隧道测量技术与测量优化方案研究

黎炜

【摘要】：近些年，随着我国道路建设的快速发展，无论是铁路还是公路，在路线等级或行车速度方面都有了更高的要求，这在无形中就对路线中的隧道工程提出了更高的要求。 本文对隧道的施工测量技术进行了阐述，主要介绍隧道内CPⅢ平面控制测量和GPS隧道控制测量技术，以确保隧道的贯通精度。

【关键词】：隧道工程测量技术优化方案

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

引言

隧道是一种地下工程，施工情况相对而言较为复杂。测量工作的主要任务就是保证隧道的顺利贯通，最大程度的控制超欠挖、保证混凝土衬砌厚度以及每个洞内结构物的外形尺寸。测量条件差，光线不足、工作面狭窄、洞内施工人员多、机械设备进出频繁、噪音大等因素，给测量工作带来一定的困难。除此之外，洞内施工的工作面相对较小、工序比较紧张，测量工作要在下一工序开始前迅速准确的完成，不能耽误施工，所以测量工作显得尤为重要。制定合理可行的测量方案是很有必要的，只有提高测量精度，控制好超欠挖，才能保证工程质量，从而创造出更高的经济效益。

一、隧道工程测量的几点要求

隧道施工测量是在隧道工程的规划、勘测设计、施工建造和运营管理的各个阶段进行的测量。为保证隧道能按规定的精度正确贯通及相关的建筑物与构筑物的位置正确，在隧道工程测量中主要由以下几点要求：

（1）规划阶段

提供隧道选线用的地形图和地质填图所需的测绘资料；

（2）勘测设计阶段

在隧道沿线布测测图控制网，测绘带状地形图，实地进行隧道的洞口点、中线控制桩和中线转折点的测设，绘制隧道线路平面图、纵断面图、洞身工程地质横断面图、正洞口和辅助洞口的纵断面图等工程设计图；

（3）施工建造阶段

根据隧道施工要求的精度和施工顺序进行相应的测量，首先根据隧道线路的形状和主洞口、辅助洞口、转折点的位置进行洞外施工控制网和洞口控制网的布没及施测，再进行中线进洞关系的计算及测量，随隧道向前延伸而阶段性地将洞内基本控制网向前延伸，并不断进行施工控制导线的布测和中线的施工放样，指导并保证不同工作面之间以预定的精度贯通，贯通后进行实际贯通误差的测定和线路中线的调整，施工过程中进行隧道纵横断面测量和相关建筑物的放样，以及进行竣工测量；在施工建造和运营管理阶段，定期进行地表、隧道洞身各部位及其相关建筑物的沉降观测和位移观测。

二、隧道测量技术

1.隧道内CPⅢ平面控制测量

（1）测量方法

CPIII控制网采用自由设站交会网的方法测量，自由测站的测量，从每个自由测站，以2x3个CPIII点为测量目标，每次测量应保证每个点测量3次。

CPIII控制点距离为60m左右，且不应大于80m，观测CPIII点允许的最远的目标距离为150m左右，最大不超过180m。每次测量开始前在全站仪初始行中按顺时针输入起始点信息并填写自由测站记录表，每一站测量3组完整的测回。应记录于每个测站的温度、气压以及CPI、CPII点上的棱镜高，并将温度、气压改正输入每个测站上。

（2）水平角测量的精度应按如下要求进行:

半测回归零差﹤6″，不同测回同一方向2C互差﹤9″，归零后方向值较差﹤6″，半测回距离较差±1mm内，方向观测中误差±1.8″内，距离观测中误差±1.0mm内，相邻点相对点位中误差±1.0mm内，同精度复测坐标较差±3mm内。观测的各项相差要求不应超过上述规定，观测最后结果按等权进行测站平差。

（3）CPIII数据处理

CPIII观测数据采用铁道部评审通过的TSDI-HRSADJ软件进行平差处理，首先用铁三院CPIII测站平差软件将外业数据进行平差生成报告(CALC文件)，再用TSDI-HRSADJ软件将CALC文件进行处理和平差。计算出每个CPIII点坐标。该CPⅢ网数据处理系统软件还能按照相关的限差规定，对原始观测数据进行再次的检查和筛选，保证最终参与CPⅢ平面控制网的平差计算的观测数据是合格数据。

