高铁隧道平面控制网精度的控制方法

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摘要：结合国内高铁隧道建设的工程实践，从隧道平面控制网的布测入手，论述网型优化、系统误差控制、数据对比检查三个主要方面的精度控制，以期从源头上控制和提高控制网的精度，为后续进洞、施工、运营测量打下坚实基础。

关键词：高铁隧道 平面控制网 精度控制

1、前言

目前，国内高速铁路的速度均在250km/h-350km/h之间，未来速度将进一步提高，对线性、地形的要求比较高。加之，高铁连接城市，常常穿越山区。因此，隧道在高铁线路中的比例非常高，且长大隧道较多。为加快施工进度，长大隧道常采用长隧短打的方法即增加工作面，多开斜井、平导、竖井等，这样各工作面之间的贯通精度直接决定了隧道的贯通质量。因此，隧道平面控制网的建立非常重要。测量控制网布设的优劣、精度的高低，直接影响到贯通精度能否达到设计要求。这对于高铁的施工、后期运营起着至关重要的作用。本文结合高铁隧道的工程实践，总结了平面控制网精度控制的一些经验，以期对后续建设提供帮助。

2、GPS平面控制网的建立

GPS平面控制网建立的总体流程为：GPS网的总体设计—>实地踏勘选点与埋石—>按观测计划野外观测与记录—>数据解算—>成果报告。

隧道平面GPS控制网的布设的目的是保证地下两相向开挖工作面的正确贯通，在实地布网前，首先在小比例尺地形图上进行了控制网设计，对控制网的质量进行了详细的前期分析，制定有效的质量保障措施。

隧道平面GPS控制网的布设首先应考虑控制隧道线路平面和洞口位置的需要，由洞口子控制网和洞口子网间的联系网组成，同时考虑GPS观测对控制点周围环境的要求。洞口子网由大地四边形、中点多边形等强度较高的网形构成，子网内相互通视的边采用GPS直接观测基线点。

控制点的选择既考虑满足GPS观测的要求，又考虑适合隧道控制测量对控制点的要求。洞口子网布设的控制点为3～5个，在选点时重点考虑后视进洞方便。用于向洞内传递方向的洞口投点与后视点的洞外联系边不宜短于500m。洞口投点的选择重点考虑了两个因素，一是洞口投点能够与两个及以上后视点通视，二是洞口投点后视竖直角小于10度。

控制点基本选择在便于使用、保存和不易被扰动的地方。

在网形确定后，接下来就要确定隧道方案的实施等级，各个等级对应的平均边长如下在确定了测量等级和各等级的平均边长后，接着就要分析依照这个等级实施是否存在技术问题，其他方面是否存在超越规范的地方。隧道建设中有诸多不利因素，为了提高贯通的安全系数，建议在条件允许的情况下提高隧道平面控制网的等级，完全可以把四等提高到三等，三等提高到二等，让自己的等级有所富余。有不少设计院在测量时就是这么做的。

GPS控制网测量宜采用双频GPS接收机，按规范规定的GPS网精度要求，静态作业模式作业。作业前按规范要求进行相关检测，作业过程中保持接收设备工作状态良好。观测前，按设计的控制网网形、卫星可见预报表、GPS接收机数量、交通情况编制了GPS观测计划；并根据确定的作业模式，配置了预置作业任务参数；作业中通过报话机和移动电话及时沟通信息。按设计控制网网形进行观测，洞口子网和联系网统一观测。

3、平面控制网精度控制方法

平面控制网精度控制的方法较多，笔者择其要者做一些分析。

3.1 网型优化

网型的布设和优化是控制网建立时的重要工作之一，是精度控制的第一道关。网型的优劣对后续的测量工作、数据处理、施工和运营都有影响。现在的测量仪器精度较高，如能够有好的网型，将大程度上提高网的精度。在我国一些山区，诸如云南、山西、湖南，很多地方人迹罕至，而且隧道进出口、斜井口之间往往是难以翻越的山林。这些地区常常没有通讯信号，布网工作十分困难，往往网中边长比例过大。往往是隧道线路方向边长较长，由于洞口两侧受地形的限制，边长较短，后期进洞测量时出现短边定向的情况，这是隧道测量比较忌讳的方法。笔者建议：在布设网型时，应充分进行现场踏勘，合理布点，尽最大可能缩短各边边长差距；如果有条件，不妨在隧道中间加密一些点。唯有将前期工作尽善尽美，后续工作才会方便、高效。

3.2 减小系统误差

为减小系统误差，应当选择合适的坐标系统，从而做到对控制网精度的全局控制。选择了错误的坐标系统，不仅达不到精度要求，还往往出现较大的偏差，导致工程事故。在我国，常用的坐标系统有北京54坐标系统和西安1980坐标系统。由于很多控制点年代久远，且疏于管理，没有做好数据更新工作，在实际工作中我们经常发现起算点的不匹配，平差结果超限等问题。如果已知起算点精度过低，会让人怀疑作业方法和技术手段存在问题，导致麻烦。这就要求我们在收集测区附近国家控制点时尽可能多收集些，尽量收集上述两套坐标系统的控制点，测量时尽可能多联测这些控制点。在约束平差时，采用多种起算点的组合方式，挑选精度最好的一组作为最终结果。

3.3 后期数据对比检查

在平面控制网布设和测量结束后，为了检验其外部符合精度，应在合适的洞口子网中选择数个三角形使用全站仪进行角度和距离对比检查。观测距离改化到隧道独立坐标系的投影面上，并进行比较和分析。比较内容为：全站仪实测角度值与GPS成果计算值比较，全站仪实测角度平差值与GPS成果计算值比较，实测边长改化值与GPS成果计算值比较。对比结果应满足一定要求。

某长大隧道的数据对比检查情况如表1、表2所示。

4、结论与建议

国内学者对提高隧道平面控制网的精度方法上讨论较少。本文结合工程实践经验，重点从前期布测控制网开始，介绍在具体工作中提高控制网进度的方法对策等。各个隧道工程环境差异较大，精度要求也不尽相同，施工工艺也各有特点，在参考时应因地制宜、结合具体工程情况，采取合适的一种或几种方法。限于作者水平，不足之处欢迎同行批评指正。

参考文献

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