CN113532396B - 一种隧道平面控制测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种隧道平面控制测量方法，将洞口的固定测站当作未知点，结合洞外设置的固定测站进行边角构网测量；为了加强平面进洞联系测量的构网网形强度，加设自由测站，在自由测站点分别边角构网进行边角的自由测站测量，实现对自由测站和固定测站构成的网形进行约束平差，平差后不仅可以得到进洞方位角，且因约束条件增加，得到的进洞边方位角的精度显然比传统方法高，还可以得到这四条进洞边方位角的中误差，以评定平面进洞联系测量的精度，为后续减小横向贯通偏差奠定基础。

Description

一种隧道平面控制测量方法

技术领域

本发明实施例涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道平面控制测量方法。

背景技术

隧道施工一般是从进出口一端或同时开挖，又或从几个洞口(包括横洞、斜井、竖井、平行导坑)开始，深入到线路中线位置后，再沿线路中线相向开挖。也就是目前普遍采用的“长隧短打”的施工方法。无论哪种施工方式，其隧道贯通误差均是评估隧道施工建设质量的一个重要指标。尽管在隧道施工前已建立了高精度的洞外、洞内独立施工控制网，由于洞外施工控制测量、洞内施工测量误差不可避免的存在，导致隧道均存在一定的贯通误差，包括横向贯通误差、高程贯通误差、纵向贯通误差以及方位角贯通误差。就目前的测量技术水平和工程要求而言，高程贯通误差、纵向贯通误差以及方位角贯通误差相对容易解决，横向贯通误差是要着重考虑的方面。

现有《高速铁路工程测量规范》中对特长隧道(20公里及以上)贯通误差未做明确规定，路内各设计院、施工单位、各大专院校方面目前没有针对20公里及以上特长隧道横向贯通误差这一问题进行过全面、***的研究，其贯通误差的估测及限差在各类规范中也没有给出一个明确的值。随着高标准大规模铁路建设的不断推进，20公里及以上特长隧道已越来越多，开展特长隧道贯通误差研究，解决特长隧道横向贯通误差估测以及误差控制问题，对于高速铁路以及其它项目特长隧道的施工具有广泛的借鉴意义和参考价值。

发明内容

本发明实施例提供一种隧道平面控制测量方法，结合固定测站和自由测站，对构成的网形进行约束平差，平差后不仅可以得到进洞方位角，且这样可提高进洞边方位角的精度。

第一方面，本发明实施例提供一种隧道平面控制测量方法，包括：

在隧道洞外设置若干固定测站，在若干所述固定测站上，以全圆方向距离观测法进行水平方向和距离测量；

在隧道洞外设置至少一个自由测站，基于所述自由测站对所述固定测站进行平面进洞构网联系测量，以对所述自由测站和所述固定测站构成的网形进行约束平差，得到隧道的进洞方位角。

作为优选的，在隧道洞外设置若干固定测站，在若干所述固定测站上，以全圆方向距离观测法进行水平方向和距离测量，具体包括：

在隧道洞外设置第一固定测站、第二固定测站和第三固定测站，在隧道洞口设置第四固定测站和第五固定测站；其中，所述第一固定测站、所述第二固定测站和所述第三固定测站呈三角分布；

将所述第四固定测站和所述第五固定测站作为未知点，分别在所述第四固定测站、所述第五固定测站、所述第一固定测站和所述第二固定测站进行边角构网测量。

作为优选的，基于所述自由测站对所述固定测站进行平面进洞构网联系测量，具体包括：

基于全圆方向距离观测法在所述自由测站上观测测量第二固定测站、第一固定测站、第四固定测站和第五固定测站，在所述第一固定测站上观测测量第三固定测站、第二固定测站、第四固定测站和第五固定测站，在第二固定测站上观测测量第一固定测站、第四固定测站和第五固定测站。

作为优选的，还包括：

若在洞内采用三棱镜作为观测目标，则采用包括至少一个自由测站的加强型的长边交叉导线网作为洞内平面控制网。

作为优选的，还包括：

在辅助通道与正洞交叉口进行平面联系测量时，在所述辅助通道内的交叉导线网中间加测至少一个自由测站，在所述辅助通道和所述正洞交叉口加测一个临时固定测站，在所述正洞内的交叉导线网中间加测至少一个自由测站，基于交叉导线网和自由测站进行平面联系测量。

作为优选的，还包括：

若在洞内第一测量范围的观测边智能型全站仪均无法进行正常的边角测量，则在洞内布设点对纵向间距在第一预设范围的交叉导线网，并使用三棱镜进行交叉导线网的边角测量；并在交叉导线网中部加测一个自由测站，形成加强型短边交叉导线网。

