1、1浅谈隧道 GPS 施工测量摘要：作为隐蔽工程，隧道测量的精度对整个隧道工程施工有着很重要的控制作用，本文以美国天宝 4600LS 为例对 GPS 测量在隧道施工中的测量应用予以介绍和分析。 关键词：隧道 施工测量 GPS 应用 中图分类号：TU198+.2文献标识码： A 文章编号： 1 总述 本项目采用 GPS 静态定位进行控制测量，测量使用四台美国天宝 4600LS 单频 GPS 接收机，平面标称定位精度为 5mm+1ppm，基线解算软件采用随机软件 TGOffice。根据隧道长度和横向贯通误差精度要求，本隧道控制网应按二级 GPS 网的精度要求布设和施测。2 隧道 GPS 网的网型优化
2、布设控制网时，各开挖洞口布设的 GPS 点不应少于 3 个，为便于使用常规测量方法进行检测，加密和恢复，各开挖洞口布设的三点间至少应有一个点能与其它两点通视，并且隧道定向边距离应大于 300 米，以满足施工中的常规检测和提高进洞方位角的传递精度。对于铁路直线隧道，应在进出口定测中线上，布设两个控制点，以便于建立施工坐标系，曲线隧道应在每一切线上布设两个点，以便精确计算曲线偏角和施工放样数据。对于公路隧道，应在进出口各连测一个线路定测导线点，以便确定隧道 GPS 点与线路导线点的关系，测定和调整隧道控制测量与线路测量的连接误差。隧道 GPS 网应采用网连式的布网方法，应通过独立基线构成闭合图形，
3、网中不应存在自由基线，自由基线不具备发现粗2差的能力。某一闭合条件中的基线数不可过多，避免导致各边中粗差在求闭合差时相互抵消，不能起到发现粗差的作用。网中各点最好至少应通过三条独立基线，以保证检核条件，提高网的可靠性，使网的精度、可靠性较均匀。本隧道由于长隧道施工周期长，控制点使用时间较长，为便于在隧道施工期间对洞口控制点的稳定性进行常规检测，进出口各设了 4 个 GPS 控制点，其中 E004、EO11-1 为线路定测导线点。 GPS 控制点点位选择的好坏，对 GPS 控制网的精度影响很大，通过对隧道进出口进行实地踏勘，点位均设在山顶稳定的基岩上，视野开阔，没有高度角大于 15的障碍物，远离
4、高压线及大功率无线电发射源，隧道定向边进出口均大于 500 米。3 外业观测 3.1 星历预报运行TGOffice，利用软件的作业计划工具，将测站的概略经度、纬度、高程、卫星的截止高度角、观测时间等测站信息输入对话框，查看卫星的可见性。从卫星数示意图中可以看出，在拟定的观测时间中测区可见最少卫星颗数为 6，说明全天均可观测。3.2 制定作业计划表根据隧道的长度、开挖口的分布、精度要求、接收机的台数、星历预报情况、作业方式、交通条件来确定 GPS 网的观测方案和制定作业计划。为确保控制网实测精度，每个时段观测时间均大于 90 分钟，因为在基线处理时要剔除或删除部分不合格的观测时段。本隧道 GPS
5、 网的独立向量总数 21 个，每个点观测 3 个时段，平均可靠性指标 r，r=(21-7)/21=0.67,r 值大于 0.3，可靠性指标较好。4 GPS 测量数据处理 4.1 建立坐标系野外观测的静态数据是基于 WGS-84 椭球的，采用的是 WGS-84 全球大地坐标系统。但本隧道线路设计是在北京 54 坐标系内进行的，中央子午线经度为 120 度 45 分，3因此，应利用解算软件建立和设计单位坐标系一致的地方坐标系，以便于进行 GPS 网的约束平差，将测量成果由 WGS-84 坐标系转化至施工坐标系。4.2 下传并导入数据先建立一个名称为“本隧道”的文件夹来存放GPS 数据处理过程中的文
6、件，然后将 GPS 接收机通过电缆线与电脑连接进行数据传输，根据 4600Ls 接收机自动文件命名规则，选择本隧道 GPS 网的观测数据文件进行下传，按照测站记录输入测站各时段的测站信息(点名、天线高、量高方式)，这个时候要认真地核对点名、文件名、开机时间、关机时间、天线类型、量高方式、天线高，确保对应关系。逐一将4 台 GPS 接收机中的观测数据下传至“本隧道”文件夹。4.3 基线处理首先对观测数据进行质量分析和预处理，将各卫星观测时段跳动较大的卫星信号利用 Timeline 工具禁止掉，利用 TGOffice 逐一对所有基线进行处理。基线处理后，查看基线处理质量的评估指标，最好的解算类型是
7、L1 固定解，最好的比率是大于 3，并且越大越好，参考变量经验值是 2左右为最好，均方差 RMS 是小于 3 厘米，且越小越好，在这几个指标中，解算类型和均方差最关键。基线处理时，删除工作状态不佳的卫星数据是提高伪距定位精度的重要途径。如果处理后的基线由墨色变成黄色，表明质量很好。如果有个别的基线呈红色，或者有被拒绝的基线，说明基线的质量有问题，需要对观测信号进行剔除。 。4.4 约束平差由于隧道控制测量主要强调各开挖面控制点之间的相对精度，GPS 网是否精确位于地心坐标系统并不重要，因此通常采用固定一点的经典自由网平差法做最小约束平差。首先将基准转换为当地基准(中心经度为 12045的本隧道
8、 Beijing1954 坐标系)，即将基准选为“投影基准-beijing1954” ，4以线路导线点 E004 的 54 北京坐标系坐标为已知坐标进行最小约束平差。平差后查看网平差报告中的参考因子是否在 1 左右，X 方检测是否通过，平面坐标变化量是否为零，否则，应采用加权策略，继续进行平面约束平差。直到网参考因子在 1 左右，X 方检测是通过，平面坐标变化量为零。整个观测成果的好坏，可以通过网平差报告中是否出现红色警告数据、残差柱状图、误差椭球、水平精度和高程精度的比率等撑握。4.5 成果输出平差成果的所有信息都包含在“网平差报告”中，残差柱状图、点位误差椭圆图、平差成果表、协方差、环闭合
9、差、平差后观测成果表等等。“网平差报告”中的“平差格网坐标”成果就是本隧道洞外平面控制测量各控制点的施工坐标。报告可以直接打印输出，也可以复制到 Word 文字处理系统中排版输出。5 小结长大隧道控制测量应用 GPS 不但能够提高测量精度还降低了测绘的成本，近年来如何在隐蔽工程领域提高测量精度，提高工作效率，摒弃传统测量工作效率低下的弊病，GPS 应用已成为目前隧道控制测量的主要发展趋势。 参考文献 1许娅娅, 雒应.测量学(第 3 版).人民交通出版社; ,2009-5 2张项铎, 张正禄.隧道工程测量.测绘出版社.1998-9 3周国树.现代测绘技术及应用.中国水利水电出版社; 第 1 版,2009-6
