李樹(shù)波

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)道路的建設(shè)的要求也越來(lái)越高。長(zhǎng)大隧道作為道路建設(shè)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(guó)隧道的技術(shù)發(fā)展水平，而且貫通測(cè)量是測(cè)量學(xué)科內(nèi)一項(xiàng)最綜合性的測(cè)量工作，非常值得探討、研究，也是對(duì)測(cè)量理論和知識(shí)方面的一次全面性的訓(xùn)練和培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】控制測(cè)量；貫通測(cè)量；導(dǎo)線測(cè)量

1 隧道貫通當(dāng)前現(xiàn)狀

測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，使得越來(lái)越多的先進(jìn)儀器和方法應(yīng)用于隧道貫通測(cè)量。國(guó)家1：10000基本地形圖為隧道選址提供了基礎(chǔ)圖件；遙感技術(shù)提供了多光譜影像，可對(duì)隱患地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件進(jìn)行推斷；光電測(cè)距儀，電子全站儀以及全球定位系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)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(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，使隧道控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和貫通誤差變的十分簡(jiǎn)單。目前世界最長(zhǎng)的隧道為日本本州和北海道全長(zhǎng)53.9公里的青函隧道。迄今為止，我國(guó)最長(zhǎng)的隧道為太行山隧道，其全長(zhǎng)27.839公里。隨著時(shí)間的推移，一定會(huì)出現(xiàn)更長(zhǎng)的隧道，且其更新的速度也會(huì)越來(lái)越快。

誤差在測(cè)量過(guò)程中是不可避免的，隧道貫通中的主要誤差為隧道貫通測(cè)量重要方向上的誤差。在實(shí)際施工中，通常因?yàn)樘岣吖こ踢M(jìn)度、縮短工程期限以及改善隧道中的工作環(huán)境等，我們一般采用隧道兩端的開(kāi)切口為施工點(diǎn)，從隧道的兩端同時(shí)進(jìn)行開(kāi)工。為了保證隧道在貫通的方向和貫通點(diǎn)的的誤差滿足《工程測(cè)量規(guī)范》中的精度要求，所以在工程施工前，隧道貫通過(guò)程中測(cè)量設(shè)計(jì)方案及預(yù)計(jì)誤差都是相當(dāng)重要的。

此次舉例來(lái)說(shuō)明一下隧道貫通測(cè)量的導(dǎo)線設(shè)計(jì)和誤差預(yù)計(jì)本次的貫通測(cè)量地面控制網(wǎng)為四等GPS控制網(wǎng)，采用邊連式的方法進(jìn)行，最長(zhǎng)邊長(zhǎng)2360米，最短邊長(zhǎng)1300米，平均邊長(zhǎng)約1805.83m，隧道高6m，寬13m。儀器的標(biāo)稱精度為±（1+lppm×D）mm。

（1）基線條件精度指標(biāo)

各等級(jí)GPS相鄰點(diǎn)間弦長(zhǎng)精度用下式表示：

（2）最弱邊相對(duì)中誤差為：

2 隧道導(dǎo)線測(cè)量方案的設(shè)計(jì)

2.1 隧道內(nèi)平面測(cè)量

隧道平面測(cè)量包括井下施工導(dǎo)線測(cè)量、施工控制導(dǎo)線測(cè)量。

2.1.1 施工導(dǎo)線測(cè)量

隧道貫通測(cè)量第一步要布設(shè)導(dǎo)線，確定方向。導(dǎo)線的平均邊長(zhǎng)一般為30m，角度觀測(cè)中誤差的絕對(duì)值≤6”，邊長(zhǎng)測(cè)距中誤差應(yīng)在≤10mm。

2.1.2 施工控制導(dǎo)線測(cè)量

（1）隧道直線施工控制導(dǎo)線點(diǎn)平均邊長(zhǎng)200m。

（2）現(xiàn)場(chǎng)一般使用Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行施工控制導(dǎo)線的實(shí)際測(cè)量，雙測(cè)回法，（ + ）-360°<6"，邊長(zhǎng)雙向觀測(cè)二測(cè)回， - <7mm。

（3）在施工控制導(dǎo)線測(cè)量前進(jìn)之前，要對(duì)導(dǎo)線前的四個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)測(cè)量，如果被檢測(cè)的固定點(diǎn)有所變動(dòng)，那么就要把已有的導(dǎo)線延伸到附近的固定點(diǎn)處來(lái)保證導(dǎo)線點(diǎn)的精度。

（4）施工控制導(dǎo)線在隧道貫通前應(yīng)重復(fù)觀測(cè)四次，對(duì)于重合點(diǎn)的坐標(biāo)值x ，y 與原坐標(biāo)x ，y 滿足x -x <10mm，y -y <10mm時(shí)，運(yùn)用加權(quán)求得的平均值的作為延伸測(cè)量過(guò)程中的起始數(shù)值。

本次設(shè)計(jì)中選用10”的精度進(jìn)行平面控制，平面測(cè)量的起始點(diǎn)位于隧道的中心線上，根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，測(cè)量?jī)纱?，?dǎo)線的邊長(zhǎng)為200m，測(cè)距精度為3mm+2ppm。

