浅谈长大隧道洞内控制测量

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[转] 浅谈长大隧道洞内控制测量2015-3-12 15:24阅读(0)转载自大风起兮

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摘要:本文通过笔者对太行山隧道1#,2#斜井的洞内控制测量经验,阐述了长大隧道平面控制，洞内导线的布设方法、施测方案、施测方法及单线双隧右线控制方法。

关键词：导线、控制网、导线复测，控制网精度，贯通精度。

工程简介

太行山特长隧道是新建铁路石家庄至太原客运专线的重点工程，位于孤山特大桥和盂县车站之间。本隧道设计为两座相互平行的单线隧道，线间距35.0m，隧道内线路位于直线上。

中铁十七局集团五公司承担施工的Z3标段，位于盂县仙人乡咀子上村，起讫里程为DK73+201～DK77+801（YDK73+201～YDK77+801），正洞全长4600m，设两个无轨运输施工斜井。其中2#斜井坡度11.6%。1#斜井坡度为11.2%. 2#斜井承担正洞任务2000m。1#斜井承担正洞任务2600m。

根据石太客运专线太行山隧道洞内控制精度要求。洞内导线测角中误差1.5”，测距误差≤1/100000.

测量仪器：徕卡TCRA1102全站仪，测角精度为2”，脚架4个，棱镜3个，对讲机4个，卡西欧4800计算器一个。遮阳伞一把。

一，导线整体布设思路

导线布设前首先应根据工程实际情况和隧道允许贯通误差预先确定导线控制网精度等级，选择导线的布设网型，确定导线边长的范围。太行山隧道1#，2#斜井口距离约7KM，2#与3#斜井口距离约7.5KM，根据《新建铁路测量规范》确定，隧道允许的贯通误差为6cm。为了保证贯通精度，太行山隧道1#，2#斜井导线控制网的精度等级根据实际估算及设计院建议，确定了导线控制网等级为二等。导线布设采用闭合导线网，导线以洞口所投GPS点为起始点，按双导线向内测设。形成闭合导线环，导线每延伸一到两个控制点，两导线交会成一个节点，节点坐标采用平差值，作为继续向前延伸的依据。在施工阶段，综合考虑施工进度等经济指标及贯通精度要求，前期控制网导线边长斜井内定在300米左右，正洞内根据横通道布置特点，为控制右线的需要，在每个横通道口布设导线点，导线边长约420米左右。由于旁折光对精密测角观测结果有系统性影响，因此导线点沿隧道中线布设成等边直伸多边形导线闭合环，每个导线环的边数设计为4-6条。隧道的横向贯通误差随着测站数的增加而迅速增大，所以在保证洞内通视的情况下，采取将增长导线边长的方法，以减少方位角传递误差。

二,施工阶段中线控制方案

在施工初期阶段,根据斜井的掘进进度,选择导线点布设位置,在斜井刚进洞时,以设计院提供的洞口GPS点作为进行洞口及进洞方向放样的依据,根据现场实际情况,当用洞外GPS点放样不能满足通视要求时，开始布设控制点。1#,2#斜井在掘进到250左右时布设了一对导线点K1,K1’。与洞外GPS点形成闭合环,采用二等导线测量方法进行导线测量，采用严密平差方法进行计算，并已此作为向前掘进放样的依据。为了不影响进度,在以后的导线延伸时,以导线网最后一条已知边作为起算边,与新布设的导线点形成闭合环进行延伸，导线边长斜井内在300米左右。在每次导线延伸测量时,对起算的导线边进行检查，及时发现由于山体压力或洞内施工、运输等的影响而产生的点位位移。

三、复测方案

采用上面所述导线布设与测量方案,虽然可以节省时间,最大程度的减少对施工进度的影响,但是由于每次的导线延伸测的边长较短，增加了方位角传递误差，并造成误差累积,使前面导线点精度不足.所以,根据掘进进度,每3-4个月应进行一次从洞外GPS点开始的导线复测,进行整体严密平差，以控制导线方向。导线复测采用导线网进行。导线网一般布设成若干个彼此相连的带状导线环。网中所有边，角全部观测。每个导线环一般为4-6条边。如下图为2#斜井导线控制网：与施工阶段导线延伸测量不同的是，导线复测时为了保证测角及测距精度，应根据洞内通视条件，将原导线边长进行适当延长。洞内烟尘和照明不足将影响测量精度，所以在复测期间应采取措施，保证洞内环境满足测量要求。

导线复测采用两组人员,使用不同仪器进行测量,以便复核。

在隧道施工进行到中期间段，应及时对导线网贯通误差进行估算，以便掌握现控制网是否符合隧道贯通要求，并可及时调整控制方案，以使隧道顺利贯通。

太行山隧道1#~2#，2#~3#之间在2006年12月进行了一次贯通误差估算，估算结果1#与2#之间贯通误差为8cm，2#~3#贯通误差为5.9cm。1#与2#之间的贯通误差预计不能满足规范要求。经分析，1#、2#斜井内导线点对隧道贯通误差影响最大，为了保证顺利贯通，及时调整了控制方案，将1#、2#斜井内部分控制点去掉，从新对控制网进行复测，复测完毕后,重新对1#,2#贯通误差进行了估算,估算结果为3.5cm，在允许误差之内。说明及时改变控制方案是正确的。

