CN111006639A - 一种区间隧道贯通测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区间隧道贯通测量的方法，包括以下步骤：步骤1：隧道地面控制测量；步骤2：平面联系测量；步骤3：地下控制测量；步骤4：盾构位姿检测，步骤5：洞门中心实测误差。本发明能降低隧道贯通的误差，降低施工成本。

Description

一种区间隧道贯通测量的方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种区间隧道贯通测量的方法。

背景技术

地铁隧道贯通测量误差分横向贯通误差、纵向贯通误差及高程贯通误差， 其中，纵向贯通误差和高程贯通误差容易控制，而横向贯通误差则较难控制， 因此，当前地铁隧道贯通测量的主要任务就是控制横向贯通测量误差。横向贯 通误差主要由洞外地面控制测量的误差、洞内地下导线测量的误差、平面联系 测量的误差、盾构机姿态测量误差和洞门中心实测误差等五个方面的误差所构 成，而上述的误差需要对其进行调整，否则就会出现精度低，需要反复调整， 增加了成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种区间隧道贯通测量的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种区间隧道贯通测量的方法，包括以下步骤：

步骤1：隧道地面控制测量；

步骤11：地面平面控制测量，隧道地面平面控制网宜采用GPS技术一次性 建立，GPS控制点应沿隧道贯通轴线的一侧或两侧布设，井口附近应至少布设 2个点，控制点布设时应充分考虑多路径信号，控制点标志尽可能采用强制对中 形式，控制网中的长边宜构成大地四边形或中点多边形，控制网由独立观测边 构成一个或若干个闭合环或附合路线，且闭合环或附合路线中的边数不宜多于6 条；

步骤12：地面GPS控制网基线测量，采用高精度GNSS数据处理软件进行 结算，以IGS站作为起算点，并对其X、Y、Z坐标分别设置0.03m、0.03m、 0.05m的约束量；统一IGS站和控制点观测数据的历元间隔为30s，将卫星截止 高度角设置为15°；

步骤13：地面GPS基线向量网平差测量，进行三维无约束平差，检测隧道 地面控制网的内符合精度以及可能存在的***误差和粗差；

确定投影要素，隧道洞外GPS基线向量投影到二维平面实际上要经过由自 然地球表面归化至参考椭球面(高程归化)，再由参考椭球面高斯投影转化至平面 (投影转化)的过程；

建立一点一方向平差建立隧道独立坐标系；

步骤14：地上GPS控制网基准测量；

步骤15：地上GPS控制网引起的横向贯通误差计算，首先将WGS-84空间 直角坐标的协因数阵转换成大地坐标的协因数阵，然后将大地坐标的协因数阵 转换成高斯平面直角坐标的协因数阵，最后将高斯平面直角坐标的协因数阵转 换成隧道独立坐标的协因数阵；

