鄒文靜

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢　430063)

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測(cè)距三角高程法在錢(qián)江隧道高程控制網(wǎng)中的應(yīng)用研究

鄒文靜

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063)

Trigonometric Leveling Method in Application of Network in the Elevation Control of Qianjiang Tunnel

ZOUWenjing

摘要介紹測(cè)量機(jī)器人測(cè)距三角高程法在錢(qián)江隧道高程控制網(wǎng)中(二等水準(zhǔn)測(cè)量)的應(yīng)用。先根據(jù)收集國(guó)家點(diǎn)情況確定高程起算數(shù)據(jù)，再對(duì)測(cè)距三角高程法進(jìn)行技術(shù)方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)技術(shù)方案指導(dǎo)外業(yè)生產(chǎn)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成果精度統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出合格的跨河高程測(cè)量結(jié)果，最后對(duì)跨河水準(zhǔn)和洞外水準(zhǔn)測(cè)量誤差所引起的高程貫通誤差做估算評(píng)定。

關(guān)鍵詞測(cè)距三角高程法跨河水準(zhǔn)測(cè)量錢(qián)江隧道高程控制測(cè)量高程貫通誤差測(cè)量機(jī)器人

1概述

錢(qián)江隧道是南連杭州蕭山、北接嘉興海寧的特大越江公路隧道。隧道截彎取直，向北延伸與滬杭高速公路連接，向南延伸與杭甬高速相溝通，建成后將改變從蕭山至錢(qián)江以北需往西從杭州繞行的現(xiàn)狀，上海與蕭山間的距離也將縮短70 km。為了確保錢(qián)江隧道兩端的施工單位在進(jìn)行對(duì)向施工測(cè)量控制時(shí)具有一個(gè)統(tǒng)一的測(cè)量基準(zhǔn)，以確證該隧道施工的質(zhì)量和高精度貫通，按照二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求對(duì)錢(qián)江隧道施工洞外高程控制網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)量，采用測(cè)量機(jī)器人(TCA2003)的測(cè)距三角高程法對(duì)跨河部分進(jìn)行二等跨河水準(zhǔn)測(cè)量。

2高程控制網(wǎng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

2.1錢(qián)江隧道地形和高程控制網(wǎng)高程基準(zhǔn)

錢(qián)江隧道地理坐標(biāo)介于東經(jīng)120°24′～120°38′，北緯29°11′～30°15′之間。錢(qián)江隧道位于浙北平原區(qū)，為錢(qián)塘江河口沖積海積平原地貌單元。錢(qián)塘江原水面寬度約10～11 km，1960年上游修建了新安江水庫(kù)，錢(qián)塘江流量減少，現(xiàn)江面沿隧道線寬度約為2 345 m，河床高程0.38～1.81 m，勘察鉆孔時(shí)江水深約1～3 m；北岸沿江側(cè)為著名的明清老海塘，堤頂高程8.86 m，沿線海塘間距250 m建有丁壩群，丁壩長(zhǎng)度約50 m。北岸為農(nóng)田，種植桑樹(shù)、農(nóng)作物，隧道兩側(cè)分布少量民房，樁號(hào)K11+324～K11+344為長(zhǎng)樂(lè)江河，樁號(hào)K12+220～K12+235為新塘河；南岸為圍墾地，現(xiàn)為棋格狀魚(yú)塘，樁號(hào)K15+705～K15+770為長(zhǎng)樂(lè)江河，樁號(hào)K16+195～K17+220為河道。

本次錢(qián)江隧道高程控制網(wǎng)建網(wǎng)測(cè)量的高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)(二期成果)。對(duì)所收集的國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)檢核測(cè)量，以國(guó)家二等水準(zhǔn)點(diǎn)Ⅱ肖紹16的高程作為高程平差時(shí)的高程起算數(shù)據(jù)。這樣可以與錢(qián)江通道接線工程的高程系統(tǒng)進(jìn)行順暢銜接。

