隧道工程测量的精度分析与测量方案设计

2016-11-09曾小伟中南建设集团有限公司湖南长沙410000

低碳世界 2016年29期

曾小伟（中南建设集团有限公司，湖南长沙410000）

隧道工程测量的精度分析与测量方案设计

曾小伟（中南建设集团有限公司，湖南长沙410000）

隧道工程横向贯通误差是评价施工质量的精度标准，因此，在隧道工程测量工作中，对允许贯通误差进行科学合理的分配，并加强隧道工程施工测量方案设计至关重要。对此，本文首先介绍了隧道工程测量工作的特点，然后对隧道工程测量的精度分析进行了阐述，并结合工程实例对隧道工程测量方案设计进行了详细探究。

隧道工程；精度；测量方案

1 引言

在隧道施工过程中，不可避免的会产生贯通误差，包括竖向误差、横向误差和纵向误差。其中，高程控制误差对竖向误差的影响规律比较简单，纵向误差不会对隧道贯通产生直接影响，施工测量人员最为关注的是地面控制网误差对横向贯通的影响。如果在贯通测量工程中产生较大误差，则会直接影响隧道工程正常使用，因此，对隧道工程测量方案进行详细探究具有十分重要的现实意义。

2 隧道工程测量工作特点

①部分隧道工程施工环境较差，经常需要进行点下对中，边长较短时测量精度无法得到保障。②隧道工程一般采用独头掘进方式，洞室之间相互不连通，不便组织校核，随着坑道推进致使点位误差逐渐累积。③隧道工程施工现场较为狭窄，因此可选的控制测量方式较少，只能以低级导线坑道掘进，之后布设高级导线。④为确保地面和地下采用的坐标系统统一，要采用联系测量的方式进行测量。

3 隧道贯通误差及其分配

3.1 隧道贯通误差

贯通误差主要分为三类：

（1）纵向贯通误差——线路中线方向的投影长度，简称纵向误差。这一误差主要影响隧道中线长度，基本不影响隧道贯通，也较少影响施工质量。

（2）横向贯通误差——垂直于中线方向的投影长度，简称横向误差。

（3）高程贯通误差——高程方向的投影长度，简称高程误差。这一误差主要对掘进和铺轨同步进行的隧道影响较大，导致接轨点的平滑度较低，也可能影响隧道坡度。采用合适的测量方法能减少这一误差。

3.2 贯通误差的分配

采用盾构法施工的隧道工程，在进行工程测量时，地面控制网的选择较多，地下控制测量却大多只能布设为支导线形式。贯通误差限值的分配即是测量精度的确定。洞内导线能够确定施工中线和贯通误差，测量误差、施工误差和放样误差对贯通精度的影响也可以忽略不计，所以隧道贯通误差的主要影响因素可确定为来源于地上控制网、地下控制网和导线及竖井联系测量。隧道施工过程中，地面控制测量和洞内控制测量往往由不同施工单位分别实施，因此贯通误差应当进行适当分配。

由于地面条件显著优于地下，平面控制测量精度要求也必然要高于地下测量，洞内导线测量的精度可略低于地面测量。地面控制测量的误差、洞内导线测量误差均可作为独立影响因素，而竖井开挖的联系测量较大程度上能够影响贯通精度，因此也被作为影响贯通精度的独立影响因素。高程控制测量时，洞内的高差变化和水准路线条件都优于地面；洞内的水、气和烟尘的影响程度等按等影响原则进行分配；光亮度较差，施工干扰都使竖井联系测量可以被作为高程贯通精度的重要影响因素。随着我国施工技术和勘测技术的不断发展，一些传统的测量方法已经被GPS控制测量方法所替代，并广泛应用于地铁等隧道交通施工的地面控制测量中。