步骤2：平面联系测量，采用联系三角形法、竖直导线法、全站仪/投点仪 或GPS/投点仪组合法、投点仪定向误差分析及两井定向法；

步骤3：地下控制测量；

步骤31：地下导线的陀螺仪定向测量；

步骤4：盾构位姿检测，盾构自动导向坐标系与盾构位姿检测坐标系之间存 在大旋转角的问题，计算大旋转角空间直角坐标系，保证坐标转换的精度和可 靠性；

步骤5：洞门中心实测误差。

优选地，述的一种区间隧道贯通测量的方法，所述地上GPS控制网基准测 量采用基准转换，分为先框架后历元和先历元后框架两种模式。

优选地，所述的一种区间隧道贯通测量的方法，所述步骤3的地下控制测 量中还包括有指导线布设形式。

优选地，所述的一种区间隧道贯通测量的方法，地所述步骤31中陀螺仪定 向测量采用采用全站式陀螺仪，测定地下导线定向边坐标方位角的步骤如下：

(1)将全站式陀螺仪安置在地面已知点上，对中、整平，多测回精确测量 已知边的陀螺方位角，得到多个仪器常数Δ₁、Δ₂、Δ₃…Δ_n，求其平均值；

(2)将全站式陀螺仪搬到地下，安置在待测导线点上，对中、整平，多测 回精确测量定向边的陀螺方位角；

(3)将仪器重新搬回地面，在已知边上多测回精确测量出陀螺方位角，重 新求得仪器常数Δ′₁、Δ′₂、Δ′₃…Δ′_n，求其平均值；

(4)根据在地面已知点上两次测得的仪器常数，求得仪器常数的平均值Δ， 根据在地下定向边上测得的陀螺方位角，计算地下定向边的坐标方位角。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明能降低隧道贯通的成本，同时还能提高其精确性。本发明还能提高 其效率，达到降成本的目的。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术 手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附 图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例， 因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明中隧道工程独立坐标系及其与贯通面的关系图；

图2是本发明中竖直导线法示意图；

图3是本发明中两井定向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以 下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施 例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附 图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保 护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例， 本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。

实施例

一种区间隧道贯通测量的方法，包括以下步骤：

步骤1：隧道地面控制测量；

步骤11：地面平面控制测量，隧道地面平面控制网宜采用GPS技术一次性 建立，GPS控制点应沿隧道贯通轴线的一侧或两侧布设，井口附近应至少布设 2个点，控制点布设时应充分考虑多路径信号，控制点标志尽可能采用强制对中 形式，控制网中的长边宜构成大地四边形或中点多边形，控制网由独立观测边 构成一个或若干个闭合环或附合路线，且闭合环或附合路线中的边数不宜多于6 条；

其中，控制网宜采用同步图形扩展边连式的方式进行观测，即多台接收机 在不同的测站上进行同步观测，完成一个时段的观测后再把其中的几台接收机 搬至下几个测站，不同的同步图形之间有—条公共边相连，这种方式作业简单， 图形强度较高，扩展速度较快。控制网应采用双频GPS接收机和载波静态相对 定位方法进行观测，以消除有关的公共误差，提高定位精度。

步骤12：地面GPS控制网基线测量，采用高精度GNSS数据处理软件进行 结算，以IGS站作为起算点，并对其X、Y、Z坐标分别设置0.03m、0.03m、 0.05m的约束量；统一IGS站和控制点观测数据的历元间隔为30s，将卫星截止 高度角设置为15°；

其中，基线解算模型设置为RELAX松弛解，即同时解算基线和轨道；基线 解算类型设置为“1-ITER”，即对测站坐标进行一次迭代；基线观测值类型设置 为适合于中长基线的LC_HELP，即使用电离层约束求解宽巷模糊度的LC解， 进而抵抗电离层折射误差；干湿延迟模型均采用Saastamoinen模型，干湿映射 函数均采用目前精度较高的维也纳映射函数1(VMF1)，为有效抵抗对流层折射 误差对隧道控制网基线解算的影响，应采用PWL分段线性法估计天顶对流层湿 延迟参数，参数的估计间隔宜设置为4～6h；测站使用全球气压和温度模型文件gpt.grid，GAMIT可从该模型文件中内插获取测站所在地区的气压和温度。

步骤13：地面GPS基线向量网平差测量，进行三维无约束平差，检测隧道 地面控制网的内符合精度以及可能存在的***误差和粗差；

确定投影要素，隧道洞外GPS基线向量投影到二维平面实际上要经过由自 然地球表面归化至参考椭球面(高程归化)，再由参考椭球面高斯投影转化至平 面(投影转化)的过程；

洞外GPS基线向量由自然地球表面归化至任意参考椭球面H0时，要加的 高程归化改正ΔS₁为：

式中，Hm＝(HA+HB)/2，是基线所在高程面相对于参考椭球面H0的高差； RA为基线的曲率半径；S为基线实地测量的水平距离。

将经过高程归化后的椭球面上的长度量S₀(S₀＝S+ΔS₁),采用高斯投影转换到 平面上，要加的投影转化改正ΔS₂为：

式中，ym＝(y1+y2)/2，是归算边两端点在高斯平面上偏离中央子午线的平均 值；Rm为参考椭球面的平均曲率半径。

为控制长度变形，需采用具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影，即通过 选择合适的高程投影面H抵，并移动中央子午线Ym，以共同抵抗高程归算与 高斯投影产生的长度变形，此方案往往将中央子午线移动至测区中部，边长归 算到测区平均高程面上，即ΔS₁＝ΔS₂＝0。

