1、浅谈隧洞施工测量摘要:隧洞施工测量包含了洞外控制网的建立与洞内控制测量两部分。本文简要介绍了常见的洞外控制网的建立方法和洞内控制测量的施测方法。以延安市南沟门水库引洛入葫输水隧洞工程测量为例。 关键词：平面控制网；高程控制网；工程独立坐标系；支导线 中图分类号：TB22 文献标识码：A 水利项目中，隧洞工程测量的重要性 在水利水电工程建设中为了施工导流、引水发电或修渠灌溉,常常要修建隧洞。施工测量是隧洞按设计精度贯通的重要保证。隧洞施工前要进行贯通误差设计和施工控制网的布设,并以此为依据把设计图纸上隧洞的平面位置和高程,按精度要求测设到地面上,作为施工的依据。隧洞工程一般在施工过程中有好几个工
2、作面同时开工，这就要求相向开挖的隧洞必须按设计要求安全贯通。 洞外控制网的建立 为了保证各个工作面之间的坐标和高程系统一致，必须按照规范要求布设相对独立的工程坐标系统。并且应在洞外埋设具有强制归心装置的观测墩和水准点。 平面控制网：建立平面控制网，可以采用三角控制测量、各种形式的边角组合策略、导线测量及 GPS 全球定位等测量方法。平面控制网建立应因地制宜，根据工程规模及放样点的精度要求确定，做到技术先进，经济合理。 平面控制网可布设成测角网、测边网、边角组合网、GPS 网和导线网。平面控制网一般为独立网，对于观测数据可以不做高斯投影改正和方向改化，但应将边长投影到测区内某一高程面上。 高程控
3、制网：高程控制网是施工测量的高程基准，其等级划分为二、三、四等。选择时应根据工程规模、范围大小和放样精度来确定。 高程控制网应布设为闭合环线、附合路线或节点网。可以采用水准测量方法和三角高程测量方法。 洞内控制测量方法 洞内控制测量包含平面控制测量和高程控制测量两种。平面控制测量一般采用导线测量方法；高程控制测量一般采用水准测量和三角高程测量方法。目前，洞内平面控制测量多采用支导线法；高程则采用支高程线路。 举例说明 4.1 工程简介 引洛入葫马家河低坝引水枢纽工程位于洛川县马家河村附近，坝址位于洛河交口河水文站以上约 38km 处，距洛川县城约 12km。引水枢纽主要建筑物由溢流堰、副坝、冲
4、沙闸等三部分组成。输水隧洞主要由进口放水塔、引水隧洞和出口明渠段等三部分组成，全长 6.115km。输水隧洞进口洞底设计高程 852.50m，出口洞底设计高程 848.48m。施工拟设支洞2 个，最大相向开挖长度约 3.7km。 4.2 采用坐标和高程系统 坐标系统：挂靠在 1954 年北京坐标系下的独立坐标系（具有抵偿高程面的任意带平面直角坐标系，中央子午线为 10919，高程投影面850m） ；高程系统：挂靠在 1956 年黄海高程系统下的独立高程系。 4.3 贯通误差设计限差 洞外控制测量中误差在贯通面上的误差影响值 相向开挖长度 （含支洞在内） km 洞外控制测量中误差在贯通面上的误差
5、影响值（mm） 横向 纵向 竖向 5 30 30 15 4.4 洞外控制网 4.4.1 洞外平面控制网：根据工程所在区域地形地貌特征，并参照水电水利工程施工测量规范第十一章“地下工程测量”要求，洞外平面控制选取三等 GPS 网形。 （1）点位的布设：在马家河引水枢纽区布设 4 个 GPS 点,在两个支洞及引水隧洞出口各布设 3 个 GPS 点，上述 13 个 GPS 点构成 GPS 网，网形见附图 1。各处 GPS 点间均应相互通视，相邻控制点最小间距不宜小于400 米。编号：Pi(i=1、213)。 （2）选点与埋设标石严格按照水利水电施工规范。 （3）野外观测：观测采用 6 台中海达 V8
6、 双频 GPS 接收机。使用的GPS 接收机应为按规定通过了检验后的仪器，作业前还应检验基座圆水准器和光学对中器是否正确。观测方法严格按照规范要求。 （4）数据处理：GPS 网采用中海达 2003 全球通用版软件进行基线向量解算。平差采用 GPS 工程测量网通用平差软件包（CosaGPS V5.20）进行处理。 a)GPS 网观测数据质量检验:计算任一三边同步环的坐标分量相对闭合差及全长相对闭合差，其值应满足下表规定： 同步环坐标分量及环线全长相对闭合差的规定 等级 限差类型 坐标分量相对闭合差 环线全长相对闭合差 三等 3.010-6 5.010-6 异步环各坐标分量W、W、W闭合差均应2；
