賀 梁

(中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津 301700)

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高速公路隧道施工測量技術(shù)研究

賀 梁

(中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津 301700)

通過分析高速公路隧道施工測量中存在的問題，從布設(shè)隧道控制網(wǎng)、建立隧道測量坐標系統(tǒng)和估算貫通誤差等方面，闡述了改進高速公路隧道施工測量技術(shù)的有效策略，有利于提高隧道施工測量精度，保證高速公路隧道工程質(zhì)量。

高速公路，隧道，施工質(zhì)量，測量技術(shù)

隧道施工測量是高速公路隧道建設(shè)中特別重要的一個環(huán)節(jié)，測量數(shù)值的準確性對隧道施工質(zhì)量起著決定性的作用，所以，隧道施工單位要高度重視高速公路隧道的測量工作，尤其要關(guān)注測量中控制網(wǎng)的布設(shè)、坐標系統(tǒng)的建立等一系列問題，切實提高公路隧道的施工質(zhì)量。

1 布設(shè)隧道控制網(wǎng)

1.1 布設(shè)原則

建立高速公路隧道控制網(wǎng)的流程主要有：一是在制定隧道控制網(wǎng)方案之前，工程人員要先收集施工場地的相關(guān)資料，比如施工場地的水文情況、地形地勢、隧道建設(shè)的豎井、斜井及平行道坑等輔助設(shè)施的布置情況等等，為制定控制網(wǎng)方案提供重要的參考依據(jù)；二是確定隧道控制網(wǎng)的時候，工程人員應(yīng)當綜合考慮隧道工程測量儀器的性能和種類，充分掌握施工外界因素和交通干擾狀況，按照工程質(zhì)量和施工要求對隧道控制網(wǎng)設(shè)計方案進行不斷優(yōu)化，從而提升控制網(wǎng)的精度；三是在隧道測量過程中，要確保每個洞口應(yīng)當至少有3個水準點，將其作為測量的參照物；四是為了保證布設(shè)洞口投點方便，隧道施工過程中中線放樣測量、聯(lián)測洞外控制點和向洞內(nèi)測設(shè)導線，在進行洞內(nèi)傳算時，工程人員應(yīng)當將起算的邊長控制在300 m以上。同時，為了加強對控制網(wǎng)的檢查、定向，施工過程中要保證控制點之間能夠通視。

1.2 精度要求

建設(shè)高速公路隧道控制網(wǎng)的意義在于確保隧道兩側(cè)相向挖掘的工作面能順利貫通，控制網(wǎng)的精確程度關(guān)乎隧道貫通的形狀、貫通的情況、貫通的長度以及施工的方法等多個方面，所以提高隧道控制網(wǎng)的精度對于保證隧道施工順利具有非常重要的意義。當前最為常見的控制網(wǎng)形式有三種，即三角網(wǎng)、GPS網(wǎng)以及導線網(wǎng)，其中GPS網(wǎng)的精度較高、限制較少，是目前我國應(yīng)用最為廣泛的一種控制網(wǎng)形式；三角網(wǎng)適用于地形復雜、地勢起伏大、通視情況較好的施工地點；導線網(wǎng)適用于地勢較為平坦，通視情況較差的施工地點。

GPS網(wǎng)是目前最常用的一種控制網(wǎng)形式，在控制點之間不必通視即可把隧道的兩個洞口投點連接，可以大大減少工程所需要的控制點數(shù)量。另外，GPS網(wǎng)是運用我國GPS定位系統(tǒng)來實現(xiàn)精準定位的，尤其是運用大于1 000 m長度的測量基線邊時，GPS控制網(wǎng)的精度會更高，可以滿足隧道施工的需要。

其中，Q為GPS網(wǎng)圖形強度,一般按照GPS網(wǎng)的矢量協(xié)方差或形狀來決定；M1為地面GPS網(wǎng)測量誤差的值,一般是由測量設(shè)備性能決定的。

為保證GPS網(wǎng)的精度符合高速公路隧道控制網(wǎng)的需要，工程測量人員可按照隧道長度、施工地形以及各洞口的位置，運用不同的測量基線邊長長度檢驗GPS網(wǎng)的測量方案。例如：使用長度不同的測量基線邊時，利用GPS網(wǎng)矢量協(xié)方差矩陣求Q的值和洞口控制點的精度，選擇精度M1≤20mm，并且效率高的GPS網(wǎng)為最優(yōu)測量方案。

2 建立隧道測量坐標系統(tǒng)