当隧道线路为东西走向且跨度较大时，需将隧道工程分为多个投影带建立 多个独立坐标系。

建立一点一方向平差建立隧道独立坐标系；

建立一点一方向平差函数模型

设地面某已知点在隧道独立坐标系、高斯直角坐标系的坐标分别为(x′_i,y′_i)和(x_i,y_i)，特定方向的坐标方位角分别为T′₀₁和T₀₁，则隧道洞外GPS网一点一方向 平差的函数模型为：

式中，(x′_i,y′_i)为隧道洞外GPS网点在隧道独立坐标系的坐标；(x_i,y_i)为隧道 洞外GPS网点三维无约束平差结果在工程椭球所对应的高斯平面上的坐标。

建立一点一方向平差随机模型

由隧道洞外GPS点独立坐标的获取过程，并顾及协因数传播率可计算隧道 独立坐标系下的坐标协因数阵Q′_xy，再由协因数阵与协方差阵的关系可知：

式中，σ₀为单位权中误差；D′_xy为隧道独立坐标系下的坐标协方差阵；Q′_xy为 隧道独立坐标系下的坐标协因数阵。

一点一方向平差建立隧道独立坐标系注意事项

在进行一点一方向平差建立隧道独立坐标系时，固定点的坐标较容易获得， 而隧道独立坐标系中固定方向的方位角一般不易直接算得，固定方向的方位角 直接决定了独立控制网方向的走向，因此隧道独立坐标系中固定方向的准确计 算至关重要，在杨雪峰,刘成龙.高铁长大隧道群独立控制网建立方法[J].铁道科 学与工程学报提出独立网方位角的两种严密计算方法，限于文章篇幅，本文在 此不作介绍。

隧道独立坐标系建立后，为进一步验证控制网的精度，应采用测距标称精 度较高的全站仪对隧道控制网中的各条边进行实测，并将实测结果与一点一方 向平差坐标反算结果进行比较分析。

步骤14：地上GPS控制网基准测量；

基准转换分为先框架后历元和先历元后框架两种模式，两种模式理论上的 转换结果应是一致的，本文亦采用先转历元后转框架的模式。

假设隧道地面GPS网解算结果位于ITRF_yy框架T₁历元，现要将其转换到ITRF_xx框架T₂历元，按照先转历元后转框架的顺序，首先要将ITRF_yy框架T₁历元下 的坐标转换到ITRF_yy框架T₂历元，再将ITRF_yy框架T₂历元的坐标转换到ITRF_xx框架 T₂历元。

历元转换

将ITRF_yy框架T₁历元下的坐标转换到ITRF_yy框架T₂历元：

其中，

式中，

为ITRF_yy框架T₂历元的坐标；

为ITRF_yy框架 T₁历元的坐标；

为测站的速度值，IGS站的速度可由IGS网站查询得 到，自己测站的速度可由NNR-NUVELLA板块运动模型或根据IGS站的速度值 采用加权平均的方法内插获得。

框架转换

现将ITRF_yy框架T₂历元下的坐标转换到ITRF_xx框架T₂历元，分别使用T、D、 R表示框架转换的平移参数、尺度参数和旋转参数矩阵，分别使用

表 示框架ITRF_yy转换至ITRF_xx的转换参数速率(部分可由IERS得到)，以上14个参数 用于不同框架之间的转换。由于7个转换参数并不是固定不变的，在任意时刻 的7个转换参数需要考虑变化速率，因此在进行不同框架转换之前要先解算该 历元下两个框架之间的7个转换参数，其公式为：

再利用布尔莎模型进行框架间的转换，计算公式为：

其中，

步骤15：地上GPS控制网引起的横向贯通误差计算，首先将WGS-84空间 直角坐标的协因数阵转换成大地坐标的协因数阵，然后将大地坐标的协因数阵 转换成高斯平面直角坐标的协因数阵，最后将高斯平面直角坐标的协因数阵转 换成隧道独立坐标的协因数阵；