2.2跨河測(cè)量的主要技術(shù)要求

距離觀測(cè)時(shí)間段：往 1，返1；

距離時(shí)間段內(nèi)測(cè)回?cái)?shù)：6；

距離一測(cè)回讀數(shù)間較差：≤10 mm；

距離測(cè)回中數(shù)間較差：≤15 mm；

往返測(cè)距中數(shù)的較差：≤2(a+b·D·10-6) mm；

垂直角指標(biāo)差互差：≤8″；

同一標(biāo)志垂直角互差：≤4″。

2.3跨河水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)形及精度

隧道高程控制網(wǎng)選點(diǎn)埋石總數(shù)為12個(gè)，其中包括4個(gè)深埋基礎(chǔ)GPS水準(zhǔn)點(diǎn)和8個(gè)淺埋基本GPS水準(zhǔn)點(diǎn)。江北6個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)(QJG01、QJG02、QJG07、QJG08、QJD03、QJD09)水準(zhǔn)路線長(zhǎng)約為14 km，江南6個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)(QJG05、QJG06、QJD04、QJD10、QJG11、QJG12)水準(zhǔn)路線長(zhǎng)約為14 km，江南和江北的水準(zhǔn)點(diǎn)分別連成獨(dú)立的閉合環(huán)。隧道高程控制網(wǎng)作為整個(gè)線路的一部分，應(yīng)該和線路的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，兩岸各聯(lián)測(cè)最近的線路水準(zhǔn)點(diǎn)1～2個(gè)。若隧道兩岸附近有國(guó)家高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，隧道水準(zhǔn)點(diǎn)最好也與國(guó)家高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，以復(fù)核跨江水準(zhǔn)測(cè)量的成果。

同岸的GPS水準(zhǔn)點(diǎn)和GPS 控制點(diǎn)構(gòu)成閉合水準(zhǔn)路線，各點(diǎn)之間均應(yīng)進(jìn)行往返觀測(cè)。隧道控制網(wǎng)水準(zhǔn)點(diǎn)與線路水準(zhǔn)點(diǎn)以及國(guó)家高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)的聯(lián)測(cè)，采用往返觀測(cè)的方法進(jìn)行(如圖1)。

圖1　測(cè)距三角高程法跨河水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)形示意

3跨河水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)觀測(cè)及內(nèi)業(yè)精度

3.1跨河水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)觀測(cè)及精度

采用兩臺(tái)測(cè)量機(jī)器人同時(shí)對(duì)向測(cè)距三角高程法進(jìn)行測(cè)量，在不同的時(shí)間段內(nèi)對(duì)跨河水準(zhǔn)路線分別觀測(cè)了28個(gè)測(cè)回，每個(gè)測(cè)回按測(cè)回法獨(dú)立觀測(cè)12次，取12次測(cè)量的平均值作為本測(cè)回的觀測(cè)結(jié)果。

測(cè)距三角高程法每個(gè)閉合環(huán)中，均有一條邊AB或CD的高差是陸地直接水準(zhǔn)測(cè)量的成果，因此由直接水準(zhǔn)高差和跨河水準(zhǔn)高差計(jì)算的獨(dú)立閉合環(huán)的閉合差，是比較客觀和可靠的。

3.2跨河水準(zhǔn)測(cè)量的高差計(jì)算及精度

四個(gè)測(cè)段AC、AD和BC、BD的28個(gè)測(cè)回的觀測(cè)高差，四個(gè)測(cè)段AC、AD和BC、BD的28個(gè)測(cè)回的觀測(cè)高差互差，均小于相應(yīng)限差要求，可見(jiàn)全部28個(gè)測(cè)回的觀測(cè)高差都是合格的。取28個(gè)測(cè)回觀測(cè)高差的平均值作為四個(gè)跨河測(cè)段的最后高差。根據(jù)各測(cè)段各測(cè)回觀測(cè)高差與其平均值的偏差，計(jì)算各測(cè)段觀測(cè)高差平均值的中誤差，四個(gè)測(cè)段AC、AD和BC、BD的此項(xiàng)計(jì)算結(jié)果分別為：±1.6mm、±1.1mm、±1.6mm和±1.2mm，可見(jiàn)測(cè)距三角高程法跨河水準(zhǔn)測(cè)量所測(cè)得的高差精度較高。

