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]