空间直角坐标的协因数阵转换至大地坐标的协因数阵

空间直角坐标(X,Y,Z)与大地坐标(B,L,H)之间的关系为：

式中，N为卯酉圈曲率半径，H为大地高，对上式中的B、L、H求全微分 得：

对式上述等号两边同时左乘(A′)^-1，得到由空间直角坐标(X,Y,Z)转换成大地 坐标(B,L,H)公式的全微分为：

根据协因数传播率，可知由空间直角坐标的协因数阵计算大地坐标的协因 数阵的公式为：

Q_BLH＝AQ_XYZA^T

式中，Q_BLH为隧道洞外GPS点大地坐标的协因数阵；Q_XYZ为隧道洞外GPS 点空间直角坐标的协因数阵，可由三维***平差得到。

大地坐标的协因数阵转换至高斯平面直角坐标的协因数阵

在高斯投影坐标正算公式中，略去高阶项得到大地坐标(B,L)与高斯平面直 角坐标(x,y)之间的关系为：

式中，l为地面点在参考椭球投影点的经度L与投影带中央子午线的精度 L0之差，即l＝L-L₀，B、l均以弧度作为单位；X0为从赤道量至地面点在参考 椭球投影点的子午线弧长，其计算公式为(e为参考椭球的第一偏心率)：

对上述在高斯投影坐标正算公式中B、L求全微分，略去高阶项和微小项 得：

其中，

根据协因数传播率，可知由大地坐标的协因数阵计算高斯平面直角坐标的 协因数阵的公式为：

Qx_y＝GQ_BLG^T

式中，Q_xy为隧道洞外GPS点高斯平面直角坐标的协因数阵；Q_BL为隧道洞 外GPS点大地坐标(B,L)的协因数阵，可从式Q_BLH＝AQ_XYZA^T计算得大地坐标 (B,L,H)协因数阵中提取。

高斯平面直角坐标的协因数阵转换至隧道工程独立坐标的协因数阵

通过地面已知点在高斯平面直角坐标系和隧道独立坐标系的双重坐标和坐 标方位角，可将高斯平面直角坐标系平移旋转至隧道独立坐标系。可知由高斯 平面直角坐标的协因数阵计算隧道独立坐标的协因数阵的公式为：

Q′_xy＝RQ_xyR^T

式中，Q′_xy为隧道独立坐标的协因数阵；Q_xy为高斯平面直角坐标的协因数阵， R_a为对角阵，其主对角线上的子块均为：

基于坐标协因数阵的隧道洞外GPS网引起的横向贯通误差计算

如图1所示，隧道工程独立坐标系为XAY，将其按顺时针旋转

角使坐标 轴X’垂直于贯通面，形成新的坐标系X’AY’，A和B为隧道进口端控制点(A为 洞口投点，B为定向点)，C和D为隧道出口端控制点(C为洞口投点，D为定向 点)，E为贯通点。

在不考虑投点误差和洞内导线测量误差时，贯通点的横向贯通误差由A、B、 C、D四个控制点的点位误差引起，由进洞口BA、出洞口DC方向推算至贯通 点E的坐标差为：

式中，(XAE,YAE)为由隧道进口端推算的贯通点坐标；(XCE,YCE)为由隧道 出口端推算的贯通点坐标；T_AB为AB边的坐标方位角；T_CD为CD边的坐标方位 角，边长SEC、SEA和定向角的误差放在洞内测量中讨论，因此有微分式：

其中，

dT_ij＝a_ijdX_i+b_ijdY_i-a_ijdX_j-b_ijdY_j，

a_ij＝sin T_ij/S_ij，

b_ij＝-cosT_ij/S_ij

将隧道两端推算的贯通点坐标差投影到横向贯通面上，则洞外GPS控制网 测量引起的横向贯通误差为：

对式上述的公式取全微分：

顾及：

可将式

写成矩阵形式：

其中，

dE^T＝(dX_A,dY_A,dX_B,dY_B,dX_C,dY_C,dX_D,dY_D)