根據(jù)四個(gè)測(cè)段跨河觀測(cè)高差的平均值和AB及CD測(cè)段直接水準(zhǔn)測(cè)量的高差，可計(jì)算所有閉合環(huán)的閉合差，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1中測(cè)距三角高程法閉合環(huán)閉合差的允許限差計(jì)算公式為

(1)

式中Mw——每公里相應(yīng)等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的全中誤差限值，二等水準(zhǔn)應(yīng)為2 mm/km;

S——閉合環(huán)線長(zhǎng)度/km。

由表1中測(cè)距三角高程法閉合環(huán)的閉合差計(jì)算結(jié)果，可以認(rèn)為本次測(cè)距三角高程法跨河水準(zhǔn)測(cè)量已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)的二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求。

表1　測(cè)距三角高程法閉合環(huán)的閉合差計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4跨河水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果分析

根據(jù)圖1中的水準(zhǔn)路線，采用測(cè)量機(jī)器人的測(cè)距三角高程法跨河水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)高差和兩岸陸地水準(zhǔn)點(diǎn)間聯(lián)測(cè)的一等水準(zhǔn)觀測(cè)高差。可以計(jì)算得到跨河測(cè)段QJD03～QJD04和QJD09～QJD10的高差。另外，采用GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量相應(yīng)測(cè)段高差(正常高差)的比較情況見(jiàn)表2。

表2　跨河測(cè)段兩種不同測(cè)量方法測(cè)量的高差比較

從表2中的比較結(jié)果可以看出，測(cè)量機(jī)器人的測(cè)距三角高程法跨河水準(zhǔn)測(cè)量高差與GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量高差的較差為7.32 mm和7.48 mm，均小于水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度為2.581 km和2.664 km測(cè)段二等水準(zhǔn)測(cè)量檢測(cè)已測(cè)測(cè)段的允許誤差9.6 mm和9.7 mm，說(shuō)明采用兩種不同跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法所得測(cè)量高差吻合較好，證明本次測(cè)量機(jī)器人的測(cè)距三角高程跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法，不但數(shù)值可靠，而且精度達(dá)到了二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。

5洞外水準(zhǔn)測(cè)量誤差所引起的高程貫通誤差估算

對(duì)于錢(qián)江隧道高程控制網(wǎng)洞外測(cè)量控制，根據(jù)《公路隧道勘測(cè)規(guī)程》(JTJ063—85)的有關(guān)規(guī)定，測(cè)量誤差引起在貫通面上產(chǎn)生的高程貫通中誤差應(yīng)小于±35 mm，其中洞外高程控制測(cè)量所引起的高程貫通中誤差應(yīng)小于±25 mm。由洞外或洞內(nèi)高程控制測(cè)量誤差影響產(chǎn)生在貫通面上的高程中誤差，按下式計(jì)算

(2)

式中mΔh——貫通面上的高程中誤差/mm；

L——洞內(nèi)或洞外兩開(kāi)挖洞口間水準(zhǔn)路線全長(zhǎng)/km；

mΔ——每km高差中數(shù)偶然中誤差/mm。

6結(jié)束語(yǔ)

錢(qián)江隧道施工高程控制網(wǎng)建網(wǎng)測(cè)量成果可靠，可以作為錢(qián)江隧道施工洞內(nèi)外聯(lián)系測(cè)量的控制基準(zhǔn)。目前，錢(qián)江隧道已經(jīng)順利貫通，且已順利通車(chē)。證明測(cè)量機(jī)器人測(cè)距三角高程跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法可在類似的工程項(xiàng)目中推廣使用。

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中圖分類號(hào)：P224.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-7479(2016)01-0026-02

作者簡(jiǎn)介：鄒文靜(1984—)，男，2006年畢業(yè)于西南交通大學(xué)測(cè)繪工程專業(yè)，工程師。

收稿日期：2015-12-18