作为优选的，还包括：

若在洞内第二测量范围的观测边智能型全站仪均无法进行正常的边角测量，则在洞内布设点对纵向间距在第二预设范围的交叉导线网，并使用三棱镜进行交叉导线网的边角测量；并在交叉导线网中部加测一个自由测站，形成加强型短边交叉导线网；其中，所述第二测量范围中的值均小于所述第一测量范围内的值。

本发明实施例提供的一种隧道平面控制测量方法，将洞口的固定测站当作未知点，结合洞外设置的固定测站进行边角构网测量；为了加强平面进洞联系测量的构网网形强度，加设一个自由测站，在自由测站点分别边角构网进行边角的自由测站测量，实现对自由测站和固定测站构成的网形进行约束平差，平差后不仅可以得到进洞方位角，且这样得到的进洞边方位角的精度，显然比传统方法高，还可以得到这四条进洞边方位角的中误差，以评定平面进洞联系测量的精度，为后续减小横向贯通偏差奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为根据本发明实施例的平面进洞构网联系测量方法示意图；

图2为根据本发明实施例的洞内加强型长边交叉导线网网形示意图；

图3为根据本发明实施例的辅助通道与正洞交叉口平面联系测量方法示意图；

图4为本发明实施例的加强型短边交叉导线网测量方法示意图；

图5为根据本发明实施例的点对纵向间距为150m的自由测站边角交会网测量方法示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的***、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供一种隧道平面控制测量方法，包括：

在隧道洞外设置若干固定测站，在若干所述固定测站上，以全圆方向距离观测法进行水平方向和距离测量。

具体的，在隧道洞外设置第一固定测站、第二固定测站和第三固定测站，在隧道洞口设置第四固定测站和第五固定测站；其中，所述第一固定测站、所述第二固定测站和所述第三固定测站呈三角分布；

将所述第四固定测站和所述第五固定测站作为未知点，分别在所述第四固定测站、所述第五固定测站、所述第一固定测站和所述第二固定测站进行边角构网测量。

进一步地，在隧道洞外设置至少一个自由测站，基于所述自由测站对所述固定测站进行平面进洞构网联系测量，以对所述自由测站和所述固定测站构成的网形进行约束平差，得到隧道的进洞方位角。

如图1中所示，A、B、C为洞外已知坐标的GNSS控制点，现有技术的平面进洞联系测量方法是在洞口布设进洞联系测量点1、2号点，然后通过A、B、C通过洞口加密测量获得1、2号点的坐标；接着分别在1点设站，把1-A边的方位角传递到洞内的1-3和1-4边，以及在2号点设站，把2-B边的方位角传递到洞内的2-3和2-4边。

而在本实施例中，首先把1、2号点当作未知点，然后分别在1、2、A、B四个点分别设站(依次为第四固定测站、第五固定测站、第一固定测站、第二固定测站)进行边角构网测量；接着，为了加强平面进洞联系测量的构网网形强度，在O点加设一个自由测站点，在O点分别对1、2、A、B四个点进行边角的自由测站测量，这样的话就可以对A、B、C(第三固定测站)、O、1、2点构成的网形进行约束平差，平差后不仅可以得到1-3、1-4、2-3、2-4边的进洞方位角，且这样得到的进洞边方位角的精度，显然比传统方法高，还可以得到这四条进洞边方位角的中误差，以评定平面进洞联系测量的精度，为后续减小横向贯通偏差奠定基础。

如图1中所示，优化后的平面进洞构网联系测量各个测站的具体观测方法为：在自由测站O观测测B、A、1、2四个点，在站A观测C、B、1、2四个点，在站B观测A、1、2三个点，分别在站1、2观测B、A、3、4四个点。在以上各个测站上，均要求采用全圆方向距离观测法进行不少于六个测回的水平方向和距离测量，要求方向观测值满足半测回归零差小于3″、测回内2C互差小于4″和测回间方向值互差小于3″的限差，要求距离观测值满足同一个测点测回内和测回间的距离互差小于2mm的限差。

为了提高平面进洞构网联系测量的精度，A、B、C、1、2、3和4号点应该均建立强制观测墩，以消除对中误差对进洞边方位角的影响。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，还包括：

