长大隧道精确贯通.docx

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除长大隧道精确贯通方法研究摘要：格鲁吉亚铁路隧道长达8300米，隧道洞口多处于山高林密处，施测环境和条件相对复杂，且海外的本地控制测量精度低，如何根据相应的测量数据和技术方法制定相应的施工措施，在保证安全施工的前提下做到精确贯通，是本文讨论的重点。本文重点研究了控制特长隧道精确贯通误差的一些常用方法，而以达对隧道贯通误差进行有效控制，保证特长隧道精确贯通，并就格鲁吉亚隧道的实际情况做具体案例分析。关键词：格鲁吉亚铁路；长大隧道；贯通误差；精确贯通1. 概述1.1. 贯通测量概述贯通误差是指在隧道施工中，地下和地面测量以及联系测量过程中会产生测量误差，除此之外细部放样也会产生一定的误差，这些误差使得两个方向相对开挖的工作面的施工中线出现一定的偏差，从而无法精确重合在一起，其中偏离的距离叫做贯通误差。纵向误差会对线路的设计坡度和隧道中线的长度产生影响,横向误差会对线路的方向产生影响向，高程误差则主要对线路的坡度产生影响，如果超过一定的范围，就会引起隧道几何形状的改变，甚至造成衬砌部分超出到建筑界限内，影响施工效果和施工质量，因此隧道测量在隧道施工中起着重要的作用，必须对横向误差加以限制。隧道测量工作应为隧道施工提供准确的点位信息，实时监控施工过程中隧道施工范围地面、洞内围岩及周围构造物、管线等变化情况，为施工及时提供准确的测量数据，以便施工现场根据测量数据调整作业方法和制订相应措施，确保工程安全顺利进行。目前的隧道贯通主要采取的掘进方式有两种，一种是同向掘进，另一种是相向掘进，使斜巷、竖井和巷道等工程能够在相应的位置准确贯通，为了保证工程质量和工程安全，同时减少工程造价，应当保证隧道贯通的工程误差在允许的偏差范围内，所以在隧道贯通施工之前，一定要根据当地的施工环境和施工条件，制定详细准确的测量方法和测量方案，从而保证贯通测量工作的顺利进行，进一步保证施工的安全和质量。1.2. 工程概况格铁现代化项目ZestaphoniKhasuri段由两部分组成，即ZestaphoniKharagauli既有铁路改造工程和Kharagauli车站Khashuri 车站段新线建设，全长60.3km, 其包括2个新建车站2个改建车站，2.71km为26座新建桥梁，其中4.65% 即1.917km为72个涵洞，15.03km为10个新建隧道占总长的25.78%，其中路基长为40.4km占总长的67%。隧道洞口多处于山高林密处，根据测量施测环境和条件比较复杂的特点，确定控制测量应该选择的等级，并根据相应等级确定误差允许范围，为以满足测量精度要求而制定测量方案，严格按照测量方案施测和进行成果整理，为施工提供可靠保障。1.3. 测区概况根据隧道的长度确定贯通测量的方案，本工程段有9条小于4公里的隧道，规范中其限差要求为：横向贯通限差100mm，高程贯通限差±50mm， 1条8.3公里的长大隧道，规范中其限差要求为：横向贯通限差200mm，高程贯通限差±50mm。新线9#隧道全长8.3KM，隧道进口在半径为1000m，缓和曲线长为100m的圆曲线地段, 出口在直线上。隧道进口山势陡峻, 地形复杂, 森林茂密, 树木覆盖率高达 90 以上, 通视条件极差。如果采用常规大地测量的方法建网, 测量工作量大, 周期长,测量精度很难达到, 因此洞外采用GPS 静态进行平面和高程控制, 并用四等水准校核GPS高程成果，以保证隧道高精度贯通。2. 隧道贯通误差的控制2.1. 隧道贯通误差的来源隧道贯通误差主要可能来自三个方面，一方面是洞内控制测量存在的误差，另一方面是洞控制测量存在的误差，最后一部分为竖井联系测量引起的误差。如果隧道没有竖井，那么横向贯通误差主要由其他两个部分造成。