在隧道贯通前应组织一次贯通复测。以使在贯通前及时调整导线方向。必要时适当扩大断面，保证隧道建筑界限。

目前2#与3#之间已经顺利贯通，实测贯通误差为1.9cm。完全满足贯通要求。1#与进口也顺利贯通，实测贯通误差为1cm。

四、右线控制

对于双洞隧道来说，由于斜井与正洞交角较小，导线只能从斜井引测到正洞左线，长导线无法直接进入正洞，所以右线中线一般依附左线导线控制网通过左右线的联系横通道进行控制。其控制方法有以下两种：

1，第一步：通过左线横通道口布设的导线点Z1，通过横通道放样右

线中桩Y1，

第二步：在放样出的右线中桩设站，后视左洞导线点，放样右洞前进方向中桩Y2，

再以这两Y1，Y2中桩使用穿线法作为右线施工中线放样依据。

在掘进进行到下一个横通道后，在用同样的方法进行放样右线中桩Y3：

然后在Y1上设站后视Z1放样Y3，用以复核。若偏差，则取Y3，Y3’连线的中点作为新中

桩。

此方法缺点是放样误差大，穿线法误差容易累积。优点是实施起来方便，对施工影响较小。误差只在两个横通道口累积，并可以在第2个

横通道打通后，及时调整误差。

2，在右线横通道口中桩附近做点，通过与左线横通道口布设的导线点联测形成一个四边形闭合环，平差后使用右线点作为右线控制依据。如下图：

此方法优点是形成闭合环，右线点位精度较高。但横通道只有35m，而两横通道之间为420m，相临边长之比较大，各种调焦误差，目标偏心差，对中误差影响较大。且测量起来费时较多，对施工影响较大。

根据以上右线控制的方法来看，虽然各有所长，但控制精度都不如导线直接进入右洞用长导线控制精度较高，所以从贯通精度方面考虑，在斜井与正洞相交处，左线与右线的施工联系通道与正洞的夹角设计成与斜井一样的角度，这样从洞外引测的导线网便可以直接进入右洞,提高右线的控制精度。从施工进度等经济指标来考虑的话，左右线各一组导线网，必然会增加控制测量的时间，对施工进度产生影响。由于隧道的贯通精度主要取决于控制网的精度，放样精度对贯通精度影响不大，以本文所述第一种方法控制右线，其贯通精度主要取决于左线控制网的精度。太行山2#斜井一直采用的本文第一种控制方法。目前右线已经贯通，从实测贯通误差来看，第一种方法也能很好的满足贯通精度要求。所以从经济角度考虑，采用第一种方法较好。

以上分析看出，对于单线双隧来说，左线控制网的精度至关重要。所以做好左线控制网的测量工作是非常关键的。

五、导线布点及测量方法

1，布点方法：a：埋点：埋点时要将点位附近虚碴清理干净，在基岩上钻眼，埋设φ22的钢筋做桩，桩顶要处理成光滑平面。钢筋长度约30cm。露出地面约5mm。用钢钉在桩顶打点或锯十字，点直径不大于1mm。然后用直径15cm的钢管，高约30cm，护桩。在钢桶周围用C20混凝土包围，混凝土包裹大小约1平米。混凝土凝固后在钢桶上加盖。导线点埋置完成后，在边墙上标明位置点号，以便测量使用。

2，测角

测角采用方向观测法，当只有两个方向时，采用左右角观测法。由于洞内环境的特殊性，需采取一些特殊的措施。

a，洞口内，外两个测站的测角，应该给予足够的重视。由于洞口内外温差较大，洞口空气对流严重，空气密度变化剧烈，洞内外光线反差较大，使得测角时，目标成像极不稳定，严重的影响照准精度，切折光影响异常显著，给洞口内外两个测站的测角带来极大的困难，而这两个角距贯通面最远，对贯通误差的影响最大，所以观测这两个测站时应选择最有利的时间进行，分不同时段分次观测，在上午和下午太阳落山后各观

测半数测回，然后取平均值。在照明能保证的情况下,在夜间测b，在测回之间仪器与目标应该重新对中，以减小目标偏心差和仪器对中误差对测角精度的影响。

c，由于洞内施工产生大量烟尘，空气质量较差，因此测量时要进行提前进行通风排烟，等成像清晰后在进行观测。在照明目标时，要避免单侧照明，应在目标的两个侧面进行照明。以减小瞄准误差。

３,测距

采用全站仪测距应进行温度和气压等气象改正。特别是温度对测距影响较大。所以在测距时要使仪器适应环境温度。测距采用对向观测取平均值，并将其改正到平均高程面上。

４，平差

平差采用软件严密平差。平差时应将边长等改正完成后进行。

结语：隧道控制测量的主要任务是保证隧道开挖按规定的精度要求贯通，长大隧道导线控制的精度直接关系到贯通精度，因此隧道控制测量必须以规定的精度认真、慎重的进行，避免产生严重后果，造成浪费和返工。

参考资料：《新建铁路工程测量规范》 TB 10101-99