浅谈线路工程隧道施工测量的主要内容及其精度

蒋德兴

（四川建筑职业技术学院，四川成都 610300）

0.引言

隧道是线路工程穿越山体等障碍物的通道，或是为地下工程施工所做的地面与地下联系的通道，隧道施工是从地面开挖竖井或斜井进入地下的，为了加快工程 进度，通常采取多井开挖以增加工作面的办法。在对向开挖的隧道贯通面上，中线不能吻合，这种偏差称为贯通误差。贯通误差包括纵向误差、横向误差和高程误差，其中，纵向误差仅影响隧道中线的长度，容易满足设计要求。因此，根据具体工程的性质、隧道长度和施工方法的不同，一般只规定贯通面上的横向误差及高程误差的限差：横向贯通误差＜100mm～150mm，高程贯通误差＜50mm～75mm。

在隧道工程施工测量中，首先要进行地面控制测量，也叫洞外控制测量，地面控制测量又分为平面控制测量和高程控制测量两个部分；然后再进行地下施工测量，也称为洞内施工测量，地下施工测量同样分为平面施工测量和高程施工测量两个部分[1]。

1.地面控制测量

1.1 平面控制测量

隧道工程地面平面控制测量的主要任务是测定各洞口控制点的平面坐标，以便根据洞口控制点将设计方向导向地下，指引隧道开挖，并能按规定的精度进行贯通。对于长度较短的直线型隧道，可以采用直接定线法；对于较长的曲线隧道，可以采用导线作平面控制；对于隧道较长、地形复杂的山岭地区，地面平面控制网一般布置成三角网形式；对于通视比较困难的地区，用GNSS定位系统技术作地面平面控制测量比较方便。

使用全站仪作导线测量时，通常布设单一导线（闭合或附合）形式，为了简化内业平差计算，一般不布设导线网。相邻两导线点间的边长应基本接近，避免较长边跟较短边相连，否则全站仪观测该点的转折角的误差就会太大，测角误差的限差应＜24"，边长往返测量的相对误差应＜1/7000[2]。

1.2 高程控制测量

隧道工程地面高程控制测量的任务是按规定的精度施测隧道洞口附近水准点的高程，作为起算高程引测进洞的依据，高程控制通常采用三、四等水准测量的方法施测。水准测量应选择连接洞口最平坦和最短的线路，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。水准路线的布设形式根据已知水准点的个数和分布位置确定，若附近只有唯一已知水准点，就选择闭合水准路线，若附近有两个及以上已知水准点，就选择附合水准路线。

若采用四等水准测量的精度观测，后、前视距长度应＜100m，视线离地面的最低高度应＞0.5m，后、前视距差应＜5m，后、前视距差累积应＜10m，黑、红面读数差应＜3mm，黑、红面读数所测高差之差应＜5mm，水准路线高差闭合差按照±20√L（mm）计算，L为水准路线单程长度（km）[2]。

2.地下施工测量

地面控制测量完成后即转入隧道施工测量，也称为地下施工测量或洞内施工测量。隧道贯通的横向误差主要由隧道中线方向的测设精度所决定，洞内中线的测设方法是根据隧道洞口中线控制桩和中线方向桩，在洞口开挖面上测设开挖中线，并逐步往洞内引测中线上的里程桩。直线段通常每隔10m或20m测设一个中线桩，曲线段通常每隔5m或10m测设一个中线桩，测设的方法可以用全站仪长弦偏角法，也可以用全站仪坐标放样法。隧道两侧边线的平面控制点就不用全站仪坐标来控制了，直接使用钢尺以中线桩拉隧道的宽度就解决了，直线段沿着中线的垂线方向拉隧道宽度，曲线段沿着中线的法线方向拉隧道宽度。边线桩的平面位置相对于中线桩的平面位置来说，其精度就没有那么重要了。

中线桩的高程使用水准仪以视线高程法测设，各中线桩的高程根据中线各段的纵向坡度计算，变坡点的竖向曲线采用圆弧线，圆弧线上的高程采用公式H=H′±x2/2R计算。式中：H为竖向曲线上某点的高程，H′为该点对应直线上的高程，x为该点距离竖向曲线上起点的长度，R为竖向曲线的半径，凸型竖向曲线取“-”号，凹型竖向曲线取“+”号。边线桩的高程根据对应中线桩的高程和该桩的横向坡度计算，边线桩只需要关心各桩的横向坡度，无须关心边线桩的纵向坡度，事实上，边线桩的纵向坡度是一个非常复杂的问题，也没有必要去关心边线桩的纵向坡度。

关于各中线桩横向坡度的计算，直线段部分两侧为对称双向坡度，通常为1.5%左右，进入缓和曲线后，内侧先保持横向坡度不变，外侧横向坡度均匀增加，待外侧和内侧横向坡度成单向坡度的时候，内、外侧的横向坡度一起均匀变化，外侧均匀加大，而内侧均匀减小，直到缓和曲线结束时，内、外侧的横向坡度达到最大值，通常为8%左右，缓和曲线结束后就是圆曲线段，整个圆曲线段的横向坡度不变（8%），且是单向坡度。下面举例说明：

某隧道工程中线桩直线段为对称双向横向坡度，其大小为1.5%，缓和曲线长度为110m，圆曲线段为单向横向坡度8%，且是最大值。缓和曲线段外侧横向坡度均匀增加，内侧横向坡度先不变，待与外侧横向坡度成单向坡度时再均匀变小。假定缓和曲线起点桩里程数为K123+053.492，那么整个曲线部分整10m桩号内外侧的横向坡度如表1所示。

3.隧道竣工测量

隧道工程竣工后，为了检查工程是否符合设计要求，并为设备安装和运营管理提供基础信息，需要进行竣工测量，绘制竣工图。由于隧道工程是在地下，因此隧道竣工测量具有独特之处，验收时要检测隧道中心线的位置是否符合精度要求。竣工测量应提交以下成果：技术设计书和竣工测量方案；控制点平面布置图；仪器的检校资料；原始观测记录资料；整理之后的各类观测成果表；竣工测量技术总结报告。

4.隧道施工测量的注意事项

（1）洞内导线应尽量沿着线路中线布设，边长力求均匀，避免短边；（2）导线控制点应尽量布设在受施工影响小、通视良好的地段，两点间视线离建筑物的距离应大于0.5m；（3）测量使用的所有仪器都必须经过鉴定合格才能使用；（4）距离测量应往返观测2～4个测回，设置好仪器的棱镜常数以及气温气压；（5）水平角观测采用测回法进行，导线前进方向的左角和右角应间隔观测，以每个测站点的左目标为准配置水平度盘读数；（6）由于地面和地下的温度、湿度相差很大，为使仪器箱内的温度与外界环境的温度达到一致，仪器应开箱后晾置0.5h～1h才能观测[2]。

5.结语

隧道施工测量根据工作地点的不同，可以分为隧道洞外控制测量和隧道洞内施工测量，隧道洞外控制测量可以结合隧道的长度和平面形状以及路线通过地区的地形情况，分别采用导线测量、三角网测量、GNSS定位系统测量等方法，高程控制测量一般采用水准测量或全站仪三角高程测量。隧道贯通测量的最终目的就是保证各项施工工作面均沿着设计的平面位置和高程掘进，使隧道在贯通面上的横向贯通误差和高程贯通误差不超过规定的限度[3]。