费智明
中铁十二局集团第二工程有限公司山西太原030000
摘要：本文结合长大隧道洞外、洞内平面控制测量和高程控制测量的实例，分析了方案设计的过程和具体实施，确保了长大隧道贯通的精度。
关键词：长大隧道；过程和实施
前言：长大隧道与普通隧道相比其地域条件一般比较特殊，或穿越高山湖泊，或避开一些人口密集的城市建筑，一般地质情况复杂，施工难度大，为了确保长大隧道贯通精度，必须制定详尽的洞内外的控制测量方案。下面以新建蒙华铁路万荣隧道为例探讨一下长大隧道的测量控制方案。
1.工程简况
新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程MHSS-2标段起止里程DK554+915～DK563+515全长8.6km，隧道工程一座，其中包括5个斜井（辅助导坑）和一段明挖。万荣隧道起讫里程为DK555+117～DK562+800，全长7683m，为单洞双线隧道，最大埋深约90.25m。全隧道除进口段位于R=1200m的左偏缓和曲线上外，其余段均位于直线上。隧道内线路纵坡为单面上坡，坡度及坡长依次为4.9‰/333m、5.1‰/7350m。
2.平面控制网测量
2.1洞外平面控制网网形设计
GPS控制网的设计，利用设计单位移交并复测合格的CPI与二等水准点建立隧道洞外控制网，主要以满足万荣隧道贯通精度为最高要求。根据《铁路工程测量规范》要求，结合万荣隧道长度、平面形状、线路通过地区的地形和环境，洞外控制测量采用GPS二等控制测量施测。万荣隧道洞外线路平面控制网（CPI）精度满足隧道控制测量的要求，并按规范要求在线路平面控制网基础上距洞口及CPI控制点大于300m或大于500m处布设加密控制点，以此建立隧道平面控制网。
2.2洞外平面控制网精度分析
根据现场踏勘，在万荣隧道进口、斜井和出口各选取3个可通视加密点。隧道洞外测量按GPS二等要求施测，将使用的仪器设备采用AshtechGPS接收机，静态观测标称精度为±（5mm+1ppm×D）。采用静态定位技术施测，同步作业图形之间采用边连接的方式，并做到有较强的图形结构，确保该网的高精度和高可靠性。
GPS观测的主要技术指标如下：
每条边观测时段数：2；观测时段长度≥90分钟；卫星高度角：15°；接收机采样间隔设置为：30s；几何图形强度因子PDOP值≤6；同步观测健康卫星数≥6；平均重复设站次数≥2.0；天线接收机基座整平对中精度≤1mm；每时段观测前后各量取天线高一次，两次互差小于2mm，并取其平均值作为最后观测值。观测过程中按规定填写了观测手簿，对观测点名、仪器高、仪器号、时间、日期以及观测者姓名均进行了详细记录。
GPS测量的数据处理采用商用基线解算软件《S0LUTION2.6》进行。
控制网平差包括三维无约束平差和二维约束平差，平差数据采用基线向量的双差固定解进行。首先进行三维约束平差，以检定基线向量网自身的内符合精度及其系统误差和粗差。二维约束平差计算，以稳固性和兼容性检验合格的CPI控制点作为约束点进行二维约束平差。
2.3洞外（GPS测量）横向贯通误差估算
洞外（GPS测量）横向贯通误差估算依据两开挖洞口间长度应满足下表要求：
隧道贯通中误差：
（1）洞外（GPS测量）横向贯通误差按下式估算：
2.4洞内控制网设计
2.4.1洞内平面控制网采用导线控制测量方法进行。洞内控制导线从测量设计确定的洞外联系边引入，洞内洞外平面控制网以边连接。万荣隧道洞内导线测量等级按三等导线测量，采用1″的徕卡TS15、1mm+1ppm的全站仪进行测量。洞内导线约350m左右，布设一对导线点（主、副导线点），形成交叉双导线，这样不但可以提高强度和精度，还可以在一个导线点被破坏的情况下隧道仍然可以正常施工。洞外洞内导线边连接方式和洞内交叉双导线的布网形式。
2.4.2洞内导线测量按以下要求标准实施：
⑴洞内导线测量技术要求：
三等导线测量的洞内测角中误差1.3″，测距相对中误差为1/150000，1″级仪器测回数为9测回。
⑵洞内导线测量距离和水平角观测技术要求：
表4水平角方向观测法技术要求
2.4.3洞内导线的布设要求：
⑴导线边长应根据测量设计确定。
⑵导线点应布设在施工干扰小、稳固可靠、便于设站的地方，点间视线应旁离洞内设施0.2m以上。
⑶洞内导线应布设成多边形闭合环，每个环由4～6条边构成。长隧道宜布设成交叉双导线形式，以增加网的内部检核条件、提高网的整体强度和精度。
2.4.4导线测量前，应对原控制点进行检测，检测较差应符合下列规定：
平面控制点角度、边长检测较差的限差应按以下公式计算。