根据误差传播率，可得由隧道洞外GPS控制网精度引起的横向贯通中误差 为：

式中，σ₀为隧道洞外GPS网的验后单位权中误差，Q′_xy为隧道工程独立坐标 的协因数阵。

步骤2：平面联系测量；

采用联系三角形法，一种传统的联系测量方法；

竖直导线法

如图2所示，当地下隧道工程较浅时，地上下平面联系测量可采用竖直导 线定向法。井径为D，井深为L，由近井点A开始，AA₁为起算方向，沿地下工 程轴线方向在井壁上布设导线点，直到竖井底部工作面上的BB₁，构成竖直导线， 按照导线测量方法计算B、B₁点的坐标和BB₁的方位角。

全站仪/投点仪或GPS/投点仪组合法

在竖井上方设计和安装支架，在支架上安装2个强制对中底盘，强制对中 底盘中心的坐标可以采用两种方法获得，一是在强制对中底盘上安置基座和棱 镜，在地面近井点上安置全站仪，采用全站仪极坐标法测出强制对中底盘中心 的坐标，二是在强制对中底盘上直接安置GPS接收机，采用静态GPS方法测出 强制对中底盘中心的坐标。

在强制对中底盘上安置2台投点仪，利用投点仪向地下定向平面上进行投 点，在定向平面上将形成2个光斑，精确标出2个光斑的中心，并认为这2个 光斑中心的坐标与2个强制对中底盘中心的坐标相同，连线的坐标方位角也相 同。在地下起始点上安置全站仪，测出起始点到2个光斑中心的水平角、水平 距离和连接角，就可以获得地下起始点的坐标和起始边的方位角。这种方法类 似于传统的一井定向，地下起始边方位角的误差大小不仅取决于投点仪投点误 差的大小，还与2个强制对中底盘中心的距离大小有关。如果在实际工程中具 备两井定向的条件，则可以将该方法按照两井定向的方法实施，把2个光斑的 中心视为地下控制点，在定向水平上施测一条无定向导线，地下起始边方位角 的精度将会得到显著提高。

全站仪/投点仪或GPS/投点仪组合法具有占用井筒时间短、方法简单、易于 实施等优点，采用两井定向的方式有利于提高地下起始边方位角的精度，但由 于投点仪性能与投点深度的不同，投点精度和投向精度可能会有明显的差异。

投点法的优点：在传统的联系测量投点方法中，主要有光学投点法、垂线 法等。光学投点法精度受h的影响大，超过一定的长度时，通过人的肉眼无法 进行投点；垂线法投点精度受外部环境影响很大，特别是竖井中风力、气流、 滴水等外部因素的影响。用激光投点的方法不但解决了光学投点法因距离过大 无法肉眼看清楚的缺点，而且还避免了因风力等外力对垂线法投点的精度影响。

投点法的缺点：该方法受仪器性能影响较大。首先，仪器必须带激光对中 装置；其次，投点误差受激光对中仪精度和竖井深度的影响较大。

投点仪定向误差分析，包括水准管整置误差、仪器竖轴定向误差、仪器对中误差、光斑抖动误差、大气和磁电干扰引起的误差，以30m井深为例进行分析。

两井定向法

投点和连接测量是两井定向测量作业的两个基本步骤。当隧道施工满足始 发条件之后，如图3，在一个站点的两端竖井处分别悬挂钢丝，钢丝首尾分别附 着一个反射片，标注为A、B与A′、B′，在车站竖井附近的加密导线点上架设全 站仪按轨道精密导线要求测量出钢丝和导线点之间的距离和角度，计算出A、B 两点的方位和坐标。投点时，可以先在钢丝下悬挂轻荷重，到达底部后再换上 重锤，同时把重锤置入到装有机油或者其他阻尼液的桶中，使其不会触碰到桶 壁，但同时要防止滴水等对其产生影响，事先可对桶进行加盖处理。井下连接 测量时，先在车站底板的合适位置(图中显示为1、2两点位置)安置带有强制对中装置的观测台，然后在1、2两点的观测台上安置全站仪，测量无定向导线 A′12B′，计算出导线点1、2的坐标及其方位角，盾构始发及掘进的平面控制就 是以这1、2两点作为依据。