若在洞内采用三棱镜作为观测目标，则采用包括至少一个自由测站的加强型的长边交叉导线网作为洞内平面控制网。

在洞内通视条件良好的段落，要求在采用三棱镜作为观测目标的情况下，尽量采用加强型的长边(600m左右)交叉导线网作为洞内平面控制网。因为长边可以减少洞内控制点的数量，同样可以减少需要进行角度观测的测站数量，从而有效地提高洞内平面控制网的横向精度。此外，为了提高长边交叉导线网的强度及其横向精度，可以在图2中的5、6点中间加测一个自由测站，图中包括若干固定测站(点1至点10)，自由测站设于最中间两个相对的固定测站(5、6)之间。

如图2所示，加强型长边交叉导线网具体观测方法为：分别在测站5、6观测2、1、9、10四个点，在自由测站O观测也观测2、1、9、10四个端部的点。加强型长边交叉导线网中各个测站的观测方法及其技术要求，与上述实施例中的相同。

相对于传统的洞内交叉导线网，加强型长边交叉导线网的技术优势主要有：

1)洞内控制点数量和需要进行角度测量的测站数量成倍减少；

2)网形强度明显增强；

3)自由测站的四条观测边水平方向观测值受旁折光的影响显著减小，可以弥补传统交叉导线网平行于隧洞侧壁的观测边(5-1、5-9、6-2、6-10)水平方向观测值受旁折光影响显著的缺陷。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，该方法还包括：

在辅助通道与正洞交叉口进行平面联系测量时，在所述辅助通道内的交叉导线网中间加测至少一个自由测站，在所述辅助通道和所述正洞交叉口加测一个固定测站，在所述正洞内的交叉导线网中间加测至少一个自由测站，基于交叉导线网和自由测站进行平面联系测量。

辅助通道与正洞交叉口平面联系测量，是独头掘进隧道横向贯通误差控制的关键环节。众所周知，由于大多数斜井的纵坡较大，所以斜井内的交叉导线网的边长一般较短，如图3所示，1-3和2-4边仅为230m左右；此外，辅助通道与正洞交叉口施工机具众多，测量的通视条件不好，所以交叉口正洞内的交叉导线网的边长也不是太长。这些不利因素均会影响辅助通道与正洞交叉口平面联系测量的成果质量，为此，为了有效控制独头掘进超长隧道的横向贯通误差，需要对辅助通道与正洞交叉口平面联系测量方法进行优化。

如图3所示，为了对传统的辅助通道与正洞交叉口平面联系测量方法进行优化，分别在辅助通道内的交叉导线网1、2、3、4点中部加测一个自由测站01，在正洞内的交叉导线网3、4、5、6点中部加测一个自由测站02，在交叉口加测一个临时点A，然后按照下图3中所示的连线，进行加强后的辅助通道与正洞交叉口平面联系测量。

加强后的辅助通道与正洞交叉口平面联系测量具体测量方法为：在自由测站O1，观测2、1、3、4四个点；在自由测站O2，观测4、3、5、6四个点；分别在测站3、4，观测2、1、5、6四个点；在临时点A，观测2、1、5、6四个点；分别在测站1、2、5、6，均对3、4、A点进行观测，且在A点采用三联脚架法进行观测(A点不是强制观测桩时)。图3中各个测站的观测方法及其技术要求，也与上述实施例中的相同。

相对于传统的辅助通道与正洞交叉口平面联系测量，优化后的方法具有以下优势：

1)在交叉口短边和通视条件不好的情况下，优化后的辅助通道与正洞交叉口平面联系测量图形强度得到了显著提高，多余观测数增多，因此方位角传递的精度更高；

2)交叉口两侧的交叉导线网局部网形强度显著增大；

3)通过点A，使交叉口两侧的辅助通道内交叉导线网与正洞内交叉导线网间的联系更加密切了。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，该方法还包括：

若在洞内第一测量范围的观测边智能型全站仪均无法进行正常的边角测量，则在洞内布设点对纵向间距在第一预设范围的交叉导线网，并使用三棱镜进行交叉导线网的边角测量；并在交叉导线网中部加测一个自由测站，形成加强型短边交叉导线网。

由于独头掘进超长隧道洞内通风条件较差，加上洞内潮湿和粉尘，导致洞内部分地段通视条件较差，造成400m左右的观测边智能型全站仪均无法进行正常的边角测量。此时首先应在洞内布设点对纵向间距为300m左右的交叉导线网，并使用三棱镜进行交叉导线网的边角测量，除此之外还应该在该段落的交叉导线网中部加测一个自由测站点，形成加强型短边交叉导线网，如图4所示，以提高观测条件不好地段短边交叉导线网的强度和精度。

加强型短边交叉导线网的具体测量方法为：分别在测站3和4，观测2、1、5、6四个点；然后在自由测站O，观测2、1、5、6四个点。每个测点均使用三棱镜组进行观测。各个测站的测量方法及其技术要求，与上述实施例相同。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，该方法还包括：

