铁路长大隧道高程贯通误差调整方案研究

2015-02-11赖鸿斌中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031DiscussionofVerticalPiercingErrorAdjustmentinRailwayLongTunnelLAIHongbin

铁道勘察 2015年6期

关键词：水准测量高差水准

赖鸿斌(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都　610031)Discussion of Vertical Piercing Error Adjustment in Railway Long TunnelLAI Hongbin

铁路长大隧道高程贯通误差调整方案研究

赖鸿斌(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)Discussion of Vertical Piercing Error Adjustment in Railway Long TunnelLAI Hongbin

摘要介绍长大隧道洞外高程控制测量的主要方法，以及长大隧道高程贯通误差的调整方案及对策。

关键词铁路长大隧道贯通误差调整

1长大隧道洞外高程控制测量的主要方法及存在问题

目前，国内铁路长大隧道高程控制测量的方法和途径主要有两种，第一种是二等水准测量；第二种是二等三角高程测量[1-5]。不管是采用二等水准测量方式，还是采用二等三角高程测量方式进行隧道贯通前的高程控制测量，其测量的路线长度将不可避免存在绕行现象。通常情况下，隧道越长、山体越大、交通条件越差，则高程控制测量的路线绕行情况越严重，洞外水准路线的长度越长。根据我公司已完成部分长大隧道长度与高程控制测量的路线长度统计可知，在隧道贯通前，长大隧道高程控制测量的路线绕行长度通常情况下是隧道本身长度的3～5倍。有些隧道的绕行长度更甚：如贵广铁路大寨隧道(隧道长度8 969 m)、其岭隧道(隧道长度7 047 m)和金宝顶隧道(隧道长度7 169 m)，在隧道贯通前，二等水准测量的路线绕行长度分别为55.690 km、95.130 km和98.104 km，其二等水准路线绕行长度是隧道本身长度的6.2倍、13.5倍和13.7倍。

考虑到长大隧道高程控制测量存在系统误差和偶然误差[6-7]，当长大隧道贯通前高程控制测量路线绕行越长，其测量累积的误差可能就越大。长大隧道贯通后，进行隧道高程贯通测量、隧道洞内二等水准测量时，必然存在隧道贯通后隧道进、出口两端水准点间的高差与隧道贯通前绕行所测量高差不一致。出现这一情况时，应如何制定解决方案和对策，是本文研究的主要内容，即对现有长大隧道贯通后的实际高程贯通误差调整方法进行研究，从而研究和制定出最优的实际贯通误差调整方法，以指导铁路长大隧道的高程控制测量和施工。

2长大隧道高程贯通后误差情况

长大隧道贯通后，应立即开展隧道的贯通测量和隧道洞内控制测量。根据工程经验以及上面提到的问题，长大隧道贯通后，隧道洞内二等水准测量的高差与隧道贯通前绕行所测的洞口高程控制点间的高差必然不一致，其差值Δh(即附合路线闭合差W)可能出现以下三种情况：

上述各式中的L为隧道贯通后水准路线长度，以km为单位。

由于式(3)差值|Δh|较大，说明存在较大测量误差或粗差，这种情况不做讨论。

3长大隧道贯通后高程贯通误差调整方案及其对策

3.1　长大隧道洞外高程控制网建立及施工期间的注意事项[8-11]

在长大隧道洞外高程控制网测量期间，以及隧道贯通前的施工期间，为了减小贯通后的高程贯通误差，应该注意以下问题：

(1)在进行长大隧道高程控制测量前，要进行测区的详细踏勘，找出最短、可行的测量路线，避免在测量过程中出现不必要、多余的绕行路线，从而增大高程测量误差。

(2)长大隧道进、出口段布设不少于3个高程控制点，其目的是在隧道施工前或隧道施工期间可以实时、方便地检测高程控制网的稳定性。另外，当个别高程控制点遭遇破坏时，可利用其它高程控制点进行补设。

(3)高程控制测量时，可参照《高速铁路工程测量规范》、《国家一、二等水准测量规范》及其它一些相关规范，在不影响外业测量效率的基础上，适当提高外业测量限差要求(如采用数字水准仪进行长大隧道二等水准测量时，可将二等水准测量的前后视距差设为1.0 m，测段间前后视距累积差设为3.0 m，同一测站两次读数所测高差差值设为0.4 mm)，以保证外业高差测量数据的正确性和可靠性。

(5)整条线路水准平差定权时，长大隧道进、出口端水准绕行测段的平差距离取隧道长度，而不是水准路线的绕行长度，从而提高长大隧道进、出口端水准控制点间的相对精度。

3.2　长大隧道贯通后的高程贯通误差调整方案及其对策

长大隧道贯通后，隧道洞内二等水准测量两洞口控制点间的高差，与隧道贯通前绕行所测的高差必然不一致。下面将根据差值Δh的大小，有针对性地进行分析和研究，从而制定出最优的实际高程贯通误差调整方法，以指导铁路长大隧道的测量和施工。