2.GPS隧道控制测量技术

为了实现GPS控制点的稳定性，在隧道的两端，各设一个高等级的GYS已知点。为保证施工期间对洞口控制点的稳定性进行常规检测。进出口各设3个GPS控制点，CPOI，GP02，GP03，GP04，GP05，GP06，其中GP03,GP06分别是进洞与出洞桩。其测量示意图如图1所示。

（1）GPS的外业测量

实际作业过程中，在使用正确的观测方法的情况下，进行同步观测的GPS测量数据，并进行数据记录（其中分三次同步观测，且每次观测时间都在60min以上）。

（2）GPS测量的数据处理和精度分析

对于精度数据处理与分析上我们通过AshtechSolutions工具进行基线解算及控制网的平差，下面就开始介绍通过该工具进行数据运行方法，其具体操作步骤为：（1）建立项目；（2）给项目添加数据；（3）基线处理；（4）GPS网自由网平差；

三、测量优化方案及其应用

1.测量优化方案

根据设计提供的测量控制点，采用激光指向仪与CASIO5800计算器的配合使用，达到节约时间和保证精度的效果。

2.控制点复测、加密精度要求

控制点复测、加密测量精度和方法符合《水利水电工程施工测量规范》要求。按照先复核后利用的原则与监理共同检测设计提供的控制点(平面、高程控制点)的精度，并复核其资料和数据的准确性，所有加密控制点报监理检测合格后方可使用。

平面控制点复测、加密要求：(1)外业水平角观测全站仪不少于2测回；(2)导线方位角闭合差小于±10；(3)往返测距1测回，同一边长往返互差不超过±15mm；(4)导线相对精度K小于1／15000。

高程控制点复测、加密要求：(1)外业采用往返观测；(2)闭合差小于±20或±12。

3. 测量桩的布设和注意事项

要想提高隧道测量的效率，保证速度和质量，测量桩的布设与保护是犹为重要的。隧道洞内的施工周期长、测量环境条件差、施工千扰大，故测量桩位受影响的因素最多。在实际测量中常采用钢筋作为测量桩，先用切割机截取一段30公分左右的钢筋（本次隧道施测采用的是Φ22钢筋），并用锯子在其一头刻画十字，在要布点的隧道中线位置用打钻机钻孔，在孔中添加部分湿润的锚固剂，然后将钢筋锤入孔中，并在裸露出来的钢筋部分用湿润的锚固剂围起来，如图3-2；如碰到地面坚硬，钻孔无法的到理想位置的。

3.激光指向仪和CASIO5800计算器的配合使用

激光指向仪激光指向仪是利用激光光束集中，相干性好的特性研制出的用于方向定位的测量仪器，它具有光束质量好、价格低廉、安装调整方便、发射可见光、使用方便等特点，能指示隧道掘进的方向，可以快速准确地标定隧道中线位置，从而有效地控制隧道的超、欠挖。

4.激光指向仪的安装调试

在距导线点前方3～5米处将直径为22mm的两根锚杆按测量组预设位置牢固焊接在隧道拱顶的钢拱架上，锚杆埋入拱顶的深度不短于20cm，外露的长度在安置仪器后不应妨碍施工即可。用拉杆将两根锚杆连接在一起，以增强稳定性。激光指向仪通过接合器悬挂在锚杆下方并固定。

四、隧道测量安全措施

对测量人员进行安全教育，避免各类事故发生；在测量过程中仪器旁边不能离人，以免仪器摔到损坏。 仪器架设时要把脚架拧紧，脚架固定牢固，以防仪器倒地；洞内的控制点要选在安全地点，不能选在塌方、滴水的地方，避免对人或仪器造成损害；洞内测量时配备专业电工安装照明设备，谨防漏电伤人；洞内放样时，前视爬台车一定注意安全。

结语

由于隧道施工的掘进前方在贯通前无法通视，施工中完全是靠中心线或隧道洞内导线来控制指导开挖，而这种导线在隧道贯通以前只能以支导线的形式或者是以闭合导线的形式来实施控制，所以在施测的过程中要特别仔细，并且需要经常复核点位。在整个的测量工作中，做为测量工作者既要有娴熟的仪器操作能力，又要有丰富的理论知识，更要有一个严谨的工作作风。测量组人员需要紧密配合，只有这样才能确保测量工作的万无一失。

参考文献

[1]张坤宜.交通土木工程测量[M].人民交通出版社，1999

[2]钟孝顺，聂让主.测量学[M].人民交通出版社，1998

[3]周建东.高速铁路施工测量[M].西安交通大学出版社，2011

[4]徐忠阳.GPS原理与应用[M].解放军出版社，2003