如果不存在特殊情况，相对于洞内昏暗且可操作性不强的环境，地面上的观测条件更好一些，可操作性强，所以地面控制测量的精度稍微高一些，要求也比洞内控制测量高。现行规范列出了两个隧道贯通误差的因素，分别是地面控制测量的误差和地下两相向开挖的洞内导线测量的误差，影响隧道贯通误差的两个独立因素。洞外控制测量误差的容许值和隧道总的横向贯通中误差的允许值之间的关系如下式所示： (1)其中，M横表示隧道横向贯通中误差的容许值允许值，m外表示洞外控制测量误差所产生的横向贯通中误差的允许值。2.2. 隧道贯通控制误差的意义和方法隧道误差控制的过程繁冗而复杂，需要通过多个步骤共同完成，每一个步骤都会影响隧道贯通误差的数值，从而影响贯通效果，影响施工安全和施工质量。测量要有优先顺序，需要先考虑整体再考虑局部，先考虑控制后考虑碎部。隧道贯通误差主要有三种，分别是横向误差、高程误差和纵向误差，误差的形成原因是在隧道两端相向施工的过程中，施工中线由于导线测量误差以及地表测量误差而不能完美的衔接在一起造成的。其中横向贯通误差是指垂直于隧道中心线方向左右的偏差，高程贯通误差是指沿隧道中心线上下两个方向存在的误差，纵向贯通误差是指沿隧道中心线的长度偏差。由于测量过程中认为因素太大，再加上如果测量环境恶劣，很容易产生测量误差，而纵向误差是隧道中心线的长度误差，只对贯通距离有影响，不会对施工质量产生影响，而横向贯通误差和高程贯通误差会影响施工质量，如果超过允许误差，会直接导致隧道中心线的偏差，从而给工程带来重大的经济损失。在施工过程中，影响隧道贯通质量的因素有两个，一个是巷道工程贯通相遇点在水平面内的左右偏差，还有一个重要因素是巷道工程贯通相遇点在竖直面内的上下误差。在实际工程施工过程中，一定要制定可行得测量方案，争取提高隧道贯通的精度，控制贯通测量误差。在施工开始之前，首先应该预计贯通测量误差，主要分为以下几个步骤： (1) 首先根据施工环境和施工条件，初步制定测量方案；(2)根据制定的测量方案，确定高程测量中误差、侧边中误差以及井下和地表得测角等参数；(3) 根据预计的误差绘制贯通测量误差预计图，将误差最小得贯通相遇点初步定为贯通相遇点；(4) 计算联系测量误差、地下和地表测量误差，判断总误差是否小于规范上得限差要求；(5) 判断贯通相遇点的允许区间是否超过给定的容许偏差，如果超过，则要重新进行前面的所有步骤；(6) 确定最佳贯通相遇点，计算施工测量参数，确定最终测量方案。3. 案例分析3.1. 洞外控制网设计洞外隧道控制采取GPS混连式构成带状控制网。点位设在沉降位移影响区外，每个洞口根据地形条件布设至少三个控制点，组成三角网，至少两个方向通视，点与点之间距离不小于300米，进洞联系控制点应位于洞口中线附近，距加密GPS控制点距离不小于300m，用全站仪采用全圆测回法对水平角进行9个测回观测，确保进洞联系控制点精度。隧道进、出口控制点必须进行联系测量。如下图所示：图1 洞外控制网布设示意图根据铁路工程测量规范（TB 10101-2009），本次施工的9#隧道洞外 GPS 平面控制网应当按照一等精度施测，其余隧道洞外GPS平面控制网按三等精度施测。表1 卫星定位测量技术基本技术要求等 级项 目一等二等三等四等五等静态测量卫星截止高度角（°）1515151515同时观测有效卫星数44444有效时段长度（min）12090604540观测时段数2212121数据采样间隔（s）10601060106010301030接收机类型双频双频双频单/双频单/双频PDOP或GDOP6681010快速静态测量卫星截止高度角（°）1515有效卫星总数55观测时间（min）520520平均重复设站数1.51.5数据采样间隔（s）520520PDOP（GDOP）7（8）7（8）水准控制点在隧道进出口处各布设两个，以两点间高差架设水准仪12站即可相互引测高程为宜，由设计院提供控制点按照四等水准测量往返观测，引测至洞口。