1、高精度线状工程平面控制网复测优化分析摘要：实际道路施工中控制网是施工的基准, 控制网的稳定性直接影响施工测量和工程建设的质量,因此研究控制网稳定性分析方法具有重要的现实意义。本文结合对西康二线部分平面控制网的复测数据和结果,验证了文中提出方法的可行性和实用性， 得出了有益的结论。 关键词：高精度现状平面控制道路施工 中图分类号：P221 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 西康二线某铁路隧道位于地处南秦岭低中山区, 设计全长 3.135 公里, 隧道身全部位于直线上, 山高坡陡，地形起伏大，大部地区基岩裸露, 最大埋深 520 米, 进、出口高差 112 米。测区全部位于秦岭北麓，地形复
2、杂,山势陡峭,最高峰高达 3100 米，林木茂密, 植被覆盖率达 85%以上, 通视和交通条件极差，秦岭山区又是我国气候的南北分界带，地形和位置决定了该地区自然环境的复杂多样。春季多暴雨，气候变化无常，昼夜温差大。 隧道施工采用对向掘进，为了保证顺利对接，必须保证测量控制网中控制点的精度达到要求,鉴于铁路建设控制点布置距施工的时间较长,考虑到控制点的稳定性，施工方提出对原有控制网进行复测。 本文重点从复测的方法、方案设计及数据假设几个方面进行较为深入的分析和研究。 2 平面控制网复测 2.1 技术标准及方法 本次复测工作作业依据为：全球定位系统（GPS）铁路测量规程（TB10054- 97）
3、；国家一、二等水准测量规范 （GB12897- 2006） ； 新建铁路工程测量规范 （TB10101- 99） ；西康二线关角隧道施工控制网复测实施方案 ；西康二线隧道施工控制网复测实施细则 。 2.2 复测方法 对于长距离隧道控制网如果采用常规方法建网复测, 工作量大, 周期长, 精度也难以保证,因此复测和原网施测一样也选用 GPS 网观测的方法。经对现场踏勘进洞口端保留 4 个点( B1、B2、B3、B4) , 出 洞 口 端 保 留 4 个 点(N1、N2、N3、N4) , GPS 复测控制网就由这 8 个点组成。 平面控制网复测采用 GPS 测量法（按 B 级网要求） ，使用设备为六
4、台 TOPCON Hiper Gb 双频 GPS 接收机。复测 GPS 控制网联测国家三角点三个：子午镇 1357（二等） 、汤峪 f202（三等） 、太乙宫 f204（二等）（见图 1） 。 图 1 GPS 平面复测控制网示意 3 GPS 网复测方案设计 全球定位系统（GPS）铁路测量规程规定挖隧道的横向贯通中误差应在50 mm 之内。根据误差理论, 测量误差的配赋为: 地面控制测量的横向中误差应在25mm 之内, 联系测量和地下导线测量的横向中误差应分别在20 mm、30mm 之内。由于西康二线控制网制网分两级布设, 即 GPS 控制网和精密导线网, 则控制点对施测点位总的误差影响为: M
5、P2=MG2+ MJ2（1） 式中 MG、MJ 分别为 GPS 控制网和精密导线网中最弱点点位中误差; 且 GPS 控制网和精密导线网中相邻点点位中误差 MGz ，MJz 存在下列关系: MGz= MG （2） MJz= MJ （3） n 为导线折角数量。 在(1)式中，根据横向中误差25mm 的要求和 新建铁路工程测量规范 : GPS 控制网和精密导线点中最弱误差为12mm。该隧道沿线横向中误差为23. 3mm、GPS 控制网和精密导线网中相邻点点位中误差分别为8.6m 和9.9mm。即只要 GPS 控制网相邻点点位中误差在10mm之内, 点位中误差在12mm 之内,精密导线点的相邻点和最弱
