铁路隧道洞内CPⅡ导线测量与复测精度指标合理性探讨

陈光金,付宏平,秦德生

铁路隧道洞内CPⅡ导线测量与复测精度指标合理性探讨

陈光金,付宏平,秦德生

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

在铁路隧道洞内精密平面控制网CPⅡ建立、复测过程中,因规范规定的往返观测平距较差限值、导线复测水平角较差限差及边长较差限差指标过严,致使规范不能严格有效执行。以某线3座新建隧道工程的洞内CPⅡ控制网建立与复测为基础,对实测数据进行较差统计,对规范中现行测量限差匹配合理性进行分析,提出更加合理可行、安全可靠的限差指标建议,达到既能保证控制网测量质量,又减轻施测单位测量工作量的目的,供将来规范修订时参考。

铁路测量;CPⅡ;复测;精度指标

铁路长大隧道贯通后,一般由设计院建立洞内精密控制网CPⅡ,施工单位复测后,作为铺设无砟轨道CPⅢ控制网的基准。现行《高速铁路工程测量规范》(TB10601—2009)中,规定了CPⅡ控制网按导线方式建立时,CPⅡ边长测量、导线复测的测量技术要求[5,6],见表1、表2。

表1 边长测量技术要求

表2 导线复测较差的限差

上述测量技术要求是在学习、研究国外高速铁路测量技术的基础上,通过国内有限的测量实践验证来制定的。在工程实践应用中发现,不同测量单位采用不同的测量仪器建立控制网或对控制网进行复测时,在排除了测量单位观测方法、外界观测条件等方面的因素以外,均出现一定数量的数据超限情况,具体包括往返观测平距较差、导线复测水平角较差及边长较差超限。对实测数据进行较差统计,对规范中现行测量限差匹配合理性进行分析,发现现行规范制定的上述限差指标要求过严,造成测量单位大量返工后仍然不能满足要求,只好采取适当降低标准后进行数据处理,获取成果,从而出现实际测量与现行规范不相符的现象,导致在测量过程中规范不能严格有效地执行。

通过对某线4家测量单位观测数据进行较差统计和数据分析后,有必要对规范中的指标通过大量的数据检验分析来进一步完善。在此基础上,提出一个合理可行、安全可靠的限差建议指标,达到既能保证控制网测量质量,又减轻施测单位测量工作量的目的,供将来规范修订时参考。

1 隧道工程CPⅡ实测数据较差统计分析

1.1 隧道CPⅡ往测距离较差合理性统计

某线新建3座隧道的洞内CPⅡ控制网[11],原测(设计院)采用Leica TCA2003全站仪(测角精度± 0.5″,测距精度±1 mm+1 ppm)配合Trimble TSC2手簿进行测量。施工单位复测采用Leica TCRP1201+全站仪(测角精度±1.0″,测距精度±1 mm+1.5 ppm)配合Trimble小手薄进行测量,原测、复测往返测距离较差统计见表3。

表3 3座隧道CPⅡ往返测距离较差统计

从表3中可以看出:

(1)3座隧道,4家测量单位,仅1家往返测距离较差满足规范要求,仅占25%;

(2)原测、复测共统计550边,超过2倍标称精度的边占8.2%。

按现行《高速铁路工程测量规范》2倍仪器标称精度(2mD)的限差指标执行,能够完全满足要求的项目很少;超限比例达到8.4%～19.4%,超过了指标合理性标准(一般小于5%)。说明现行限差指标规定不合理,偏严格,导致返工测量数量大。另外,隧道洞内观测条件差,达到观测限差要求本身不容易,返工数量大会严重影响工期与进度。

1.2 隧道CPⅡ复测较差指标合理性统计分析

3座隧道,3家复测单位,对较差大的测点进行核实后,CPⅡ复测网的观测限差、导线全长相对闭合差、方位角闭合差、测角中误差、相邻点位坐标中误差等指标均满足隧道二等导线的要求,复测坐标较差限差均满足小于15 mm的规范要求[5,6](表1)。在此基础上,比较原测、复测的同名测站角度、边长观测成果,其较差却不完全符合规范要求,复测角度、边长较差统计情况[11]见表4、表5。

表4 角度复测较差统计

表5 边长复测较差统计

从表4、表5可以看出:

(1)3家不同施工单位的隧道CPⅡ控制网复测,不论原测、复测间隔时间长短(10 d～2年),边长、角度指标均不能完全满足规范隧道二等的限差要求,规范规定[5,6](表2)的坐标较差限差、水平角较差限差、边长较差限差3个指标不能同步满足;