施测成果应符合如下标准。表2 水准测量标准水准测量等 级每千米水准测量 偶然中误差mm限 差往返测不符值附合路线或环线闭合差左右路线高差不符值四等5.0±20±25K为测段水准线路长度 单位km L为水准线路长度单位km。洞外控制网精度估算，根据相邻点间定位精度(标准差) =10.3mm，式中 a(固定误差)=5mm；b(比例误差)1mm；d(点间距)9Km；使用仪器标释精度2.5mm+1ppm。GPS角度较差的限差可按该等级GPS网方位角中误差的倍计。表3 一等精度误差参数等级固定误差a(mm)比例误差系数b（mm/km）基线方位角中误差（）约束点间的边长相对中误差约束平差后最弱边边长相对中误差一等511.01/500 0001/250 000按下式估算9#隧道横向贯通中误差。 =40.7mm (2)式中：、-进出口GPS控制点的Y坐标误差，取值为20mm；、-进出口GPS控制点至贯通点的长度，取值为4.3km；、-进、出口GPS控制点联系边的方位中误差，取值为1.0；、-进、出口控制点至贯通点连线与贯通点线路切线的夹角： 进口为6°2833，出口为0°1639洞外导线测量中误差对隧道的影响预计是40.7mm，其允许值是60mm，该洞外控制设计可行。控制测量完成后，按下式估算横向贯通中误差。 (3)式中:-进出口至贯通点的y坐标差的方差；-进出口至贯通点的x坐标差的方差；-进出口推算至贯通点的、坐标差的协方差； -贯通面方位角。3.2. 洞内控制测量设计洞内平面控制按导线二等，使用莱卡TCRP-1201型全站仪。高程控制按水准四等，使用中纬ZDL-700电子水准仪。在洞内施工测量时，每掘进30-50米时，须埋设放样控制点，由于存在转镜误差，须每隔200米埋设导线控制点（根据洞内通视条件延长或缩短距离，点间距离不大于300米）组成洞内控制网，进行测量平差。平面控制成果和水准控制成果必须达到相关规范要求。3.2.1洞内控制网观测的仪器要求鉴于洞内的光线不好，测量环境和测量条件较差，所以测量时间比较长，而洞内控制测量的精度要求高的特点，本次长大隧道 洞内导线测量采用莱卡TCRP-1201型全站仪进行导线网的观测，其余小于4KM隧道使用宾得R202N型全站仪。高程控制点采用中纬ZDL-700电子水准仪，仪器标称精度为±0.7mm/km。3.2.2导线点的埋设导线点埋设时，在确保视线清晰的条件下，应该将两个导线点之间的距离尽量拉大，这样做的目的是减少在洞里设置的测量站点，从而减少测量误差的积累；另外，布设导线点时应该尽量沿中线，不要偏离太多，减少旁折光对水平角测量精度的影响；最后，导线点在埋设时应当以一对的形式埋设，并在中心延伸方向前后错开510m，左右错开2m以上，并在边墙用红油漆标示距边墙的距离，以便于观测、寻找和防止导线点使用错误。3.2.3洞内平面导线洞内导线网布设时，8.3KM隧道布设隧道二等闭合导线环，其余小于4KM隧道布设四等单导线，采用全圆测回法，观测9个测回，以加强测量检核和提高测量精度，每个导线环的边数为46条；洞内导线设计平均边长不小于200m，如遇到不正常的情况，相邻边长的比应该大于三分之一。大于8KM隧道内设有平行导坑，利用导坑横通道形成正洞和导坑联系起来的导线闭合环，重新进行平差计算，进一步提高导线的精度。闭合导线环布置如下图：导线测量的主要技术要求图2 闭合导线环表4 测量参数等级测角中误差（）测距相对中误差方位角闭合差（）导线全长相对闭合差测回数0.5级仪器1级仪器2级仪器6级仪器二等11/2500001/10000069-隧道二等1.31/2500001/10000069-三等1.81/1500001/550004610-四等2.51/800001/40000346-表5 水平角方向观测法技术要求等级仪器等级半测回归零差（）一测回内2C互差（）同一方向值各测回互差（）四等及以上0.5级仪器4841级仪器6962级仪器8139一级及以下2级仪器1218126级仪器18-24表6 洞内控制网观测技术要求测角精度导线等级测角中误差2C值测回数±1四等2.594±2四等2.5136±1隧道二等1.3583.2.4导线观测方法（全圆测回法）图3 全圆测回法（1）安置仪器O点置全站仪，A、B为目标。 （2）盘左置零，照准A，测距，顺时针照准B，然后继续测量距离，顺时针照准A，第二次照准A称为归零，分别读数，记入手簿，此为上半测回。（3）盘右照准A、测距，逆时针照准B，测距，逆时针照准A，分别读数记入手簿，下半测回。（4）上、下半测回，组成一测回观测n测回时，起始方向读数变化为180°/n。（5）计算计算照准差的两倍(2C)，2C=盘左-(盘右±180°)。计算每个方向的水平角的平均值，平均读数=盘左+(盘右±180°)/2。A方向平均值，填写在括号内，计算归零后的方向值，各方向的测回平均值，各照准点间水平角值，距离平均值。观测时应注意以下几点:测量前应充分通风、避免尘雾。反射镜应有适度照明。仪器和反射镜面应无水雾。曲线段导线边长符合的要求。式中R-曲线设计半径（m）f-保证最大通视距离的安全断面宽度（一般取0.7m）3.2.5 高程控制测量（1）洞内高程控制点由洞口布设的高程点引测。按照水准四等实测成果必须达到下表中规定精度。表7 四等实测成果规定精度 单位：mm水准测量等 级每千米水准测量 偶然中误差mm限 差往返测不符值附合路线或环线闭合差左右路线高差不符值四等5.0±20±25注：其中K为侧段水准线路长度，单位为Km，L为测试的往返的总路程，单位为Km。（2）高程控制点应该尽量测量到平面控制点上，高程控制点应该成对设置，每隔200-500m设置一堆，如果是在隧道内测量高程，应该用水准仪测量，并往返两个方向观测。（3）应该保护洞内高程控制点，隧道竣工后与洞外进出口水准点联测。图4 高程控制点设置3.2.6 8.3km隧道洞内横向误差估算（1）导线测量误差对横向贯通精度的影响a测角误差对横向贯通精度的影响导线环在隧道两洞口连线的一列边上的设置各个点，将各点到贯通面的垂直距离（m）设为RX，在测量过程中导线的测角会对横向贯通产生一定的影响，设导线的测角中误差为mb （），影响如下： 图5 测角误差对横向贯通中误差的影响b.测距误差对横向贯通精度的影响靠近隧道两洞口和导线环的连线上有一些列边，将这些边早各个贯通面上投影，投影长度为dy(m)，在测量导线过程中会产生一定的测量误差，这个相对中误差为ml / l ，该误差对对贯通面上横向中误差的影响为：图6 测距误差对贯通面上横向中误差的影响则由导线测量误差和测距误差共同对贯通面上横向贯通中误差的影响为：(2)高程控制测量对高程贯通误差的影响估算洞内高程控制测量误差产生的高程贯通中误差按下式估算： =5=14.4mm (3)式中-每千米水准测量偶然中误差（mm）； -洞外高程路线长度（km）= 8.3。洞内高程测量中误差对隧道的影响预计是±14.4mm，其允许值是±1mm，该洞内导线测量设计可行。(3)洞内贯通横向和高程中误差的预计计算式a.按洞内导线点布置方案 =42672+40742+38852+36732+34332+31832+29232+26832+24332+21832+19332+16832+14332+11832+9332+6832+4332+1832+4002+6502+9002+11502+14002+16502+19002+21502+24002+26502+29002+31502+34002+36502+39002+41502+43502= 234513649=992+1672+702+1292+152=59456b.横向贯通误差的预计 =±74.2mm=±2.4mm =±74.24mm点间距按250m计算。