计算方法：

(1)由近井点测量并计算出A、B的坐标x_A、y_A和x_B、y_B。

(2)对A、B两点进行坐标反算，求AB的方位角及其边长。

(3)确定井下假定坐标***。为了更加便利，通常情况下把A′当做原点，x轴 (即x_A′＝y_A′＝0；α_A′1＝0^°00′00″)就是井下导线第一条边A′1。利用观测数据和假 定起算数据，计算出井下连接导线各点的假定坐标，获得x_B′、y_B′。

(4)在上述的假定坐标系中，A′B′的方位角、边长可经过反算推出：

(5)井下第一条边A′1的方位角α_A′1可通过下式运算得出：

α_A′1＝α_AB-α_A′B′

(6)把A点坐标以及α_A′1当做起算数据，对井下连接导线各边的方位角和各点 的坐标进行重新计算。

(7)分别通过计算得出的地面B和井下B′点的坐标，在各边的坐标增值中把 闭合差f_x、f_y按和边长成正比反符号分配进去。

(8)按坐标改正数计算各点最终坐标。

步骤3：地下控制测量；

支导线是主要的布设形式，为了尽量减小施工对地下导线点和测量工作的 影响，通常将导线点埋设在隧道结构的边墙上，或者布设在管片顶部的双层吊 篮上，导线点都采用强制对中装置。

步骤31：地下导线的陀螺仪定向测量；

其中，陀螺仪定向测量采用采用全站式陀螺仪，测定地下导线定向边坐标 方位角的步骤如下：

(1)将全站式陀螺仪安置在地面已知点上，对中、整平，多测回精确测量 已知边的陀螺方位角，得到多个仪器常数Δ₁、Δ₂、Δ₃…Δ_n，求其平均值；

(2)将全站式陀螺仪搬到地下，安置在待测导线点上，对中、整平，多测 回精确测量定向边的陀螺方位角；

(3)将仪器重新搬回地面，在已知边上多测回精确测量出陀螺方位角，重 新求得仪器常数Δ′₁、Δ′₂、Δ′₃…Δ′_n，求其平均值；

(4)根据在地面已知点上两次测得的仪器常数，求得仪器常数的平均值Δ， 根据在地下定向边上测得的陀螺方位角，计算地下定向边的坐标方位角。

步骤4：盾构位姿检测，盾构自动导向坐标系与盾构位姿检测坐标系之间存 在大旋转角的问题，计算大旋转角空间直角坐标系，保证坐标转换的精度和可 靠性。

步骤5：洞门中心实测误差。

为了保证盾构按隧道设计轴线掘进，实现隧道的准确贯通，在隧道的掘进 过程中，需要对盾构位姿进行定期检测和分析，必要时调整和纠正盾构的掘进 方向。盾构内一般预设了多个参考点(螺母)，这些点连同盾构的盾首切口中心 和盾尾中心在地面经过标定测量，已经具备了以盾首切口中心为原点、盾首切 口中心和盾尾中心的连线(盾构轴线)所构成的局部坐标系中的三维坐标，在 地下对盾构位姿进行检测时，只要将全站仪安置在地下导线点上，将特制的适 配螺栓旋到螺母内并装上棱镜，就可以测量出这些参考点在测量坐标系中的三 维坐标，将这些参考点视为两种不同坐标系中的公共点，当其个数有3个及以 上时，就可以通过坐标转换模型及方法求出两个不同坐标系之间的转换参数， 进而将盾首中心和盾尾中心在局部坐标系中的三维坐标转换为测量坐标系中的 三维坐标，综合盾首中心、盾尾中心的三维坐标和盾构的姿态角来分析盾构的 位姿。