6、点点位中误差分别在9.9mm、20mm 之内, 就能满足暗挖隧道横向贯通为25mm的要求。 GPS 控制网复测后坐标点位与原对应坐标点位较差限值的大小直接影响对 GPS 点位稳定性的判定。根据误差理论, GPS 控制网复测后的坐标点位与原测坐标点位较差的中误差: M2=M 原 2+ M 复 2 ( 4) 式中分别为 GPS 控制网复测前后的点位中误差。常规上以两倍最弱点较差中误差为限值。 4 GPS 控制网的观测和数据处理 4.1 GPS 控制网的观测 使用仪器为六台 TOPCON Hiper Gb 双频 GPS 接收机(标称精度5mm+1ppm*D),均按相关规范进行了检测。测量模式为静态测
7、量模式。作业中主要的技术要求有: 卫星高度角15、有效卫星总数5、时段中任一卫星有效观测时间70min、时段长度150min、观测时段数2、采样速率 =15s、PDOP6。作业中, 所有接收机工作正常, 未发现异常情况。同时为了确保观测精度, 在隧道进出口两端的 B2、B3、N1、N4 四个点上进行了长达六个小时的数据采集。所有控制点均由异步环或同步环相联, 并组成三角形和空间大地四边形,以加强 GPS 控制网的几何图形强度。 4.2 数据处理 外业观测数据采用随机软件进行基线向量解算。在解算过程中, 个别长边进行了部分人工干预, 短边均采用自动处理。由于在同步环中基线边长差异较大, 要保证每
8、条同步基线都达到需要的精度, 其难度较大; 因此解算时只考虑参加网平差的独立基线。按照设计 GPS 控制网的独立基线向量, 采用拓普康自带后期处理软件 Pinnacle 软件提取各边的双差固定解进行异步环闭合差、重复基线较差验算和网平差。异步环闭合差小于 410- 6 的个数有 20 个, 大于 410- 6 的个数有 5 个, 最大为 6. 810- 6; 重复基线较差小于 610- 6 的个数有 12 个, 大于 610- 6 的个数有 3 个,最大为 6.410- 6。 4.3 GPS 控制网的平差 GPS 网在 WGS84 坐标系中平差，为考核 GPS 网的内符合精度, 以基线向量为观
9、测值,B1 号点的单点定位坐标为已知坐标,在 WGS84 坐标系中对 GPS 网进行三维无约束平差。平差后, 基线向量 X 、Y、Z 的最大改正数分别为 2.7 cm、2.8 cm、3.1 cm, 97%的改正数值小于 2.0 cm; 92%的基线边长精度优于 6.410- 6, 最低精度为 1.3410- 5。为了检核 GPS 网的外符合精度, 采用莱卡 TS06 全站仪( 测角标称精度 0. 5、测距标称精度 1mm + 10- 6）施测了 4 条基线边, 其结果列于表1。 表 1 个别特征点较差表 4.4 点位稳定性分析 工控制网稳定性分析的目的是对施工控制点的相对位移进行合理有效的评估
10、，找出不稳定点，并根据它们的位移大小采取适当的处理措施，以满足工程长周期精密施工的应用需要。依照误差传播定律估算得:当平面点位变化值 s2=2，表明控制点位移不显著，否则相反。以此作为控制点稳定性的评价准则。表 2 列出了控制点复测坐标与原测坐标的较差值。由于控制点间距大致为 1 公里，所以根据测量精度要求计算出点位中误差应小于 14.1mm 。 表 2 控制点原坐标与复测坐标对比 5 结论 通过对本工程复测结果的比较、分析,从表可以看出 控制点的点位变化值都小于 14mm，所以认为点位无明显变化；从总体来看，原测网和复测网内外符合精度均较高，原测网的其他点位稳定，能够满足铁路工程的精度要求。大型隧道施工一般都具有施工周期长的特点, 因此在布设施工控制网时应充分考虑控制点的稳定性, 点位必须尽可能避开重型车辆来往的道路两侧, 避免控制点布设于施工场地中央或后期存在高填深挖的工程部位。
