张奇

水利工程建设中，隧洞的施工难度较大、精度要求较高，因此，必须对此进行专门的技术设计。本文对水利工程隧洞洞内控制网的设计，控制网观测与数据处理及检核进行了研究。

1 洞内控制网的网形设计

一般来说，水利工程建设施工中，洞内控制网可布设成单导线，双导线，主副导线和导线网等各种形式。但对于水利工程隧洞洞内施工而言，洞内控制网应布设成狭长导线网。在进行水利工程隧洞的洞内控制网布设时，一定要使控制网具有足够的检核条件。不仅要有精度检核条件，还应有可靠行检核条件，还应注意减弱诸如旁折光之类的系统误差的影响，为了保证洞内控制网的精度，必须设计出能对已测的洞内控制网的精度进行准确评定的方法：为保证不出现粗差，必须能通过多种路径对洞内控制网的观测和计算的准确性和可靠性进行检核。洞内控制网的网行通常为线形交叉导线网。在直道处可布设成对称交叉导线网，其图形如图图1（a）所示；在弯道处应布设成单侧交叉导线网，其图形如图1（b）所示。

洞内控制网的纵向边长，在直道处主要受洞内观测条件的影响，在弯道处主要受弯道的限制。根据洞内的条件，在照明条件良好的情况下，保证良好的观测条件且视线不宜太长。在直道处的纵向边长，根据各直道处的不同长度确定。在弯道处的纵向边长，应根据隧道的直徑、弯道的半径和导线网的网形确定。

根据上述设计原则，经计算即可确定隧洞内控制点的设计点位，进而进行洞内控制桩点的布设。

2 洞内控制网的观测纲要设计

洞内控制网的观测纲要设计主要内容包括测角中误差和测距中误差的确定与观测指标的确定等。

2.1 洞内控制网的测角中误差和测距中误差的确定

当洞内控制网对隧洞横向贯通误差影响的允许中误差MN确定后，在测距精度一般应与测角精度相匹配的原则下，测角中误差和测距中误差可按（1）式计算：

根据隧洞1和隧洞2洞内控制网对隧洞横向贯通误差的允许中误差，利用上述计算方法算得测角中误差和测距中误差列于表1中。

2.2 洞内控制网观测技术要求

当确定了洞内控制网的测角中误差和测距中误差之后，即可进行洞内控制网的观测纲要设计。在观测纲要设计时，由于角度测量和距离测量必然受到不利因素影响而使观测精度降低，为保证观测精度能达到预期要求，应从严设计，要留有一定的安全系数。根据这个原则，利用表1列出的精度指标，参照仪器的标称精度，即可确定洞内控制网的观测纲要。隧洞1和隧洞2的洞内控制网的观测纲要列于表2中。

2.3 洞内控制网的布设与施测

洞内控制网桩点的设置洞内控制网的桩点标志应设置在带有强制对中装置的仪器台上，仪器台应通过铝合金架（铝合金架不对陀螺经纬仪产生影响）固定在洞壁上。仪器台上方的洞壁上应设置照明装置。直道处的导线点应对称地设置在洞轴线两侧的洞壁上，以减弱洞壁旁折光的影响。两个对称导线点间的间距应用检定过的特制钢尺来量测，因此在直道段导线点的仪器台上应增设量距装置。

3 洞内控制网的观测

在洞内基本导线网的角度观测中，当方向数为2个时，应采用左右角观测法；当方向数为3个或3个以上时，应采用全圆观测法；边长要进行对向观测，要测量气象元素，并进行气象改正、乘常数与加常数改正以及倾斜改正；对称点间距要用经过检定的特制钢尺进行量测，应往返量测各2次，往返测较差不应超过±1mm，并进行尺长改正、温度改正和倾斜改正。洞内控制网的观测技术要求见表2。

