)發(fā)現(xiàn)，與此點(diǎn)相關(guān)的閉合環(huán)大都超限?；谶@些缺點(diǎn)，本文采用交叉雙導(dǎo)線的方式對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，為增加檢核，應(yīng)每隔一條側(cè)邊閉合一次，成為由重疊四邊形構(gòu)成的交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)（圖1b）。洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)應(yīng)采用測(cè)角精度為0.5"，測(cè)邊精度為0.6 mm+1 ppm的電子全站儀觀測(cè)[5]。

圖1 洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)示意圖

圖2 通視點(diǎn)對(duì)

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

某工程測(cè)區(qū)大致呈西北-東南走向，正線長(zhǎng)度共計(jì)635 km，其中隧道總計(jì)400 km，最長(zhǎng)的隧道達(dá)22 km，鐵路設(shè)計(jì)速度200 km/h。全線除6 km以上的長(zhǎng)大隧道外，均鋪設(shè)有砟軌道。由于隧道多、長(zhǎng)，如果采用全導(dǎo)線網(wǎng)的方式，工作量大和隧道壁折光等缺點(diǎn)將無(wú)法克服，采用交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)則可對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 施工流程

1）工作之前正確設(shè)置儀器參數(shù)。

2）TS30架站D4，后視點(diǎn)學(xué)習(xí)D2，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)前視點(diǎn)D1、D5（此時(shí)不測(cè)量D6，往大里程方向不構(gòu)成D4-D6邊），學(xué)習(xí)完成進(jìn)行測(cè)量。

3）TS30架站D3，后視點(diǎn)學(xué)習(xí)D2，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)前視點(diǎn)D5、D6（此時(shí)不測(cè)量D1，往小里程方向不構(gòu)成D1-D3邊），學(xué)習(xí)完成進(jìn)行測(cè)量。

按此方法從小里程向大里程方向測(cè)量，平行于隧道方向的每2對(duì)點(diǎn)都交替觀測(cè)一條邊。

2.3 全導(dǎo)線網(wǎng)與交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比

2.3.1 精度對(duì)比

通過(guò)軟件平差分析對(duì)比2種網(wǎng)形的精度指標(biāo),測(cè)距中誤差、測(cè)角中誤差、導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差限差、方位角閉合差限差、相鄰點(diǎn)相對(duì)點(diǎn)位中誤差如表1和表2。

表1 數(shù)據(jù)平差精度

表2 最弱邊精度

表3 導(dǎo)線測(cè)量的主要技術(shù)要求

從表1、表2和表3分析可看出，2種網(wǎng)形的平差結(jié)果均滿足隧道CPⅡ控制網(wǎng)的精度指標(biāo)。全導(dǎo)線網(wǎng)和交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)距中誤差分別為0.42 mm和0.43 mm，通過(guò)最弱邊的精度分析可知，相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差結(jié)果也相當(dāng)，以上2項(xiàng)精度指標(biāo)值相差不大；測(cè)角中誤差、導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差、方位角閉合差的精度指標(biāo)中，2種網(wǎng)形均滿足限差要求，且交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)的精度較全導(dǎo)線網(wǎng)有了一定程度的提高。

采用交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)的方法，精度可以滿足隧道CPⅡ的測(cè)量精度要求。通過(guò)減少靠近隧道壁的觀測(cè)，可以減少隧道壁的影響，精度整體上得到提升。

2.3.2 工作量對(duì)比

表4表明，采用不同的網(wǎng)形，方向、距離觀測(cè)數(shù)和閉合環(huán)個(gè)數(shù)相差很大。方向、距離觀測(cè)數(shù)中，全導(dǎo)線網(wǎng)是220個(gè)，交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)是170個(gè)，采用交叉雙導(dǎo)線的方法可以減少野外測(cè)量的工作量；閉合環(huán)個(gè)數(shù)中，全導(dǎo)線網(wǎng)的是35個(gè)，交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)的是19個(gè)，閉合環(huán)數(shù)的減少可以加快內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)處理。

表4 觀測(cè)量對(duì)比表

2.3.3 坐標(biāo)平差成果的對(duì)比

通過(guò)表5比較2種網(wǎng)形的坐標(biāo)成果，得出2種網(wǎng)形X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的較差Δ X和Δ Y，如圖3所示。X坐標(biāo)較差最大值是2.20 mm，Y坐標(biāo)較差最大值是1.09 mm，點(diǎn)位較差最大值是2.46 mm。坐標(biāo)較差X、Y方向大于2 mm的個(gè)數(shù)是4個(gè)，占總數(shù)的11.43%；坐標(biāo)較差X、Y方向小于2 mm的個(gè)數(shù)是31個(gè)，占總數(shù)的88.57%。2種網(wǎng)形的坐標(biāo)成果吻合度很高，符合《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》中CPII控制點(diǎn)復(fù)測(cè)坐標(biāo)較差為15 mm的要求，說(shuō)明交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)是可靠的。

表5 坐標(biāo)成果對(duì)比表

圖3 全導(dǎo)線網(wǎng)和交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)坐標(biāo)較差

3 結(jié) 語(yǔ)

工程實(shí)例表明，交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)應(yīng)用于長(zhǎng)隧道CPⅡ測(cè)量是可行的。采用交叉雙導(dǎo)線網(wǎng)克服了大地四邊形全導(dǎo)線網(wǎng)觀測(cè)量大和靠近洞壁的側(cè)邊易受旁折光影響的缺點(diǎn)，隧道內(nèi)CPⅡ的測(cè)量精度和內(nèi)外業(yè)工作效率都得到提高，為長(zhǎng)隧道CPⅡ測(cè)量工作提供了一定的參考依據(jù)。

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P208

B

1672-4623（2015）01-0159-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.053

龔秋全，高級(jí)工程師，主要從事工程測(cè)量設(shè)計(jì)研究工作。

2013-05-24。