隧洞洞内控制测量及质量控制探析
摘要：对隧洞工程的开挖，洞内控制测量精度的高低直接影响隧洞的贯通精度，为保证隧洞在允许精度内贯通，要对洞内控制测量进行设计，在未贯通前对已施测的测量成果进行相应的精度估算，为保证相应的控制测量精度还要采取相应的测量方案。基于以上考虑，本文探析为保证隧洞贯通精度而进行的洞内控制测量设计、精度估算及提高贯通精度的测量方法。在此基础上，通过对隧道的误差分析，提出了在隧道控制测量过程中利用质量控制提高导线控制网精度的的方法，以提高隧道的贯通精度。
关键词：隧洞；控制测量；质量控制；精度估算
1引言
为保证隧道的正确贯通，首先建立地表平面和高程控制网，随着施工的进展，将地面上的坐标、方向和高程传递到地下，在地下进行平面与高程的控制测量，从而进行施工放样，指导开挖，衬砌，而进行这些测量工作的目的，就是为开挖，衬砌指定出方向，位置，保证中线及高程能正确贯通，保证建筑物不侵入限界，因此建立隧道的地表控制网是必要的和必需的，在测距仪和全站仪日益普及的情况下导线控制已成为地表控制网的主要形式。
对隧洞工程的开挖，在各种规范中的要求很多，精度也要求比较高，特别是对有些管道及特种工程的隧洞。对施工单位而言，洞内控制测量精度的高低就直接影响到贯通的精度，为保证隧洞在允许精度内贯通，我们首先要对洞内控制测量进行设计，在未贯通前对已施测的测量成果要进行相应的精度估算，为保证相应的控制测量精度还要采取相应的测量方案，本文就这以上几方面进行相应的探析。
2洞内控制测量设计[1],[2],[3]
2.1平面控制测量设计
洞内平面控制测量在未贯通前都是支导线。当接到隧洞工程开挖任务时，首先要根据洞室相向或单向开挖长度及设计贯通精度要求，对洞内导线进行设计，估算预期的误差、确定导线施测的等级，以保证洞室开挖轴线的正确，即贯通精度，更为合理、经济的选择测量设备及测量方案。
根据隧洞设计开挖图，按一定比例尺在CAD或图纸上绘出隧洞开挖平面图及贯通面位置，充分考虑开挖施工时洞内的测量环境（如通视条件及出渣等对测量的影响）、以及测量精度的提高，合理的选出导线点位置，并展于图上。
支导线的终点是支导线精度的最弱点，横向贯通中误差是由导线测角误差及导线边长误差所引起，而横向贯通中误差主要影响隧洞的贯通精度，以下主要分析横向贯通中误差。
根据误差传播定律，导线测角及测边是相互独立的两个量，可得导线测角中误差所引起的横向贯通中误差myβ为：
（1）
式中：mβ—导线测角中误差；
∑RC—观测角度的导线点到贯通面的垂直距离平方的总和。
导线测边误差所引起的横向贯通中误差为mys：
（2）
式中：mss—导线边长相对中误差；
∑Dy—各导线边在贯通面上的投影长度平方的总和。
导线测量误差在贯通面上所引起的横向贯通中误差my为：
（3）
上式即为隧洞工程横向贯通中误差常用的估算公式。
在绘制好的略图上量取各个导线点到贯通面的距离Rx和各导线边在贯通面上的投影长度Dx，再根据工程项目所投入的仪器设备精度确定测角中误差mβ和测量边长的精度ms/s，代入(3)式中计算，当my小于隧洞横向贯通中误差允许值时则可进行，否则应选择合符精度要求的仪器设备或调整线路及测量方案等重新计算，直至满足贯通精度要求。(3)式也可根据本单位的仪器设备及技术水平，假设其中的一个mβ或ms/s值来求另外一个参数。
根据选定的mβ和ms/s值来确定导线测量的等级，并严格按确定的等级技术要求进行施测，来指导隧洞的开面位置开挖。
2.2高程控制测量设计
隧洞洞内高程的控制测量精度直接影响竖向贯通中误差，通常根据水准测量或三角高程测量误差引起的竖向贯通中误差来确定高程控制测量的等级。
（4）
式中：mh—竖向贯通中误差；
L—洞内高程测量路线的全长；
m△—按测段往返测的高差不符值计算的每公里高差中数的偶然中误差；
由(4)式得：
（5）
式中L可根据图上拟定的路线量取或取3～5倍洞轴线的长度。
确定水准路线方案后，在表1中查取大于或等于根据（5）式计算出m△的数值，选取相应的高程控制测量等级。
表1水准测量的精度
确定高程测量的等级后，选取方便施测、经济合理，又能保证高程传递精度的测量方法，如水准测量、三角高程测量，严格按相应的技术要求进行施测。
以上探析的洞内控制测量设计计算方法适应于相向开挖长度为8km以内的隧洞开挖，也可作为相向开挖长度超过8km洞内平面控制测量的专门技术设计，但为保证设计贯通精度要求，洞内导线还应进行提高精度的特别技术设计，如采用陀螺经纬仪加测方位角，检测测角中的粗差及控制测角误差的累积；选取合理的导线路线方案；改善测量环境等等测量设备及方法。
对于在8km以内的隧洞勘测设计院提供了专用首级控制网时，则施工单位不用单独进行洞内控制测量的设计，采用低于首级控制网一等级的技术要求进行施测即可。