考虑到铁路施工进度不一致，基于种种原因，长大隧道线下施工进度往往落后于隧道两端大、小里程其它构筑物的施工进度。当长大隧道贯通后，大、小里程的其它构筑物往往已经进行了后续的施工步骤，如已完成无砟轨道铺设、轨道精调等。

由于隧道两洞口外大、小里程其它地段的构筑物和无砟轨道已经施工，且无砟轨道施工时所采用的CPⅢ高程测量成果与长大隧道进、出口既有水准点有关，在这种情况下，就不能用上述方案，即采用延长附合水准路线的方法进行长大隧道洞内二等水准加密及其它既有相关水准点的高程值更新。如果这样处理，势必导致后续长大隧道洞内构筑物的高程，与隧道外其它地段构筑物的高程不一致，最后出现长大隧道洞内的轨道铺设和轨道精调等无法与两端已完工的无砟轨道实现顺接，从而出现断高，严重时，还可能造成局部工程报废。

经过对多条线路，多个隧道高程贯通后的高差与隧道进出口端既有水准点间的既有高差进行分析、比较和研究，笔者认为如果长大隧道高程贯通误差的确是因为隧道贯通前绕行测量误差累积引起，且长大隧道进出口端大、小里程相邻地段的无砟轨道已经施工而不能调整其高程值时，则可以像方法(1)一样进行强制平差，计算出洞内加密二等水准点高程，并将高差不符值Δh直接消化在长大隧道洞内的高程控制网中。之所以可以这样处理，分析如下：

3.3　实例论证[12]

贵广铁路其岭隧道(DK359+729～DK366+776)位于广西龙胜县三门镇双江村，隧道全线7 047 m，全隧铺设无砟轨道。因其岭隧道小里程端同烈隧道(DK352+189～DK356+188，隧道全线3 999 m)以及大里程端天平山隧道(DK366+870～DK381+870，隧道全线14 000 m)无砟轨道施工已经完成，为保证无砟轨道的平顺性，其岭隧道水准线路起点和终点分别联测至同烈隧道出口端高程控制点TLBM04以及天平山隧道进口端高程控制点0367H21，闭合差精度统计见表2。

对其岭隧道贯通前、后的二等水准测量进行了认真的研究和分析，通过研究和分析可知：其岭隧道段是贵广铁路条件最艰苦、隧道贯通前二等水准测量路线绕行长度最长的测段(其岭隧道贯通前水准线路绕行距离95.130 km)，其二等水准路线绕行长度是隧道本身长度的13.5倍。考虑到长大隧道高程控制测量存在系统误差和偶然误差。因此，当长大隧道贯通前高程控制测量水准路线绕行越长，其测量累积的误差可能就越大。当长大隧道贯通后，进行隧道高程贯通测量、隧道洞内二等水准测量时，必然存在隧道贯通后隧道进、出口两端水准点间的高差与隧道贯通前绕行所测量平差高差不一致。

由于其岭隧道大、小里程端天平山隧道和同烈隧道的无砟轨道已经施工完成，且无砟轨道施工时所采用的CPⅢ高程测量成果与其岭隧道进、出口既有水准点有关，在这种情况下，就不能采用延长附和水准路线的方法进行长大隧道洞内二等水准加密及其它既有相关水准点的高程值更新。如果这样处理，势必导致同烈隧道和天平山隧道洞内的水准点高程值与铺设无砟轨道时的高程值不一致，最后出现其岭隧道轨道铺设、精调等无法与已完工的天平山隧道、同烈隧道无砟轨道实现顺接，从而出现断高，造成局部工程报废。

强制约束平差后对理论高差与实测高差进行对比，结果见表3。

4结论

(1)考虑到长大隧道高程控制测量存在系统误差和偶然误差，当长大隧道贯通前高程控制测量路线绕行越长，其测量累积的误差可能就越大。因此，应从如何减小洞外水准路线长度和利用隧道长度来控制洞外水准测量往返测高差的较差等两方面，来提高长大隧道高程贯通的精度。

(2)在长大隧道洞外高程控制网测量以及长大隧道贯通前的施工期间，为了减小长大隧道贯通后的高程贯通误差，应严格执行本文3.1节中提出的各项注意事项。

参考文献

[1]赖鸿斌，马德英，等.山区二等三角高程测量方法的应用研究[J].铁道工程学报，2012(6)：15-19

[2]葛忠土.精密三角高程在大瑶山隧道二等水准测量中的应用[J].铁道勘察，2009(1)：22-25

[3]韩昀，程新文，等.精密三角高程代替二等水准测量在山区铁路勘测中的运用[J].测绘科学，2011(4)：106-107

[4]杨跃青.用精密三角高程测量代替二等水准测量方法的探讨[J].西北水电，2011(3)：21-23

[5]张江，马文静.基于智能全站仪精密三角高程测量方法研究[J].铁道勘察，2011(6)：9-11

[6]李青岳，陈永奇.工程测量学[M].北京：测绘出版社，1995

[7]孔祥元，梅是义.控制测量学[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，1996