(2)施工单位复测往往仅比较坐标较差而忽略水平角、边长比较,隐含的点位不稳定性(三**隧道边长S=600 m,较差7 mm)没有有效判断出来,因此,进行水平角较差限差、边长较差限差2个指标检查是必要的;

(3)现行规范[5,6]的复测角度较差、边长较差偏严,点位变化不能有效判断。老**隧道在设计院CPⅡ控制网完成后,立即进行复测,点位变化的可能性很小,而复测角度较差有6%、边长较差有6%的指标达不到要求(综合3座隧道的统计,有10%的角度、9%的边长较差指标达不到要求)。若判断为点位变化,采用复测成果太牵强,与实际情况不符合,说明现行限差指标不合理。

2 CPⅡ控制网测量限差匹配合理性分析

2.1 角度复测较差不合理分析

在规范中,CPⅡ控制网测量时执行的角度观测限差指标见表6。

表6 洞内CPⅡ控制网角度测量主要技术要求

CPⅡ控制网测量时,仪器不动,同一气象条件下,测站同一方向各测回间较差可以达到4″～6″(表6)。而CPⅡ控制网复测时,有如下不利因素:

(1)仪器型号不一致,施工单位一般采用测角精度±1.0″,测距精度±1 mm+1.5 ppm的仪器进行复测,与原测仪器型号不同,仪器精度低于原测仪器精度;

(2)仪器、棱镜均需要重新设站、对中,增加测量误差;

(3)时间间隔久(数月～数年),外界气象条件差异(冬、夏季节)、洞内观测条件变化可能大,测量误差影响源发生变化,对测量结果影响不一致;

(4)在此条件下,角度复测较差按2.6″执行[5,6](表2),比测站测回间的角度较差(4″～6″)还要小2倍左右。复测角度较差匹配不合理,规范指标明显太严,不能有效判断点位的稳定性。可能将未动的点判断为变化点,需要更新成果。

2.2 边长较差不合理分析

规范规定CPⅡ控制网测量时执行的边长观测限差为:仪器不动,同一气象条件下,测站同一方向各测回间距离读数较差为3 mm[5,6](表1)。

CPⅡ控制网边长一般在400～600 m,按2mD标准计算,采用测角精度±1.0″,测距精度±1 mm+1.5 ppm的仪器测量,往返观测平距较差限值在3.2～3.8 mm;采用测角精度±0.5″,测距精度±1 mm+1.0 ppm的仪器测量,往返观测平距较差限值在2.8～3.2 mm。即按2mD标准计算的限差与测回间距离读数较差限值3 mm相当。因此:

(1)往返观测平距较差限值标准(2mD≈3 mm) (表1)不合理。返测时需要重新设站、对中,棱镜重新设置,包含多种误差影响,采用与距离读数差相当的往返观测平距较差限值标准(2mD≈3 mm),明显过严,边长较差匹配不合理,实际作业中较难达到,致使测量单位无法顾及本项限差,从而影响控制网的质量;

(2)导线复测边长较差限差(2mD≈3 mm)(表2)不合理。主要是CPⅡ控制网复测时,有很多不利因素,对测量结果影响不一致。在此条件下,导线复测边长较差限差采用2mD≈3 mm,与同站观测的距离读数较差限差(3 mm)相当,复测边长较差限差指标明显太严,不能有效判断点位的稳定性。

3 限差指标合理化建议

表7 3座隧道CPⅡ往返测距离较差建议指标合理性分析

从表7可以看出:综合统计3座隧道,往返测距离较差指标按22mD执行,超限数量仅占2.5%,返工数量比原指标少近4倍;若采用测距精度±1 mm+1.0 ppm的仪器测量,往返观测平距较差限值在3.9～4.5 mm,比测回间距离较差限值3 mm(表6)大一个量级(0.9～1.5 mm),该指标比较合理安全。

表8 角度复测建议指标合理性分析

从表8中可以看出:综合统计3座隧道,复测的角度较差建议按22mβ执行,超限数量仅占1.0%,返工数量比原指标少近10倍;间隔10 d复测的老**隧道没有出现超限情况,间隔8个月的九**隧道基本稳定,这与实际情况相符合;对复测间隔2年的隧道,点位可能出现的变动也能反映出来(超限4%);本指标3.7″与测角精度±0.5″仪器的同一方向各测回间较差限差4″(表6)相当,指标仍然严格安全,能够保证测量数据质量。

