公路长隧道贯通误差精度分析

李瑞国

中交第二航务工程局有限公司福州分公司，福建 福州 350000

1 研究背景

随着我国交通事业的快速发展，公路隧道工程建设项目越来越多，隧道的长度也越来越长，在隧道工程施工中建立符合精度要求的隧道洞内控制网是保证隧道顺利贯通的前提。洞内施工控制网包含洞内平面控制网和洞内高程控制网，洞内平面控制网以导线测量方法建立，洞内高程控制网以水准测量方法测设。隧道贯通误差主要包含横向贯通中误差、纵向贯通中误差和竖向贯通中误差，其中横向贯通中误差和竖向贯通中误差是影响隧道贯通精度的关键，纵向贯通中误差对隧道工程本身影响不大[1]。

目前公路隧道工程普遍采用单导线进行洞内平面控制，采用水准往返测量进行洞内高程控制。文章重点分析了隧道对向开挖中间贯通施工工艺的洞内控制网布网形式，以及相应测量仪器设备的精度比选。

2 隧道横向贯通中误差精度估算概述

单导线对隧道洞内横向贯通中误差的影响主要由导线测量过程中的测角误差和量边误差引起，而测角与量边在观测过程中是两个相互独立的观测量[2]。

公路中常见的隧道线形有直线型和曲线型两种形式，直线型隧道洞内单导线控制网通常沿隧道中线以等边直伸导线形式布设，故影响其横向贯通中误差的为测角误差，量边误差引起的为纵向贯通中误差，可以不予考虑；曲线型隧道洞内单导线控制网通常沿隧道中线以等边等圆心角导线形式布设，故影响其横向贯通中误差的为测角误差和量边误差。

3 精度估算

关于长度取值，依据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）规定，隧道长度L位于1000m＜L＜1000m区间内则属于长隧道，文章以对向开挖中间贯通（L=1500m）施工工艺为例，分析单导线的横向贯通中误差和水准测量往返测竖向贯通中误差。

3.1 洞内平面控制测量精度估算

关于横向贯通中误差取值，《公路勘测细则》（JTG/TC10—2007）中对隧道贯通中误差作出了规定，《工程测量规范》（GB 50026—2007）也对隧道横向贯通中误差作出了规定，具体技术要求如表1、表2所示。针对《公路勘测细则》（JTG/TC10—2007），由于现阶段距离测量精度一般高于角度测量精度，隧道横向贯通中误差与隧道纵向贯通中误差的分配比例按估算，则隧道洞内横向贯通中误差，这与《工程测量规范》（GB 50026—2007）中隧道洞内横向贯通中误差基本一致，按照限差从严原则和误差平均分配原则，对向开挖中间贯通的精度估算，洞内横向贯通中误差取。

表1 《公路勘测细则》（JTG/TC10—2007）贯通中误差技术要求

表2 《工程测量规范》（GB 50026—2007）横向贯通中误差技术要求

使用不同精度的全站仪按照不同的边长针对直线型隧道和曲线型隧道的横向贯通中误差进行理论模拟计算，以工程中常用的徕卡TS09-1"全站仪[标称精度中测角精度为1"，测距精度为1mm+1.5×10-6D（D为测量距离）]和徕卡TS09-2"全站仪（标称精度中测角精度为2"，测距精度为1mm+2×10-6D）为例，测角精度为1"的全站仪观测水平角2测回，其测角中误差一般小于1"，同理，测角精度为2"的全站仪测角中误差一般小于2"。

综合考虑，取（mβ=1"，ms=2.5mm）与（mβ=2"，ms=3.5mm）分别进行模拟验算，计算结果如表3、表4所示。

表3 直线型隧道对向开挖中间贯通横向贯通中误差（L=1500m）

表4 曲线型隧道对向开挖中间贯通横向贯通中误差（L=1500m）

从表3和表4中可以看出，对于直线型或曲线型长隧道，采用对向开挖中间贯通施工工艺的洞内平面控制测量，使用测角精度2″以上的全站仪进行导线测设，导线边长控制在125～375m，理论上贯通误差均小于32mm，可以满足贯通要求。但考虑到隧道洞内施工环境差，能见度低，各工序交叉作业频繁且干扰大，并结合外业测设工作量，综合比选，导线平均边长控制在200m左右为宜。

从表4中可以看出，对于曲线型长隧道，横向贯通中误差主要由测角误差引起，量边误差对横向贯通中误差的影响较小[3]。

3.2 洞内高程控制测量精度估算

关于高程贯通中误差取值，《公路勘测细则》（JTG/TC 10—2007）与《工程测量规范》（GB 50026—2007）中洞内高程贯通中误差均取。故对向开挖中间贯通的精度估算，洞内高程贯通中误差取。

《公路勘测规范》（JTG C10—2007）与《工程测量规范》（GB 50026—2007）中四等水准和五等水准的每公里高差偶然中误差规定分别为±5mm和±8mm，对向开挖中间贯通的洞内高程贯通中误差的计算结果如表5所示。

表5 对向开挖中间贯通高程贯通中误差 单位：mm

从表5计算结果可知，两种贯通类型下，采用四等水准和五等水准可以满足限差要求，目前工程施工中普遍采用的DS3水准仪，其每公里水准测量高差中数的偶然中误差为±3mm，完全可以达到上述精度要求。

4 结论

（1）在隧道施工前，施工人员应在隧道进出口建立相应等级的洞外施工控制网，洞外平面控制网可采用GPS网或导线网等形式，洞外高程控制网采用相应等级的水准测量方法为宜，进出口的施工控制点均应布设2个以上，并且应相互通视。

（2）为保证隧道顺利贯通，隧道工程施工前，施工人员应根据工程项目的总体施工组织设计，并结合隧道的长度、线路形状和对贯通误差的要求，进行贯通误差精度估算，然后选择符合精度要求的施工控制网等级、施测方案及测量仪器设备。

（3）进行公路长隧道洞内平面控制测量，施工人员应尽量布设成等边直伸或等边等圆心角导线形式，且导线边长宜控制在200m左右，采用对向开挖中间贯通施工工艺时，使用测角精度不低于2"的全站仪，均能保证横向贯通中误差满足规范要求，采用单向开挖终点贯通施工工艺时，需根据相应公式进行精度估算，选择合理的测量仪器设备；进行公路长隧道洞内高程控制测量，使用DS3级水准仪进行水准测量即可满足竖向贯通误差要求。

（4）双线隧道且两者之间设有人行横洞和车行横洞，可通过人行横洞和车行横洞将双洞的洞内支导线连成闭合导线或附合导线进行联测，以便检核导线点精度，及时进行平差纠偏。

（5）施工过程中，施工人员应定期对隧道施工控制网进行复测，隧道贯通后，应及时组织贯通误差测量，并在调整段内进行中线调整。