若在洞内第二测量范围的观测边智能型全站仪均无法进行正常的边角测量，则在洞内布设点对纵向间距在第二预设范围的交叉导线网，并使用三棱镜进行交叉导线网的边角测量；并在交叉导线网中部加测一个自由测站，形成加强型短边交叉导线网；其中，所述第二测量范围中的值均小于所述第一测量范围内的值。

同样由于洞内通风条件较差，加上洞内潮湿和粉尘，导致洞内部分地段通视情况极端差，造成300m左右的观测边智能型全站仪均无法进行正常的边角测量。此时，应该在洞内通视情况极差段落布设相邻点对纵向间距为150m左右的自由测站边角交会网，并按照如图5所示的方法进行外业测量。

点对纵向间距为150m的自由测站边角交会网具体测量方法为：各个洞内控制点均为强制观测墩，在自由测站O1，观测2、1、1-1、2-1、3、4六个点；在自由测站O2，观测2、1、2-1、1-1、3、4六个点。在观测条件极差地段布设自由测站边角交会网的好处，主要是自由测站的观测边均没有平行于隧洞侧壁，受旁折光的影响较小。

综上所述，本发明实施例提供的一种隧道平面控制测量方法，将洞口的固定测站当作未知点，结合洞外设置的固定测站进行边角构网测量；为了加强平面进洞联系测量的构网网形强度，加设自由测站，在自由测站点分别边角构网进行边角的自由测站测量，实现对自由测站和固定测站构成的网形进行约束平差，平差后不仅可以得到进洞方位角，且这样得到的进洞边方位角的精度，显然比传统方法高，还可以得到这四条进洞边方位角的中误差，以评定平面进洞联系测量的精度，为后续减小横向贯通偏差奠定基础。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种隧道平面控制测量方法，其特征在于，包括：

在隧道洞外设置若干固定测站，在若干所述固定测站上，以全圆方向距离观测法进行水平方向和距离测量，其具体包括在隧道洞外设置第一固定测站、第二固定测站和第三固定测站，在隧道洞口设置第四固定测站和第五固定测站；其中，所述第一固定测站、所述第二固定测站和所述第三固定测站呈三角分布；

将所述第四固定测站和所述第五固定测站作为未知点，分别在所述第四固定测站、所述第五固定测站、所述第一固定测站和所述第二固定测站进行边角构网测量；

在隧道洞外设置至少一个自由测站，基于所述自由测站对所述固定测站进行平面进洞构网联系测量，以对所述自由测站和所述固定测站构成的网形进行约束平差，得到隧道的进洞方位角，其中，基于所述自由测站对所述固定测站进行平面进洞构网联系测量，具体包括：

基于全圆方向距离观测法在所述自由测站上观测测量第二固定测站、第一固定测站、第四固定测站和第五固定测站，在所述第一固定测站上观测测量第三固定测站、第二固定测站、第四固定测站和第五固定测站，在第二固定测站上观测测量第一固定测站、第四固定测站和第五固定测站；其中，方向及距离观测值满足预设的施工内容规范要求。

2.根据权利要求1所述的隧道平面控制测量方法，其特征在于，还包括：

若在洞内采用三棱镜作为观测目标，则采用包括至少一个自由测站的加强型的长边交叉导线网作为洞内平面控制网。

3.根据权利要求1所述的隧道平面控制测量方法，其特征在于，还包括：

在辅助通道与正洞交叉口进行平面联系测量时，在所述辅助通道内的交叉导线网中间加测至少一个自由测站，在所述辅助通道和所述正洞交叉口加测一个固定测站，在所述正洞内的交叉导线网中间加测至少一个自由测站，基于交叉导线网和自由测站进行平面联系测量。

4.根据权利要求1所述的隧道平面控制测量方法，其特征在于，还包括：

若在洞内第一测量范围的观测边智能型全站仪均无法进行正常的边角测量，则在洞内布设点对纵向间距在第一预设范围的交叉导线网，并使用三棱镜进行交叉导线网的边角测量；并在交叉导线网中部加测一个自由测站，形成加强型短边交叉导线网。

5.根据权利要求4所述的隧道平面控制测量方法，其特征在于，还包括：

若在洞内第二测量范围的观测边智能型全站仪均无法进行正常的边角测量，则在洞内布设点对纵向间距在第二预设范围的交叉导线网，并使用三棱镜进行交叉导线网的边角测量；并在交叉导线网中部加测一个自由测站，形成加强型短边交叉导线网；其中，所述第二测量范围中的值均小于所述第一测量范围内的值。

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