7、异步环全长闭合差 W2；复测基线的长度较差2（以上各式中 -闭合环中的边数，-基线向量的弦长中误差） 。 b)GPS 网平差：首先在 WGS-84 坐标系中进行三维无约束平差；以1954 年北京坐标系的已知点为起算点，进行二维约束平差，得到各点在1954 年北京坐标系下的坐标；在 1954 年北京坐标系下二维约束平差的基础上，取测区一端一个点坐标作为起算点、一条边方位为起始方位角，中央子午线取 10919，高程投影面 850m，按 GPS 独立网进行平差。平差处理时，应在引水枢纽、两个支洞及隧洞出口等四处，采用 TCA2003全站仪按二等精度施测的边长作为固定边；对于部分基线边因误差超限或因故
8、不能按 GPS 测量方法进行施测时，在平差处理时可以用其他方法测量的边长数据不低于三等精度要求代替。 4.4.2 洞外高程控制网：起始于引水隧洞出口四等水准高程点 D22，沿洞线地面布设三等光电测距三角高程环形网作为洞外高程控制。高程路线应联测引水隧洞进口附近四等三角高程点 G2 作为校核。 （1）点位的布设：在马家河引水枢纽、两个支洞及引水隧洞出口等四处施工部位各布设 3 个高程点，即布设 12 个高程点。网形见附图 2，编号：Hi(i=1、212)。 （2）选点与埋设标石严格按照水利水电施工规范。 （3）野外观测：使用 Leica TCA2003 全站仪观测，PDA 外业记录（记录软件为清
9、华三维专用记录软件 ElerCE） 。外业数据验算各项限差均按规范要求执行。 （4）数据处理：观测结束后编制平差计算略图，验算往返较差，环线闭合差应小于12， （L 为路线长度，以 km 计） 。验算合格后采用工程测量控制网微机平差系统 NASEW软件进行数据处理。 4.5 洞内施工控制网 （1）使用仪器：本次外业测量使用仪器为徕卡 TCA2003 全站仪，该仪器测角精度 0.5，测距精度0.6mm+1ppm。 （2）观测方法及技术要求：洞内控制网设计为四等支导线和四等支三角高程路线，见附图 3。外业观测方法以及限差均按照三等的要求执行。本次观测采用变换一次仪器高和棱镜高的双次独立观测方法观测
10、。具体观测情况如下：作业前根据规范的要求对仪器进行了检验，各项指标均符合规范要求。水平角按照测回法观测 4 测回，天顶距往返各观测 3 测回，测距往返各 4 测回，每测回独立观测四次，测站与棱镜端均测定气象元素，边长进行仪器加乘常数、气象和倾斜改正，仪器高和棱镜高用钢尺量测两次取中数，读数取至毫米。作业过程中各项验算限差严格按照规范要求执行。 （3）平面控制布设方案：洞内控制网一般布设两级，首级网作为洞内主要控制网，用于测量施工放样点的坐标，并且起检校作用，首级网边长一般 200-300 米之间；次级网主要服务于施工放样，随着隧洞的掘进，不断增设次级网控制点，间距不定，一般 30-50 米。本
11、次洞内控制测量情况如下： a)支洞段支导线起始于P5 点，方位起始于P5P6，控制点为：ZK1、Z200、L1、791、494、364、ZL1、243、197； b)明涵段支导线起始于P8 点，方位起始于P8P9，控制点为：P0、X1、X2、X3、X4、X7、X8、X9、X10； c)出口段支导线起始于P12 点，方位起始于P12P13，控制点为：CK1、DZ1、DZ6、DZ11、DZ15、DZ18、DZ21、DZ25、DZ28、DZ32、DZ36。 （4）高程控制布设方案 a)支洞段支高程路线起始于H5 点，控制点与平面相同； b)明涵段支高程路线起始于H7 点，控制点与平面相同； c)出口
12、段支高程路线起始于 D22 点，控制点与平面相同。 （5）数据处理 导线和高程路线的平差计算采用清华山维控制网平差软件（NASEW3.0）进行计算，平差时边长未进行两项投影改正。两次独立观测数据均独立计算，取两次计算中数作为最终成果。 5.总结 目前，隧洞施工控制网的建立方法与观测方法主要还是采用上面的方法，该方法已经相当成熟，可以达到隧洞贯通的目的，值得我们注意的有下面几点：一是洞外平面和高程控制网尽可能统一构网，统一平差解算；二是洞内多采用支路线，检核条件较少，最好独立双测，或者构成线状闭合环，有条件的话也可以加入陀螺方位角。 随着社会的不断发展，我们将来面临的可能会是更长，地形更加复杂的隧洞需要贯通， 参考文献： 1.水电水利工程施工测量规范 （DL/T 5173-2003） ； 2.工程测量规范GB50026-2007； 3. 杨昆仑.工程独立坐标系的建立A.城市建设理论研究，2095-2104（2012）06-001402