对盾构位姿进行检测时，通常是将全站仪直接安置在地下导线点上，当导 线点与盾构参考点通视不良时，可以将全站仪安置在地下任意一个与导线点、 参考点通视良好的位置，采用全站仪自由设站三维坐标法测出参考点的三维坐 标。采用全站仪自由设站三维坐标法测量时，全站仪至少应与2个及以上导线 点通视，以便采用边角后方交会的方法计算全站仪中心的平面坐标，采用全站 仪三角高程测量的方法计算全站仪中心的高程。需要注意的是，在测量导线点 的高程时，应根据导线测量配套组件的高度设置目标高，在计算全站仪中心的 高程时，应将仪器高设为零，而在测量盾构参考点的高程时，应根据盾构位置 检测配套组件的高度设置目标高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还 可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种区间隧道贯通测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：隧道地面控制测量；

步骤11：地面平面控制测量，隧道地面平面控制网宜采用GPS技术一次性建立，GPS控制点应沿隧道贯通轴线的一侧或两侧布设，井口附近应至少布设2个点，控制点布设时应充分考虑多路径信号，控制点标志尽可能采用强制对中形式，控制网中的长边宜构成大地四边形或中点多边形，控制网由独立观测边构成一个或若干个闭合环或附合路线，且闭合环或附合路线中的边数不宜多于6条；

步骤12：地面GPS控制网基线测量，采用高精度GNSS数据处理软件进行结算，以IGS站作为起算点，并对其X、Y、Z坐标分别设置0.03m、0.03m、0.05m的约束量；统一IGS站和控制点观测数据的历元间隔为30s，将卫星截止高度角设置为15°；

步骤13：地面GPS基线向量网平差测量，进行三维无约束平差，检测隧道地面控制网的内符合精度以及可能存在的***误差和粗差；

确定投影要素，隧道洞外GPS基线向量投影到二维平面实际上要经过由自然地球表面归化至参考椭球面(高程归化)，再由参考椭球面高斯投影转化至平面(投影转化)的过程；

建立一点一方向平差建立隧道独立坐标系；

步骤14：地上GPS控制网基准测量；

步骤15：地上GPS控制网引起的横向贯通误差计算，首先将WGS-84空间直角坐标的协因数阵转换成大地坐标的协因数阵，然后将大地坐标的协因数阵转换成高斯平面直角坐标的协因数阵，最后将高斯平面直角坐标的协因数阵转换成隧道独立坐标的协因数阵；

步骤2：平面联系测量，采用联系三角形法、竖直导线法、全站仪/投点仪或GPS/投点仪组合法、投点仪定向误差分析及两井定向法；

步骤3：地下控制测量；

步骤31：地下导线的陀螺仪定向测量；

步骤4：盾构位姿检测，盾构自动导向坐标系与盾构位姿检测坐标系之间存在大旋转角的问题，计算大旋转角空间直角坐标系，保证坐标转换的精度和可靠性。

步骤5：洞门中心实测误差。

2.根据权利要求1所述的一种区间隧道贯通测量的方法，其特征在于：所述地上GPS控制网基准测量采用基准转换，分为先框架后历元和先历元后框架两种模式。

3.根据权利要求1所述的一种区间隧道贯通测量的方法，其特征在于：所述步骤3的地下控制测量中还包括有指导线布设形式。

4.根据权利要求1所述的一种区间隧道贯通测量的方法，其特征在于：地所述步骤31中陀螺仪定向测量采用采用全站式陀螺仪，测定地下导线定向边坐标方位角的步骤如下：

(1)将全站式陀螺仪安置在地面已知点上，对中、整平，多测回精确测量已知边的陀螺方位角，得到多个仪器常数Δ₁、Δ₂、Δ₃…Δ_n，求其平均值；

(2)将全站式陀螺仪搬到地下，安置在待测导线点上，对中、整平，多测回精确测量定向边的陀螺方位角；

(3)将仪器重新搬回地面，在已知边上多测回精确测量出陀螺方位角，重新求得仪器常数Δ′₁、Δ′₂、Δ′₃…Δ′_n，求其平均值；

(4)根据在地面已知点上两次测得的仪器常数，求得仪器常数的平均值Δ，根据在地下定向边上测得的陀螺方位角，计算地下定向边的坐标方位角。

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