4 洞内控制网的计算与检核

（1）为了保证洞内控制网的精度，必须对已测的洞内基本导线网的精度进行准确评定；为了确保不出现粗差，必须通过各种路径对洞内基本导线网的观测和计算的准确性、可靠性进行检核。洞内基本导线网的计算必须采用严密平差进行。洞内基本导线网的计算和检核应随着基本导线网的向前延伸而逐次进行。每当基本导线网向前延伸一个环节，则计算和检核就要进行一次，其具体做法和程序如下：

式中：mβ为测角中误差；n为多边形的内角数。

①对于直道段（如图2），设基本导线网新增加一个环节BEFC，，这将新构成ABCE和BEFB两个四边形。通过对这两个图形的角度闭合差进行检核，可以达到如下两个目的，即：检核B、E、C、F各站上的观测角值是否存在粗差：检核导线点A、B、D、E是否有位移。这是由于∠BAE和∠BDE均是前一个环节观测的角度，若有位移，则必然引起相应图形的闭合差超限。

②对于弯道段（如图2），设基本导线网新增加一个环节HLJI，这将新构成GHIL，KLIH，HIJ等3个多边形。通过对这三个图形的角度闭合差进行检核，可达到如下两个目的，即：检核H、L、I、J各站上观测的角值是否存在粗差；检核G、K、H、L各导线点是否有位移。

（2）检查新测角与原测角（如图1中的∠ABD与∠AED，∠CHK与∠GLK的较差△β）是否超限，其限差可按下式计算，即：

此项检查的目的在于在图形闭合差超限时，确定超限的原因是由于导线点位移，还是由于观测角值存在粗差。

（3）检查新增导线点的横向点位精度。这项检查可通过不同路线推算的点位横向较差（△Yi）来检查。点位横向较差的限差可按下式计算，即

式中的mYi是与导线点桩号相应的横向贯通中误差的估值。

①对直道段（图2），设基本导线网新增加一个环节BEFC，应通过DEF与ABF两条路线推算F点的坐标，通过ABE与DEC两条路线推算C点的坐标，并求出按两条路线推算出的坐标横向较差。通过对该横向较差进行检核，可达到如下两个目的，即：检核新增环节的边长测量是否存在粗差；检核新增导线点的坐标精度；

②对于弯道（如图2），设基本导线网新增加一个环节HLJI，应通过GHI与KLI两条路线推算I点的坐标，通过GHJ与KLIJ两条路线推算J点的坐标，并求出按两条路线推算出的坐标横向较差。通过对该横向较差进行检核，可达到与a）类似的目的。

③根据严密平差后的坐标计算每对导线点的间距，检查此间距与钢尺量测的间距之较差（△Si）是否超限，其限差可按下式计算，即：

（△Si）max≤2（mXY）i （7）

式中：（mXY）i为导线点i的点位中误差。

（4）应用间接平差法，对工作面以前的整个基本导线网进行严密平差（每增加一个环节进行一次），求出各导线点的坐标平差值，并求出平差后点位横向中误差，然后按下列限差进行检核，即：

5 结束语

随着社会的快速发展，一些水利工程隧洞工程的施工需要高精度的测量，而要很好的完成这些工程项目，必须要对其施工控制网进行精心的设计、精心的实施，盲目的测量会事倍功半，严重的还会影响工程项目的正常施工，可能会对工程造成难以估计的损失。

为确保水利工程隧洞施工控制网的观测精度，使用的仪器比平时要高了一个等级，观测精度也要提高了一个等级。在控制网的设计、造埋、观测工作过程中，严格按ISO9001质量体系文件运行。

参考文献

[1]孔祥元，梅是义《控制测量学》武汉大学出版社，1996.

[2]SL52-93，水利水电工程施工测量规范[S].

[3]GB12898—91，国家三、四等水准测量规范[S].

[4]於宗俦、于正林.《测量平差原理》.武汉测绘科技大学出版社，1990.

[5]姜晨光，隧道施工控制网构建方法的研究.2002年第2期.

[6]工程测量规范GB50026-93.中华人民共和国国家标准.中国计划出版社，2001.

[7]彭先进编著.测量控制网的优化设计.武汉测绘科技大学出版社，1991.