从表9中可以看出:综合统计3座隧道,复测的边长较差若按22mD执行,超限数量仅占2.3%,返工数量比原指标少近5倍;间隔10 d～间隔8个月复测的老**隧道、九**隧道没有出现超限情况,这与实际情况相符合;对复测间隔2年的三**隧道,点位出现的变动也能反映出来(超限4%);若采用测距精度±1 mm+1.0 ppm的仪器复测,复测较原测多出许多误差影响(如仪器重新设站、对中,外界气象条件差异大),复测距离较差限值(3.9～4.5 mm),比测回间距离较差限值3 mm(表6)大一个量级(0.9～1.5 mm),说明指标匹配是合理的,能够有效判断点位的稳定性。

表9 边长复测建议指标合理性分析

4 结论与建议

针对铁路长大隧道洞内精密平面控制网CPⅡ建立、复测过程中,因规范规定的往返观测平距较差限值、导线复测水平角较差限差及边长较差限差指标过严,出现规范不能严格有效执行的情况。从某线3座新建隧道的实测数据较差统计及规范中测量限差匹配合理性方面分析现行限差指标的不合理性,得出如下结论:

(1)CPⅡ控制网复测的坐标较差限差、水平角较差限差、边长较差限差3个指标不能同步满足;

(2)规范[5,6]规定隧道洞内CPⅡ控制网复测的水平角较差限差、边长较差限差2个指标是必要的;

(3)规范[5,6]规定的往返观测平距较差限值、导线复测水平角较差限差及边长较差限值偏严,不合理。

通过分析比较,建议如下:

(4)施工单位复测,除进行坐标比较外,尚应进行水平角、边长比较,综合判定点位的稳定性,作为复测结论的依据;

(5)当出现CPⅡ控制网复测的坐标较差限差、水平角较差限差、边长较差限差3个指标不能同步满足时,可分析观测值是否出现离散,必要时进行补测,综合确认点位的稳定性,并在复测报告中予以说明。

以上提出的建议限差指标,符合实际测量情况,指标比较合理。既能保证控制网测量质量,又减轻施测单位测量工作量,可供将来规范修订时参考。

[1] 王长进,刘成.京津城际轨道交通工程建立精测网的必要性分析[J].铁道标准设计,2006(S):193-195.

[2] 陈光金.铁路精测网对桥隧施工测量的影响分析[J].铁道标准设计,2010(S1):82-84.

[3] 张正禄,等.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2005.

[4] 孔祥元,梅是义.控制测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2002.

[5] 中华人民共和国铁道部.TB10101—2009铁路工程测量规范[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[6] 中华人民共和国铁道部.TB10601—2009高速铁路工程测量规范[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[7] 王长进.高速铁路精测网建设有关问题的探讨[J].铁道工程学报,2007(S):441-443.

[8] 朱颖.客运专线无砟轨道铁路工程测量技术[M].北京:中国铁道出版社,2008.

[9] 卢建康.铁路客运专线测量方法探讨[J].铁道勘察,2005(6): 1-4.

[10]中华人民共和国建设部.GB50026—2007工程测量规范[S].北京:中国计划出版社,2008.

[11]中铁第一勘察设计院集团有限公司.成昆铁路广昆段精测网成果评估报告[R].西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司,2012.

[12]中铁第一勘察设计院集团有限公司.拉日铁路精测网成果评估报告[R].西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司,2012.

Discussion on Rationality of Precision Criterions for CPⅡTraverse Survey and Resurvey inside Railway Tunnels

CHEN Guang-jin,FU Hong-ping,QIN De-sheng
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Xi'an 710043,China)

In the process of establishing and resurveying the CPII precise horizontal control network inside railway tunnels,some criterions in survey standard code usually cannot be complied with effectively,because these criterions in survey standard code are too strict,including the tolerance of to-fro observed horizontal distance discrepancy,the tolerance of traverse resurvey horizontal angle discrepancy,and the tolerance of side length discrepancy.For this reason,in this paper,based on the establishment and resurvey of CPII control network of three newly-built railway tunnels,the discrepancies of measured data were analyzed statistically,and also the rationality of the precision tolerance criterions in current survey standard code was analyzed.Finally,this paper made a suggestion on a set of new precision tolerance criterions,which are more rational and feasible,more safe and reliable.With above-mentioned new precision tolerance criterions,not only the survey quality of control network can be ensured,but also the survey workload of survey firm can be lessened.This research can serve as reference for revising the survey standard code in future.

railway survey;CPII;resurvey;precision criterions

U452.1+3

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.04.015

1004-2954(2014)04-0065-04

2013-07-12;

2013-08-07

陈光金(1963—),男,教授级高级工程师,1984年毕业于昆明工学院工程测量专业,工学学士。