式中m1、m2——分别为原测、检测的测边或测角中误差。
当检测与原测成果较差满足限差要求时，采用原测成果；不满足限差要求时，应分析超限原因。确因点位位移，应逐级检测至稳定控制点。
2.4.5洞内导线测量的精度应不低于测量设计时确定的精度等级。
2.4.6导线水平角观测按规范规定执行，还应符合下列要求：
⑴洞口站测角工作宜在夜晚或阴天进行。
⑵洞内测量前应先将仪器开箱放置20min左右，让仪器与洞内温度基本一致。
⑶目标应有足够的明亮度，受光均匀柔和、目标清晰，避免光线从旁侧照射目标。
⑷完成规定测回数一半后，仪器和反射镜均应转动180°重新对中整平，再观测剩余测回数。
2.4.7导线边长测量应满足规范要求，还应满足下列要求：
⑴测量前应进行充分通风、避免尘雾。
⑵反射镜应有适度照明。
⑶仪器和反射镜面应无水雾。
2.4.8洞内导线平差计算应符合下列要求：
⑴初次洞内导线测量的起算坐标和方位角应采用测量设计时确定的进洞联系边测量成果。
⑵洞内导线引伸测量的起算坐标和方位角应采用经检测合格的前一期洞内导线测量成果。
⑶洞内四等及以上导线平差应采用严密平差。
2.4.9．洞内导线横向贯通中误差估算
⑴贯通误差按下式计算：
（2）依据以上洞内导线测量技术要求及原则并结合万荣隧道洞外控制网施测成果及施工组织设计要求，进行洞内导线网控制网的设计。万荣隧道相邻两开挖洞口间长度均小于4公里，洞内按隧道三等控制网精度施测，采用仪器精度为1″、1mm+1ppm的全站仪及配套反射棱镜。根据规范要求进口到斜井段及斜井到出口段值均可取1.3″；导线边边长相对中误差取值为=1/150000，根据规范要求对万荣隧道洞外进洞联系边及洞内一侧导线进行贯通误差的估算，计算RX、RY值。篇幅所限这里对计算过程不做累述。
2．5高程控制网测量设计
万荣隧道段设计院交桩三等水准点及加密水准点，复测洞外水准路线长度为14000m，高程控制点水准路线长度大于5000M，依据规范要求应根据高程贯通中误差进行高程控制网设计。
2.5.1．洞内外高程控制网的观测
本隧道水准测量使用的仪器为经检定合格的LeicaDNA03精密电子水准仪，水准仪标称精度±0.3mm/km。
（1）洞外采用的是二等水准测量，在水准观测中采用单路线闭合观测，一条水准路线采用同组别、同仪器、同转点尺，电子水准仪自动记录，沿路线施测均使用大于5公斤的铸铁尺垫，采用双手固定尺撑扶尺，使水准尺气泡居中稳定来保证水准尺的垂直度，前后视距用绳尺拉距确定每测站。前后视均距≤50m，前后视距差≤1.0m，前后视累积差≤3.0m，下丝高度不低于0.3m；测站限差：两次读数差≤0.2mm，两次读数所测高差之差≤0.5mm，检测间点高差之差两次读数差≤1.0mm，观测时，往测奇数站按后-前-前-后，偶数站按前-后-后-前的顺序进行；返测奇数站按前-后-后-前，偶数站按后-前-前-后的顺序进行，每一测段均为偶数站。
（2）洞内采用三等水准往返测来进行观测，每一测段完成后应进行往返观测高差不符值检验，当高差不符值检验满足限差要求时，应采用往返测高差平均值进行平差，观测顺序为：后视—前视—前视—后视。因两水准点之间间距为400m，所以尽量一段一次观测完成，如需暂停观测时，则要选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置标尺的固定点作为间歇点，间歇后，先进行间歇点高差检测，只有当检测结果符合限差要求，才从间歇点开始观测，如不符合则从前一个水准点重测。在洞内水准测量时应禁止一切车辆从该测段通行，并停止洞内作业，做好排烟除尘的工作。
2.5.2．高程控制网测量作业精度计算：
（1）水准测量作业精度要求见表5、表6：
表5二、三等水准测量精度要求
以上估算数据显示该隧道段高程控制网满足高程贯通精度要求。
4测量技术保证措施
由于工程工期以及工程施工工艺特点不允许任何测量误差超限的情况出现，在施工中必须高度重视测量工作，为此采取以下技术措施：
1、各洞口的用做进洞边的洞外控制点高差不能太大，以便消除高差对横向贯通误差的影响，并且进洞边要有足够的长度。
2、导线布设应在可靠稳固，便于设站且通视的地方，尽量僻开车辆通过的地方。在隧道洞内导线测量时应提前半天停止洞内一切内燃机械使用并做好充分的排烟通风保障。
3、斜井受条件限制边长不能满足条件的地方必须设置强制对中基座。
4、与搭接单位进行联测共用导线点和水准点以消除不必要的误差。
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