隧道洞内控制测量方案浅析

  • 投稿cand
  • 更新时间2015-09-21
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程刚(中铁航空港集团第一工程有限公司)

摘要:隧道的顺利贯通,洞内控制测量至关重要,本文作者结合工作经验,对隧道洞内控制测量进行了论述,引发思考。

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关键词 :隧道贯通洞内控制测量测量方案

1 概述

隧道贯通时,贯通误差的影响值,由洞外和洞内控制测量两部分组成。由于洞外控制测量现如今多采用gps 静态观测控制网,精度高,且观测条件不利影响因素对测量精度的影响较小,易于控制,本文主要对洞内控制测量方案进行论述、分析。本文以作者主持施测的G314 国道奥依塔克镇至布伦口段公格尔隧道工程为例进行论述、分析。

2 测量方案的要求及精度

2.1 洞内导线测量。根据《工程测量规范》(GB50026-2007)规定,洞内的平面控制网宜采用导线形式,并以洞口投点(插点)为起始点沿隧道中线或隧道两侧布设成直伸的长边导线或狭长多环导线。导线的边长宜近似相等,直线段不宜短于200m,曲线段不宜短于70m,导线边距离洞内设施不小于0.2m。当双线隧道或其他辅助坑道同时掘进时,应分别布设导线,并通过横洞连成闭合环。

本次论述、分析的实例公格尔隧道全长为2.3km,根据测量规范要求,本次洞内导线测量的等级应为四等。2.2 洞内水准测量。根据《工程测量规范》(GB50026-2007)规定,洞内的高程控制测量宜采用水准测量方法。隧道两端的洞口水准点、相关洞口水准点(含竖井和平洞口)和必要的洞外水准点,应组成闭合或往返水准路线。洞内水准测量应往返进行,且每隔200~500m 应设立一个水准点。

本次论述、分析的实例公格尔隧道全长为2.3km,根据测量规范要求,本次洞内高程控制测量的等级同样分为四等。

3 测量方案的设计对比及选定

3.1 隧道洞内平面控制网布设方案设计。由于隧道内施工场地狭小,控制网布设难度较大,为了提高导线端点的精度,在不增加较多工作量的前提下,提出以下两个方案。方案一:支导线法(单导线)。传统的支导线布设方案(如下图)简单,观测工作量少,布设灵活,但由于没有多余观测和其他约束条件,在实际工作中即使发生错误也无法检查,同时随着导线长度的增加,端头点横向误差随机迅速变大。

支导线法控制点布置对隧道贯通误差预计的影响计算如下:结合洞内施工条件,洞内导线平均边长200m,从洞口至贯通面设7 个导线点,按四等导线测量技术要求,测角中误差2.5义,导线全长相对闭合差1/35000。

①测角中误差对贯通的影响:

②测边中误差对贯通的影响:因为支导线控制点基本在隧道中线附近布置,测边中误差对贯通误差的影响极小,故将测边中误差对贯通的影响忽略不计。

所以公格尔隧道支导线法布置控制点洞内测量对贯通误差的影响为±45mm。

方案二:双导线法(主副导线法)。沿洞内布置控制点形成闭合导线环,沿隧道中线布设主导线,在主导线旁靠隧道边布设副导线,构成主、副导线环,组成一个闭合导线环。观测闭合环的所有内角,进行角度检核,测量各条导线的边长,通过角度闭合差可以评定角度观测的质量和提高测角的精度,对提高导线端点的横向点位精度非常有利(主副导线网布置见下图)。

双导线法(主副导线法)控制点布置对隧道贯通的影响:

结合洞内施工条件,洞内导线平均边长200m,从洞口至贯通面设7 个导线点,按四等导线测量技术要求,测角中误差2.5义,导线全长相对闭合差1/35000。

①测角中误差对贯通的影响:

②测边中误差对贯通的影响:因为双导线导线控制点基本在隧道中线附近布置,测边中误差对贯通误差的影响极小,故将测边中误差对贯通的影响忽略不计。

所以公格尔隧道双导线法(主副导线法)布置控制点洞内测量对贯通误差的影响为±24mm。

根据以上综合分析可得出以下结论:①导线横向误差随导线延伸成递增趋势,导线越长增加速度越快,当采用双导线法方案时,横向误差精度明显提高。在上述两个方案中,支导线的精度最低,双导线法(主副导线法)精度较高。②在工作量方面,双导线法(主副导线法)较高,支导线法较低。结合以上两方面,按《工程测量规范》(GB50026-2007)中规定,本隧道洞内控制测量横向贯通中误差的限值为45mm,本隧道采用支导线法横向贯通中误差影响值已经达到45mm,故本隧道不可采用支导线法布置洞内控制点;本隧道采用双导线法(主副导线法)布置洞内控制点,经计算横向贯通中误差影响值为24mm,小于《工程测量规范》(GB50026-2007)中规定的45mm,故决定本隧道洞内应使用双导线法(主副导线法)布置洞内控制点。

3.2 隧道洞内高程控制网布设方案设计。为保证隧道竖向施工的精度,首先对隧道洞口附近至少2 个已知高程点进行附合测量,合格后方可进行后续高程测量。高程控制网布设直接利用双导线发布置的平面控制点,布置图见前文双导线法布置示意图。

本隧道高程测量设计为四等水准,每公里(km)高程测量高程中数中误差m塄=±5mm。

则m塄h=±m塄姨L =±5×姨2.4 =±7.7mm。

结合以上计算,按《工程测量规范》(GB50026-2007)中规定,本隧道洞内控制测量高程贯通中误差影响值的限值为25mm,本隧道采用四等水准高程测量设计经计算高程贯通中误差影响值为7.7mm,小于《工程测量规范》(GB50026-2007)中规定的25mm,故决定本隧道洞内高程测量采用四等水准。

4 技术总结及结束语

由于隧道洞内施工条件的限制,隧道洞内施工控制网在保证隧道顺利贯通有着重要的地位和起着相当关键的作用,而如何合理、严密的建立隧道洞内施工控制网,便成了决定工程质量和生产效益的必不可少的先决条件。因此,在国内外各种长大隧道施工中,测绘工作人员之间也对如何能够建立满足更高精度要求的施工控制网进行了各种论证研究。本着为工程服务的原则,本文以作者主持施测的公格尔隧道控制测量方案的研究简要归纳出以下提高隧道洞内工程控制测量精度的现场施测方案、方法。

通过对两种导线控制网方案的分析比较最终确定采用双导线法(主副导线法),因为此种方法在保证精度的同时又能检核测量成果。此种方法可以使长度在1000 米以上隧道的控制测量取得良好效果,可长期运用到隧道控制测量中。不过隧道工程洞内施工控制网的建立都大同小异,很难找到具有突破性质的新方法,但并不是说所有施工控制网的精度都一样,而相同的最佳布置形式在不同的情况下也不一定是最佳方案。因此,控制测量没有定论,如何选择更好的布置形式不单取决于外界等因素,也要依靠测量工作者长期的经验积累和大量的知识积累。

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参考文献

[1]GB50026-2007,工程测量规范[S].

[2]陈国平,张光宇.广昆铁路公山长大隧道洞内控制测量方案设计[J].昆明冶金高等专科学校学报,2011(05).

[3]王科锋,黄国涛.长大隧道洞内控制测量实施方案设计[J].能源技术与管理,2008(05).