3洞内控制测量精度的估算[4]
3.1平面控制测量精度的估算
考虑到洞内导线按设计等级施测后，因洞内通视条件的限制及施工等多方面的影响，而造成未能按设计路线进行施测，针对这种情况，则要根据已施测的成果对该导线进行精度估算。
对直伸型隧洞，则采用直伸支导线终点的点位误差作为洞内横向贯通中误差：
（6）
式中：n—导线边数；
mβ—测角中误差；
mss—测边相对中误差；
L—导线全长；
对非直伸型隧洞用非直伸支导线终点的点位误差作为横向贯通中误差：
（7）
式中：n—导线边数据；
mβ—测角中误差；
mss—测边相对中误差；
L—导线全长；
∑Dy2—导线重心到各导线点距离的平方和（导线重心为导线各点坐标X、Y值的平均值）；
对还未施测的导线点位仍以设计拟定的点位计算出各相应数值，只要MBz,MBf值不大于洞内设计横向贯通中误差就可。
3.2高程控制测量精度估算
根据（4）式计算高程传递终点的精度，该式中m△为：
（8）
式中：△—测段往返测高差不符值；
R—测段的长度；
n—测段数；
该种高程控制测量精度的估算方法适用于水准测量及三角高程测量。
4导线网施测的质量控制[5]
4.1全站仪测量误差
由于测量仪器存在着不可避免的系统误差，而且受观测条件的限制和人为因素的影响，因此在观测过程中，要注意消除或减少各种误差对观测精度的影响。在导线网测量中，往返测中误差，环闭合差，坐标闭合差等检核条件都能起到质量控制的作用。从而保证导线网的精度能满足隧道贯通的要求。
(1)全站仪的测距误差
全站仪的测距误差包括测相误差，仪器加常数误差，仪器对中误差，棱镜对中误差，周相误差，真实光速值的测定误差，频率误差，大气折射率误差。
(2)全站仪的测角误差
全站仪的测角误差包括视准轴误差，横轴误差和竖轴误差，水平度盘偏心差，竖直度盘偏心差，竖盘指标差，光学对中器误差，照准误差.标偏心误差
4.2提高全站仪测距精度的措施
(1)在施测之前应仔细检查仪器各轴的正确性。
(2)由于全站仪易受磁，电等干扰，因此在测边时应注意避免对讲机等外界因素对测边的影响。
(3)导线边不宜过短，边长以不短于300m为宜，主机和棱镜应采用光学对中器，不宜使用对中杆。
(4)距离应正倒镜观测，这不仅便于检核，预防错误，而且有利于提高导线网精度。
(5)导线应尽量沿着隧道中线布设，以减少测边误差对隧道贯通误差的影响。
4.3提高全站仪测角精度的措施
(1)在施测之前应仔细检查全站仪轴系误差和光对中器，以及全站仪的补偿系统。
(2)测角时取盘左盘右能够消除视准轴误差，横轴误差和竖盘指标差。
(3)前后视边长不宜相差过大。长短边比例应控制在3:1之内，避免因调焦增大测角误差。
(4)测角时，应选择有利边方向作为零力一向。
(5)还可以奇数测回测左角，偶数测回测右角，然后把右角换算为左角，从而达到减少系统误差对测角的影响。
(6)应控制观测时间，以减少由于温度，大气折光等因素带来的照准误差
(7)尽量减少导线点个数
5提高洞内控制测量精度的几点建议
（1）严格按设计的控制测量等级相关技术要求进行施测，施测中尽量采用三联脚架法，但要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动、气泡有无偏离、对中偏离是否较大等等，如有上述情况则要对仪器进行检修校正，找出问题所在。
（2）隧洞每开挖到一定长度时要及时增设基本导线点，指导开挖的临时点要控制在2~3个以内，且要进行经常性的检测其正确性，确保洞室开挖的正确。
（3）隧洞每开挖到一定阶段或一定长段时要及时对导线进行检测、复测及精度估算，对因其它原因而改变设计路线方案时要对精度进行估算。
（4）导线要尽可能布设成似等边直伸型导线，在测量环境允许范围内尽可能的选长边。
（5）要严格进行边长的投影计算，正确计算各点平面坐标。
（6）三角高程测量时，要严格按操作程序进行，如垂直角的观测要同测距在同一次照准时完成，对于三角高程等级在三等或高于三等时则要采取一些提高精度的措施进行施测，如隔点设站法、提高对中精度等等。
（7）对贯通面较多的隧洞，要考虑到隧洞全部贯通后的轴线情况，对洞内有砼衬砌时，还要对相向挖的两条导线进行附合，并进行贯通误差分配或平差处理，保证洞内砼衬砌形体的正确。
6结束语
对洞外，洞内导线测量全过程实行了质量控制，可以保证实际测定的横向贯通误差达到预计隧道横向贯通限差的要求。由此可见，对测量全过程实行质量控制，不仅能起到预于提高隧道贯通精度也是必要的和必需的。
参考文献
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