交叉双导线网在长隧道CPⅡ测量中的应用

2015-04-10龚秋全董武钟

地理空间信息 2015年1期

关键词：交叉导线平面

龚秋全，董武钟，张届，张健

（1.四川电力设计咨询有限责任公司，四川成都 610016；2. 广东省电力设计研究院，广东广州 510663；3.中国地质大学信息工程学院，湖北武汉430074）

交叉双导线网在长隧道CPⅡ测量中的应用

龚秋全1，董武钟1，张届2，张健3

（1.四川电力设计咨询有限责任公司，四川成都 610016；2. 广东省电力设计研究院，广东广州 510663；3.中国地质大学信息工程学院，湖北武汉430074）

介绍了交叉双导线网在长隧道CPⅡ测量中的应用，结合工程实例对其精度和工作效率进行分析，证明交叉双导线网应用在长隧道CPⅡ测量中是可行的。

交叉双导线网；全导线网；长隧道；CPⅡ

随着近几年高速铁路的快速发展，大批长隧道（3 km＜L≤10 km）不断涌现。受客观条件的限制，目前洞内 CPⅡ 平面控制网的布设只能采用导线方式。CPⅡ控制网是在基础平面控制网（CPⅠ）基础上沿线路附近布设，约800～1 000 m一个，是勘测、施工阶段的线路平面控制和无砟轨道施工阶段轨道控制网CPⅢ的基准，而 CPⅢ控制网的精度将直接影响轨道的平顺性，从而影响列车运行的安全性及舒适度。虽然目前多采用 0.5"级高精度全站仪，理论上，CPⅡ平面控制网精度比较容易满足，但实际中受各种外界因素的影响，隧道二等及更高等级的洞内平面控制网测量精度很难达到限差要求。因此，如何保证长隧道洞内CPⅡ测量精度成为一个新的课题[1,2]。

长隧道平面控制网测量大都采用全导线网的形式，但是大地四边形全导线网的观测量大且靠近洞壁的侧边易受旁折光影响，其缺点也显而易见。鉴于此，本文提出将交叉双导线网应用于长隧道CPⅡ测量，并结合某长隧道工程进行可行性验证。

1 长隧道内CPⅡ测量控制网布设与精度指标

1.1 洞外GPS平面控制网

洞内CPⅡ点需要与洞外的GPS点进行联测，故在隧道进、出口线路中线上布设进、出口点（J、C）,进、出口再各布设3个定向点(J1、J2、J3和C1、C2、C3)，进、出口点与相应定向点之间应通视,为减小垂线偏差的影响,高差不要相差太大。洞外GPS平面控制网取独立的工程平面直角坐标系,以进口点到出口点的方向为X方向,与之相垂直的方向为Y方向。这时的GPS网是一个很狭长的网,且长短边相差特别大,长边超过10 km，短边可能不到300 m。因为有通视要求且受隧道进、出口地形条件所限,洞口处的GPS基线不可能很长,一般要求300～500 m。若小于该值,应设强制对中装置,以减小照准与对中误差对短边测角精度的影响。GPS网应采用精度为5 mm+1 ppm的双频接收机观测[3]。

1.2 洞内狭长导线网

在洞外GPS平面控制网的基础上,布设洞内导线。洞内导线的设计采用由大地四边形构成的导线网，长导线边按500 m左右设计[4]。以往我们在长隧道里大都采用全导线网（图1a）的形式，但由于大地四边形全导线网的观测量大,且靠近洞壁的侧边易受旁折光影响（图2），虽然通视没有问题，测量时单测站也能满足要求，但通过软件计算就会发现，与此点相关的闭合环大都超限。基于这些缺点，本文采用交叉双导线的方式对其进行优化，为增加检核，应每隔一条侧边闭合一次，成为由重叠四边形构成的交叉双导线网（图1b）。洞内导线网应采用测角精度为0.5"，测边精度为0.6 mm+1 ppm的电子全站仪观测[5]。

图1 洞内导线网布设示意图

图2 通视点对

2 工程应用实例

2.1 工程概况

某工程测区大致呈西北-东南走向，正线长度共计635 km，其中隧道总计400 km，最长的隧道达22 km，铁路设计速度200 km/h。全线除6 km以上的长大隧道外，均铺设有砟轨道。由于隧道多、长，如果采用全导线网的方式，工作量大和隧道壁折光等缺点将无法克服，采用交叉双导线网则可对其进行优化。

2.2 施工流程

1）工作之前正确设置仪器参数。

2）TS30架站D4，后视点学习D2，顺时针旋转学习前视点D1、D5（此时不测量D6，往大里程方向不构成D4-D6边），学习完成进行测量。

3）TS30架站D3，后视点学习D2，顺时针旋转学习前视点D5、D6（此时不测量D1，往小里程方向不构成D1-D3边），学习完成进行测量。

按此方法从小里程向大里程方向测量，平行于隧道方向的每2对点都交替观测一条边。

2.3 全导线网与交叉双导线网测量数据的对比

2.3.1 精度对比

通过软件平差分析对比2种网形的精度指标,测距中误差、测角中误差、导线全长相对闭合差限差、方位角闭合差限差、相邻点相对点位中误差如表1和表2。

表1 数据平差精度

表2 最弱边精度

表3 导线测量的主要技术要求

从表1、表2和表3分析可看出，2种网形的平差结果均满足隧道CPⅡ控制网的精度指标。全导线网和交叉双导线网测距中误差分别为0.42 mm和0.43 mm，通过最弱边的精度分析可知，相邻点的相对点位中误差结果也相当，以上2项精度指标值相差不大；测角中误差、导线全长相对闭合差、方位角闭合差的精度指标中，2种网形均满足限差要求，且交叉双导线网的精度较全导线网有了一定程度的提高。

采用交叉双导线网的方法，精度可以满足隧道CPⅡ的测量精度要求。通过减少靠近隧道壁的观测，可以减少隧道壁的影响，精度整体上得到提升。

2.3.2 工作量对比

表4表明，采用不同的网形，方向、距离观测数和闭合环个数相差很大。方向、距离观测数中，全导线网是220个，交叉双导线网是170个，采用交叉双导线的方法可以减少野外测量的工作量；闭合环个数中，全导线网的是35个，交叉双导线网的是19个，闭合环数的减少可以加快内业的数据处理。

表4 观测量对比表

2.3.3 坐标平差成果的对比

通过表5比较2种网形的坐标成果，得出2种网形X坐标和Y坐标的较差Δ X和Δ Y，如图3所示。X坐标较差最大值是2.20 mm，Y坐标较差最大值是1.09 mm，点位较差最大值是2.46 mm。坐标较差X、Y方向大于2 mm的个数是4个，占总数的11.43%；坐标较差X、Y方向小于2 mm的个数是31个，占总数的88.57%。2种网形的坐标成果吻合度很高，符合《高速铁路工程测量规范》中CPII控制点复测坐标较差为15 mm的要求，说明交叉双导线网是可靠的。