在高速公路中，對于長度超過500m，直線長度超過1 000m的曲線隧道，需要按照橫線貫通精度的要求確立獨立平面坐標系統(tǒng)。

確立坐標系統(tǒng)時，應(yīng)當先考慮隧道施工放樣方便，同時還要考慮與隧道兩端線路的正確銜接問題?？梢赃x擇任意經(jīng)度的中央子午線高斯平面坐標系統(tǒng)或者國家高斯平面坐標系統(tǒng)，但是通常是利用獨立坐標系統(tǒng)。為了施工方便，常規(guī)的測量網(wǎng)通常是把隧道的主軸線進口到出口方向作為X軸的正向，隧道中某一線路中線里程作為X坐標系統(tǒng)的起算值，向右旋轉(zhuǎn)90°確定為Y坐標軸，坐標原點的值可以為零，也可以為正常數(shù)。

在實際設(shè)計方案中，可以將隧道底部平均高程面作為投影面，把隧道中心線作為中央子午線，根據(jù)高斯正形投影計算平面直角坐標系統(tǒng)；也可以把抵償高程面當做投影面，根據(jù)高斯正形投影來計算平面直角坐標；還可以將橢圓面作為投影面不變，選擇適當?shù)闹醒胱游缇€，也就是把長度投影到該投影帶所生成的變形，也就等于這一長度投影到橢圓球面而生成的變形。

3 估算貫通誤差

高速公路隧道貫通的誤差值是指在隧道中相向挖掘的施工中線中，貫通面的中線點不相重合，致使隧道貫通存在精度差。隧道貫通的誤差值大多是在隧道貫通以后才能夠確定，但根據(jù)工作需要，施工人員需要對貫通誤差值進行事先估算，用來更好地指導施工工作的開展。根據(jù)產(chǎn)生方向不同，誤差可以分為縱向誤差、橫向誤差、高程誤差和平面貫通誤差等幾種形式。其中，縱向誤差是指與貫通面垂直方向的分量，也叫做縱向貫通誤差；橫向誤差是指與貫通面平行方向的分量，也叫橫向貫通誤差；高程誤差是指在鉛錘面上的正射投影，也叫做高程貫通誤差；平面貫通誤差是指貫通誤差在水平面上的正射投影。橫向的誤差將會對工程線路的方向產(chǎn)生直接的影響，如果誤差超過了一定的范圍，將會造成隧道幾何圖形的改變，嚴重的將會入侵建筑界限，而必須拆除重建，這不但延誤工期，而且會給施工單位造成嚴重的經(jīng)濟損失；縱向的誤差一般會影響到隧道中線的長度以及線路的設(shè)計坡度；高程誤差主要是影響線路的坡度。

貫通誤差的估算：

1)平面誤差值的估算方法。

導線的測量出現(xiàn)誤差是產(chǎn)生平面誤差值的主要原因，假設(shè)X為導線在隧道兩側(cè)洞口連接線上的各點到貫通面的直線垂直距離，那么導線測角的對平面誤差值的影響為：

2)高程誤差值的估算方法。

高程誤差主要影響線路的坡度，同時線路的坡度還會受到隧道洞內(nèi)和洞外高程控制測量的影響，所以容易出現(xiàn)誤差。高程誤差用公式表示為：

式中：M——每千米隧道水準測量偶然誤差；L——隧道洞內(nèi)或者洞外的高程離線長度。

4 結(jié)語

高速公路隧道測量的準確程度對隧道施工質(zhì)量有著決定性影響，是確保隧道順利貫通的重要依據(jù)，所以施工單位必須給予隧道測量工作高度重視，采用精準度較高的GPS網(wǎng)來提升隧道工程測量的精準程度，提高對隧道貫通誤差值的估算準確度，以提高施工單位對隧道測量的準確性，確保高速公路隧道工程的順利貫通，保證工程按期、優(yōu)質(zhì)、高效地完成。

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Research on the measurement technology of highway tunnel construction

He Liang

(FourthEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway22thGroup,Tianjin301700,China)

This paper analyzed the existing problems in highway tunnel construction, from the tunnel control network layout, tunnel measurement coordinate system establishment and through error estimation and other aspects, elaborated the effective strategies to improve the measurement technology of highway tunnel construction, helpful to improve the measurement accuracy of tunnel construction, ensured the highway tunnel engineering quality.

highway, tunnel, construction quality, measurement technology

1009-6825(2017)10-0210-02

2017-01-21

賀 梁(1987- ),男,工程師

TU198

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