测距三角高程法在钱江隧道高程控制网中的应用研究

2016-04-13邹文静

铁道勘察 2016年1期

关键词：钱江水准测量高差

邹文静

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430063)

测距三角高程法在钱江隧道高程控制网中的应用研究

邹文静

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063)

Trigonometric Leveling Method in Application of Network in the Elevation Control of Qianjiang Tunnel

ZOUWenjing

摘要介绍测量机器人测距三角高程法在钱江隧道高程控制网中(二等水准测量)的应用。先根据收集国家点情况确定高程起算数据，再对测距三角高程法进行技术方案的设计，根据技术方案指导外业生产和内业数据处理及成果精度统计分析，计算出合格的跨河高程测量结果，最后对跨河水准和洞外水准测量误差所引起的高程贯通误差做估算评定。

关键词测距三角高程法跨河水准测量钱江隧道高程控制测量高程贯通误差测量机器人

1概述

钱江隧道是南连杭州萧山、北接嘉兴海宁的特大越江公路隧道。隧道截弯取直，向北延伸与沪杭高速公路连接，向南延伸与杭甬高速相沟通，建成后将改变从萧山至钱江以北需往西从杭州绕行的现状，上海与萧山间的距离也将缩短70 km。为了确保钱江隧道两端的施工单位在进行对向施工测量控制时具有一个统一的测量基准，以确证该隧道施工的质量和高精度贯通，按照二等水准测量精度要求对钱江隧道施工洞外高程控制网进行设计和测量，采用测量机器人(TCA2003)的测距三角高程法对跨河部分进行二等跨河水准测量。

2高程控制网技术方案设计

2.1钱江隧道地形和高程控制网高程基准

钱江隧道地理坐标介于东经120°24′～120°38′，北纬29°11′～30°15′之间。钱江隧道位于浙北平原区，为钱塘江河口冲积海积平原地貌单元。钱塘江原水面宽度约10～11 km，1960年上游修建了新安江水库，钱塘江流量减少，现江面沿隧道线宽度约为2 345 m，河床高程0.38～1.81 m，勘察钻孔时江水深约1～3 m；北岸沿江侧为著名的明清老海塘，堤顶高程8.86 m，沿线海塘间距250 m建有丁坝群，丁坝长度约50 m。北岸为农田，种植桑树、农作物，隧道两侧分布少量民房，桩号K11+324～K11+344为长乐江河，桩号K12+220～K12+235为新塘河；南岸为围垦地，现为棋格状鱼塘，桩号K15+705～K15+770为长乐江河，桩号K16+195～K17+220为河道。

本次钱江隧道高程控制网建网测量的高程系统为1985国家高程基准(二期成果)。对所收集的国家水准点高程数据经过检核测量，以国家二等水准点Ⅱ肖绍16的高程作为高程平差时的高程起算数据。这样可以与钱江通道接线工程的高程系统进行顺畅衔接。

2.2跨河测量的主要技术要求

距离观测时间段：往 1，返1；

距离时间段内测回数：6；

距离一测回读数间较差：≤10 mm；

距离测回中数间较差：≤15 mm；

往返测距中数的较差：≤2(a+b·D·10-6) mm；

垂直角指标差互差：≤8″；

同一标志垂直角互差：≤4″。

2.3跨河水准测量网形及精度

隧道高程控制网选点埋石总数为12个，其中包括4个深埋基础GPS水准点和8个浅埋基本GPS水准点。江北6个水准点(QJG01、QJG02、QJG07、QJG08、QJD03、QJD09)水准路线长约为14 km，江南6个水准点(QJG05、QJG06、QJD04、QJD10、QJG11、QJG12)水准路线长约为14 km，江南和江北的水准点分别连成独立的闭合环。隧道高程控制网作为整个线路的一部分，应该和线路的水准点进行联测，两岸各联测最近的线路水准点1～2个。若隧道两岸附近有国家高等级水准点，隧道水准点最好也与国家高等级水准点联测，以复核跨江水准测量的成果。

同岸的GPS水准点和GPS 控制点构成闭合水准路线，各点之间均应进行往返观测。隧道控制网水准点与线路水准点以及国家高等级水准点的联测，采用往返观测的方法进行(如图1)。

图1　测距三角高程法跨河水准测量网形示意

3跨河水准测量的外业观测及内业精度

3.1跨河水准测量的外业观测及精度

采用两台测量机器人同时对向测距三角高程法进行测量，在不同的时间段内对跨河水准路线分别观测了28个测回，每个测回按测回法独立观测12次，取12次测量的平均值作为本测回的观测结果。

测距三角高程法每个闭合环中，均有一条边AB或CD的高差是陆地直接水准测量的成果，因此由直接水准高差和跨河水准高差计算的独立闭合环的闭合差，是比较客观和可靠的。

3.2跨河水准测量的高差计算及精度

四个测段AC、AD和BC、BD的28个测回的观测高差，四个测段AC、AD和BC、BD的28个测回的观测高差互差，均小于相应限差要求，可见全部28个测回的观测高差都是合格的。取28个测回观测高差的平均值作为四个跨河测段的最后高差。根据各测段各测回观测高差与其平均值的偏差，计算各测段观测高差平均值的中误差，四个测段AC、AD和BC、BD的此项计算结果分别为：±1.6mm、±1.1mm、±1.6mm和±1.2mm，可见测距三角高程法跨河水准测量所测得的高差精度较高。

根据四个测段跨河观测高差的平均值和AB及CD测段直接水准测量的高差，可计算所有闭合环的闭合差，计算结果见表1。

表1中测距三角高程法闭合环闭合差的允许限差计算公式为

(1)

式中Mw——每公里相应等级水准测量的全中误差限值，二等水准应为2 mm/km;

S——闭合环线长度/km。

由表1中测距三角高程法闭合环的闭合差计算结果，可以认为本次测距三角高程法跨河水准测量已经达到设计的二等水准测量精度要求。

表1　测距三角高程法闭合环的闭合差计算结果统计

4跨河水准测量结果分析

根据图1中的水准路线，采用测量机器人的测距三角高程法跨河水准测量的观测高差和两岸陆地水准点间联测的一等水准观测高差。可以计算得到跨河测段QJD03～QJD04和QJD09～QJD10的高差。另外，采用GPS跨河水准测量相应测段高差(正常高差)的比较情况见表2。

表2　跨河测段两种不同测量方法测量的高差比较

从表2中的比较结果可以看出，测量机器人的测距三角高程法跨河水准测量高差与GPS跨河水准测量高差的较差为7.32 mm和7.48 mm，均小于水准路线长度为2.581 km和2.664 km测段二等水准测量检测已测测段的允许误差9.6 mm和9.7 mm，说明采用两种不同跨河水准测量方法所得测量高差吻合较好，证明本次测量机器人的测距三角高程跨河水准测量方法，不但数值可靠，而且精度达到了二等水准测量的要求。

5洞外水准测量误差所引起的高程贯通误差估算

对于钱江隧道高程控制网洞外测量控制，根据《公路隧道勘测规程》(JTJ063—85)的有关规定，测量误差引起在贯通面上产生的高程贯通中误差应小于±35 mm，其中洞外高程控制测量所引起的高程贯通中误差应小于±25 mm。由洞外或洞内高程控制测量误差影响产生在贯通面上的高程中误差，按下式计算

(2)

式中mΔh——贯通面上的高程中误差/mm；

L——洞内或洞外两开挖洞口间水准路线全长/km；

mΔ——每km高差中数偶然中误差/mm。