2.2 隧道內(nèi)高程測(cè)量

隧道內(nèi)高程控制采用I級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量，采用S3水準(zhǔn)儀和木制板尺進(jìn)行往返觀測(cè)，閉合差≤15 mm（R為水準(zhǔn)線路長(zhǎng)度，以公里為單位）。

（1）用地面水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行隧道內(nèi)的水準(zhǔn)測(cè)量，視線長(zhǎng)度一般為15～40m。

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

（3）隧道內(nèi)施工水準(zhǔn)點(diǎn)每50m/個(gè)，隧道內(nèi)施工控制水準(zhǔn)點(diǎn)每100m/個(gè)。隧道內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)和地下導(dǎo)線點(diǎn)可以通用，隧道內(nèi)高程點(diǎn)設(shè)在巷道兩幫穩(wěn)定的巖石中，每隔300～500m/組，每組≥3個(gè)。

（4）井下水準(zhǔn)基點(diǎn)的埋設(shè)方式按《冶金礦山測(cè)量規(guī)范》要求執(zhí)行。

3 隧道貫通測(cè)量的誤差預(yù)計(jì)

3.1 誤差參數(shù)的確定

（1）地面采用四等GPS導(dǎo)線網(wǎng)，同等級(jí)擴(kuò)展四等導(dǎo)線，規(guī)范規(guī)定，測(cè)角中誤差為2.5"，故取m =±2.5"。

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

（3）井下導(dǎo)線測(cè)角中誤差。采用10"級(jí)導(dǎo)線，故測(cè)角中誤差為m =±10"。

（4）井下導(dǎo)線量邊相對(duì)中誤差，測(cè)距精度3mm+2ppm，平均邊長(zhǎng)100米，故取 = 。

（5）地面水準(zhǔn)測(cè)量中誤差。規(guī)程規(guī)定地面四等水準(zhǔn)測(cè)量的限差為±20 mm，

（L—為水準(zhǔn)路線長(zhǎng) ）。

（6）井下I級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量誤差為m =± =± =8.47mm。

3.2 貫通相遇點(diǎn)K在x軸重要方向的誤差計(jì)算

盡可能選擇不同地面導(dǎo)線，近井點(diǎn)、近井導(dǎo)線、起始邊預(yù)計(jì)其誤差對(duì)貫通巷道誤差影響，選擇確定優(yōu)化方案。

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

3.2.1 地面測(cè)角誤差影響

3.2.2 地面量邊誤差影響

式中m1——導(dǎo)線量邊誤差；l——導(dǎo)線邊長(zhǎng)。

3.2.3 井下導(dǎo)線測(cè)角誤差影響

式中m ——井下導(dǎo)線測(cè)角誤差影響；

R ——井下導(dǎo)線點(diǎn)與K點(diǎn)連線在y軸上的投影長(zhǎng)度。

井下導(dǎo)線測(cè)量工作獨(dú)立進(jìn)行兩次，故測(cè)角誤差的影響為：

3.2.4 井下導(dǎo)線量邊誤差影響

井下導(dǎo)線測(cè)量工作獨(dú)立進(jìn)行兩次，故量邊誤差的影響為：

由預(yù)計(jì)圖上算得，故 =20784.6

式中l(wèi) ——井下兩條貫通導(dǎo)線在起算點(diǎn)連線在x軸上的投影長(zhǎng)度。

3.2.5 各項(xiàng)誤差引起貫通相遇點(diǎn)K在x軸上的總中誤差為：

3.2.6 各項(xiàng)誤差引起K點(diǎn)在x軸上的預(yù)計(jì)誤差

取2倍中誤差為預(yù)計(jì)誤差，則：

3.3 貫通相遇點(diǎn)K在高程重要方向的誤差計(jì)算

3.3.1 地面水準(zhǔn)測(cè)量引起的誤差

有關(guān)規(guī)范規(guī)定，可按照四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度指標(biāo)進(jìn)行實(shí)測(cè)井口水準(zhǔn)基點(diǎn)的高程，四等水準(zhǔn)支線往返測(cè)的高程平均值的中誤差為：

式中L—水準(zhǔn)路線的單程長(zhǎng)度，以公里為單位。

3.3.2 井下水準(zhǔn)測(cè)量引起的誤差

井下進(jìn)行I級(jí)水準(zhǔn)， 故：

3.3.3 貫通在高程方向上的預(yù)計(jì)中誤差

各項(xiàng)測(cè)量工作均獨(dú)立進(jìn)行兩次，故：

3.3.4 貫通在高程方向上的預(yù)計(jì)誤差

從上述的結(jié)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(jié)束語(yǔ)

隧道貫通測(cè)量中誤差是不可避免的，所以我們要有具體的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明這些，以保證正常的施工。隧道貫通中的導(dǎo)線設(shè)計(jì)和誤差預(yù)計(jì)這兩項(xiàng)工作是十分重要，我們不能盲目追求速度而造成工程質(zhì)量不過(guò)關(guān)、精度不達(dá)標(biāo)，也不盲目追求高的精度，而增加測(cè)量工作量。尤其對(duì)大型隧道的貫通有著十分重要的意義。我們測(cè)量人要有認(rèn)真，負(fù)責(zé)的態(tài)度來(lái)完成每一項(xiàng)工作，以保證工程質(zhì)量。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]