4 地面控制测量对横向贯通误差的影响

在隧道工程测量中，地面控制测量是第一道测量程序，在进行地面控制测量工作时，首先对洞口坐标误差进行测量，然后对地面控制网边方向进行误差测量。其中，洞口点坐标的误差对于对贯通误差的影响与同一隧道开挖两洞口点的相对误差椭圆在贯通面上的投影式数值相同，控制网测量误差对于隧道工程贯通误差的影响是相对的。在对地面控制网边方向进行误差测量时，误差主要体现在方向上，主要表现为两点：①联系测量的误差；②地下支导线的起始方位的误差。在进行联系测量过程中，无论采用何种测量方式，都不可避免的会对贯通误差产生一定的影响。假设，将地下单侧支导线的总长在贯通面的垂直方向上的投影设定为S，则地面控制网边的方向误差对横向贯通误差的影响值就等于起始方向误差与S的乘积。对于控制网最弱边的相对误差，可以根据精度要求进行计算。

地面控制测量的误差对于横向贯通误差值的影响，是由洞口点坐标误差以及地面控制网边方向的误差所合成的。

通过对地面控制网进行优化设计，可以根据隧道开挖段两端控制点的相对误差以及定向边方向误差确定精度指标。如果采用常规方式设计控制网，则可以使用最弱点点位误差以及最弱边边长相对误差作为精度指标。因此，在进行地面控制测量时，可以使用常规方法，操作便捷。

5 联系测量对横向贯通误差的影响

随着地下导线长度的增加或者减小，隧道起始方位角的误差对于贯通误差的影响会不断发生变化。如果采用平洞或者斜井的方式进行隧道开挖，则地下导线的起始位置就是地面控制网的方位角，为了减小贯通误差，必须进行科学合理的测量。在进行洞外平面控制测量时，必须使用先进的测量仪器进行定位测量，为了减小洞外测量误差所引起的横向贯通误差，可以采用延长观测时间、增加观测时段等方式。隧道工程的面积与控制大小是有限的，因此，洞内测量分布很难做到全面和系统，因此，在进行隧道工程开挖时，隧道隧洞测角误差是横向贯通误差的重要因素。

6 地下导线测量误差对横向贯通误差的影响

地下导线贯通误差对于横向贯通误差的影响的表达公式如下：

在隧道贯通前，由于地下的导线是支导线，可以将上述公式转化为以下公式：

在大部分城市地铁工程中，隧道工程一般为直线形，而在直线隧道中，需要布设等边的直伸导线，横向贯通误差是由测角误差所引起的。

7 隧道工程测量的精度分析与测量方案设计实例

7.1 贯通误差及相应技术指标

由于纵向误差对贯通误差几乎没有影响，因此可忽略不计。按照等影响原则，洞内外水准测量误差所产生的高程贯通误差的容许值相同。

7.2 地面控制测量

本文以某隧道施工工程为例，对隧道贯通测量技术及其设计方案进行简要阐述。

7.2.1 坐标系统

地面控制测量和洞内控制测量均采用与已知点相同的坐标系统，平面采用WGS-84坐标，高程采用1985年颁布的国家高程基准体系。设计地面布设一级导线，分为5条边，长边298m，短边196m，平均边长270m，测量中误差5s，测距相对中误差为1/30000。

7.2.2 地面高程控制测量

该隧道工程所处地段地形复杂，周边植被茂盛，该隧道属于中直隧道。由于受到各种因素的影响，洞外按2km进行四等水准测量，并且敷设四等水准路线，测量仪器选用3S型水准仪，其每公里高差中数的偶然中误差为5.0mm。观测方法为四等水准测量方法。

7.2.3 洞内控制测量

（1）洞内导线布设

该隧道工程为直线型隧道，而且为于中隧道，综合考虑各种因素，采用沿隧道中线布设等边直伸型二级支导线作为工作导线，并且导线布设形式为等边直伸型。在隧洞内部，设置4个导线点，5条边线，长边为200m，短边180m，平均边长为196m，测角中误差为8s，测距相对中误差为1/14000。在本次测量过程中，所用测量仪器与洞外平面导线控制测量时的仪器相同。

（2）洞内导线测角和测边

洞内导线测角采用方向观测法进行测量，并且与地面导线基本相同。洞内导线测边采用光电测距仪和全站仪测定边长，测量效果比较好。