洞内导线测量中误差对隧道的影响预计是74.24mm，其允许值是80mm。该洞内导线测量设计可行。c.高程贯通中误差的预计 =14.4mm洞内高程测量中误差对隧道的影响预计是±14.4mm，其允许值是±17mm，该洞内导线测量设计可行。3.2.7内业平差采用南方平差易进行严密平差计算。武汉大学科傻平差软件进行校核，以确保平差数据准确无误。3.3. 贯通误差控制贯通误差是指在隧道施工中，地下和地面测量以及联系测量过程中会产生测量误差，除此之外细部放样也会产生一定的误差，这些误差使得两个方向相对开挖的工作面的施工中线出现一定的偏差，从而不能够重合，其中偏差的这部分距离称为贯通误差。纵向误差影响隧道中线的长度和线路的设计坡度，高程误差主要影响线路坡度，横向误差影响线路方向，如果超过一定的范围，就会引起隧道几何形状的改变，甚至造成衬砌部分超出到建筑界限内，影响施工效果和施工质量，因此隧道测量在隧道施工中起着重要的作用，必须对横向误差加以限制。3.3.1横向误差和高程误差的限差根据下表确定表8 横向和高程贯通误差两开挖洞口间长度（km）448810101313171720横向贯通误差（mm）100150200300400500高程贯通误差（mm）±50本工程段有9座隧道小于4公里的隧道，其限差要求为横向贯通限差100mm，高程贯通限差±50mm，1座8.3公里长大隧道其限差要求为横向贯通限差200mm，高程贯通限差±50mm。3.3.2测定实际贯通误差的方法采用莱卡TCRP-1201全站仪和中纬ZDL-700电子水准仪进行各隧道的贯通测量。1）在贯通面中线附近设一临时点，由两端导线分别测量该点坐标，坐标较差分别投影至线路中线及其垂直方向上，即为纵向和横向贯通误差。同时测量该点的水平角，求得方向贯通误差。2）由两端高程点分别测量贯通面处临时点的高程，其高程差即为高程贯通误差。3.3.3平面贯通误差调整的方法1）贯通误差50mm时，在保证隧道建筑界限要求的条件下，可不调整线路中线，按设计线位铺轨。2）贯通误差50mm时，测量隧道中线时应该采用隧道内控制网测量，调整的方法采用线位拟合方法，在对线路进行调整后应应满足轨道平顺性标准和隧道建筑限界的要求。3.3.4高程贯通误差调整的方法1）测量贯通点高程时测两端高程，然后将取得的高程值取平均作为调整后的贯通点高程。2）在调整高程贯通误差时，可以按照贯通误差的一半来调整，用未衬砌段的线路长度按照一定的比例来调整各个范围内的水准点高程。3）根据调整后的水准带你高程来进行未衬砌段高程放样。4）调整后的线路应满足线路设计和验收规范要求。结论格鲁吉亚铁路隧道长达8300米，隧道洞口多处于山高林密处，施测环境和条件相对复杂，且海外的本地控制测量精度低，本施工测量根据施工条件制定了详细的测量方案，莱卡TCRP-1201全站仪和中纬ZDL-700电子水准仪进行各隧道的贯通测量，并对贯通误差进行实时调整，以达对隧道贯通误差进行有效控制，保证特长隧道精确贯通，保证施工的安全进行以及施工质量。参考文献1 陈燕君. 贯通测量在矿山测绘中的应用浅析J. 世界有色金属,2017(21):37+39.2 胡玉祥,张洪德,王智,孙晓丽. 地铁隧道竖井间贯通测量误差分析与应用研究J. 城市勘测,2017(06):126-130.3 武慧亮. 浅谈贯通测量及其注意事项J. 煤矿现代化,2017(02):126-127+131.4 张孝君. 浅谈贯通测量及其注意事项J. 江西建材,2017(12):199+201.5 李帅磊. 超长隧洞贯通测量技术探讨J. 价值工程,2017,36(31):133-134.6 黄恒,张灵凤,冯锋. 一个竖井与斜井贯通测量精度预计的方法J/OL. 工程技术研究,2017(10)7 李龙. 井巷贯通工程测量技术研究J. 建筑技术开发,2017,44(19):75-76.【精品文档】第 12 页