试论小曲线控制测量自由测站法在长大隧道中的应用

试论小曲线控制测量自由测站法在长大隧道中的应用

杨忠文

中铁隧道局集团有限公司大盾构工程分公司      河南郑州    450000

摘要：在山地、丘陵等复杂地形条件下，建设中需修建长隧道以解决交通障碍问题。在高速铁路上，由于其对测量精度有很高的要求，因此在施工和维修过程中都要进行控制测量。基于此，本文对长大隧道小曲线断面进行小半径控制测量，探索其在长大隧道施工中的应用。

关键词：小曲线；控制测量；自由测站法；长大隧道

传统的隧道导线的量测方式有很多种，主要有主副导线法、附和导线法和整体导线法。长大隧道洞域CPⅡ导线测量采用主副导线法可以使图形构造比较稳健，使得平差结果更加准确，更接近真实情况，符合户外使用要求。在大跨度隧洞中，由于线形直线段易出现曲线段变化、不稳定的气象环境和高湿度条件下，在洞内布置CPⅡ需要增加测点间距，并减小因观测点数目而导致的侧向误差。在曲线半径较小的区段，为了满足通视的需要，需要将导线的边长变短，从而导致导线的长度相差很大，降低了测量的精度。

1.常规隧道控制测量方法

在隧道施工过程中，确保隧道位置和形状的准确性需要采用一系列测量技术，这些技术被称为常规隧道控制测量方法。例如平面控制测量，平面控制测量的目的是确保隧道的平面位置和方向的准确性。通常采用导线测量法，通过设置一系列控制点，利用全站仪或经纬仪进行角度和距离的测量，从而建立起一条精确的导线网。导线网的精度直接影响到隧道的平面位置，因此需要严格按照规范进行操作。

在隧道控制测量中，一般都是在隧道进出口处布置GPS控制点，利用卫星对洞外的CPII点进行静态相对定位，获得符合要求的结果，并以此为起点，开展隧道洞内线控制测量并有效地减少测量误差，提高测量精度。传统的隧道导线的量测方式有很多种，主要有主副导线法、十字导线法和整体导线法，这些传统方法在长大隧道施工中存在一定的局限性。例如，主副导线法虽然能提高测量精度，但在实际操作中需要较多的人力和时间，且在复杂地形条件下，布设主副导线的难度较大。附和导线法和整体导线法虽然简化了测量流程，但在长大隧道中，由于隧道长度和复杂性增加，测量误差累积的问题不容忽视。因此，目前采用单导线、十字形网法、全形网法和交叉导线网法都不再适合，必须寻找新的方法来解决这一难题，所以，为了提高长大隧道施工的效率和精度，研究新的测量方法显得尤为重要，这对于后期为隧道施工提供更为可靠的数据支持具有重要作用。

2.隧道段CPⅡ测量新方法

2.1洞内CPⅡ快速布设

传统的导线测量是沿着洞壁两侧布置的，这样会使点与点之间的透视效果受到一定的影响，而且洞口光强也会对测量结果产生影响。在对中整平过程中，由于对中误差的影响，使得测量的横向精度受到了影响。针对常规高线测量在小曲率半径区域内的通视困难等问题，通过CPⅡ与CPⅢ控制点共同设置强迫定中标记，并通过自由台站法实现对中，解决由测量机器人及棱镜引起的对中误差，提高点位定位精度。

2.2洞内导线测量新方法

对于穿越800米以上的隧洞，必须在隧洞内侧设置CPⅡ控制网。在洞穴中布设的CPⅡ控制网，通过自由点角交点进行布设，得到了各方位、各距的观测数据，其控制网的构造都很稳定。在隧道中，CPⅡ自由测点的交叉测量，必须满足以下要求：（1）CPⅡ控制点应沿着隧洞200—300m成对布置，单线段较小半径的点距可略减。CPⅡ控制点为强迫定中标记，布置于二衬边墙内，距隧道电缆槽顶部30—50cm处。（2）在洞域CPⅡ自由台角交汇时，第一，第二对洞内组CPⅡ控制点分别有3个方位、距离观测，其余各洞CPⅡ组分别有4个方位、距离观测。在洞内布设的CPⅡ控制网，必须与洞口控制点联测。隧道进出口处，两个洞口以上的平面控制点必须联测，并在洞口外侧的平面控制点进行观测。

2.3精度要求

对洞内中的CPⅡ自由台角点交汇网平差的技术要求进行了分析。在自由网中方向上修正值不超过3英寸，而距离修正值不超过4mm；在约束网中，已知点的联测方向修正值不超过5”，已知点的联测距离修正值不超过8mm，洞内CPⅡ点的联测距离修正值不超过4”，洞内CPⅡ点的联测距离修正值不超过5mm。在洞内中进行的CPⅡ自由台角网的调整，使其测距误差、方向误差以及邻近点的相对误差都要符合技术标准。

3.小曲线控制测量自由测站法在长大隧道应用实例

3.1网形布设

从测量区域的环境来看，该项目能见度低的部分有一定的斜坡，观测条件很差。在此基础上，在左、右各设1个CPⅡ点，在保证角度误差积累的同时，兼顾工作效率与精度。对于曲线断面，通常都是按曲线半径来求其最大间距。入口曲线共有6对，在较长距离的方向上连续设置点对，直到越过一条较小的曲线为止。

3.2数据采集与处理

外业资料的收集使用了全站仪测角精度0.5“测距标准偏差0.6毫米+1”。导线的边长精度要达到0.1毫米，间距、垂直度的偏差要符合规范的规定。在CPⅡ网的导线资料处理之前，先对观测资料进行核对，剔除不符合条件的资料或重新测量。采用高斯投影法对导线的长度作了修正，并对其作了调整。

3.3精度指标分析

通过实地勘察，在符合布设条件的情况下，在隧道入洞中埋设CPⅡ点，并利用已检定的双频GNSS接收机布设，在边连接的基础上，通过高斯投影转换后的数据，进行平差计算。起算资料以CPⅠ或CPⅡ点为基准，经检验、经验收的专用平差软件进行平差计算。经整网平差处理，测量的角度误差基本符合设计要求。

3.4与常规测量方法比较

与传统的导线测量方法相比，采用自由测站法进行测量时，其坐标分量的精确度得到了显著提升。具体来说，自由测站法能够显著提高测量点的点位精度，使得相邻测量点之间的相对点位精度基本上能够满足3毫米的限差要求。这一结果表明，自由测站法在实际应用中的可行性和可靠性都相对较高，能够为工程测量和相关领域提供更为精确和可靠的数据支持。

结束语：

综上所述，开展CPⅡ区常规导线测量的研究，以解决由于小曲线段长大隧道通视不良而导致的观测难度较大的难题，完善洞内导线布设方案，并建立一套适用于小曲线段的自由测点观测新方法。通过试验验证，提出的方法具有较强的现场环境适用性，能够显著提高测点的定位精度，能够有效地解决长大隧道小曲线段施工中，传统控制手段在施工中的局限性。

参考文献

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[2]王澄.精密导线网在长大类型隧道控制测量中的应用[J].上海建设科技,2021(03):122-124.

[3]张利刚.长大隧道洞内控制测量方法的研究[J].西南交通大学,2020(05):159-162.