公路隧道施工测量及其注意事项分析

2015-05-11谢启金

黑龙江交通科技 2015年9期

关键词：水准测量水准洞口

谢启金

(黔南州交通设计院)

公路隧道施工测量及其注意事项分析

谢启金

(黔南州交通设计院)

对于公路隧道施工而言，其施工测量有利于确保了隧道的顺利贯通。在具体的工程中，必须根据工程的地形条件与测量要求，选择合适的测量方案，并在施工过程中做到严谨、规范。主要根据具体的工程实例分析了公路隧道施工测量及其注意事项。

公路隧道；施工测量；注意事项

1 工程概况

本文主要以某高速公路的隧道施工项目为例，该隧道共计1 241m，左右洞为分离布置，左洞共计1 217m，右洞共计1 265m，属于长隧道。该隧道区处于丘陵地貌，残丘山脊呈现为北西—南东走向，相对高差为150m，进出口山坡的坡度近20°～25°。因此，为了确保该隧道的顺利贯通，在施工之前对其进行了控制测量。

2 隧道控制测量方法

隧道的控制测量主要可以分为两个部分，一为平面控制测量，即测定点位的X，Y坐标；二为高程控制测量，即测定点位的H坐标。

平面控制测量主要可以使用GPS测量、导线测量、三角测量或是三边测量的方法，其中，路线的平面控制测量应使用导线测量的方法。高程控制根据精度可以分为五个等级，针对各等级的高程控制，可以使用水准测量的方法，四等及以下的等级使用电磁波测距三角高程测量，五等使用GPS拟合高程测量。

3 隧道洞外控制测量

(1)对隧道的进出口进行联测。综合相关规范中对于长隧道的洞外控制测量精度要求以及本工程的测设条件，决定使用精密导线法对隧道的进出口进行洞外平面控制网联测，在四等水准测量的导线联测中，将隧道进口的设计点L5、L6作为起算边，沿着县道与省道布点，进行导线点的加密联测，一共布设了15个加密点，从而联测至该隧道的出口设计点L1、L2。导线共计5 155.120m，观测了17站。角度的闭合差是+6″，与容许值相差±41″，达到要求；导线全长的闭合差f为0.061，全长相对闭合差K为1/84 510，与规范相差1/17 000，达到精度要求。在水准联测中，将该隧道的进口设计点L6作为起点，根据四等水准测量精度要求进行测量，沿着县道、省道联测至隧道出口设计点L1，并开展往返测量，一共为116站。联测结果显示水准闭合差是+15mm，容许闭合差是±64mm，达到了精度的要求。

(2)对设计水准点于导线点进行复测，确认达到精度要求后，对施工控制网进行加密处理。在洞外选择合适点位(稳固、可靠、通视良好)加密洞口的四等三角网。因为该隧道左右洞均是曲线进洞、直线出洞，因此，在选择点位时应考虑到后期洞内加密网型的走向以及洞外控制网如何相连才能够到达最优，防止因为洞外添加转点而出现累计误差。

在本工程中，为了使得施工控制网精度达到相应的要求，使用了徕卡TS06全站仪观测，而水平角观测使用的为方向观测法六测回，奇测回观测左角，偶测回观测右角，方向观测的过程中各项限差满足相关规范的精度要求。在测量的前后，测定温度与气压输入仪器，经过仪器加常数、乘常数以及气象、倾斜改正化算成水平距离。若是洞口高差较大，则观测距离成果应进行投影改正，其计算公式如下所示

式中：D为归算到投影高程面上的测距边长度，m；D0为测距边两端平均高程面上的平距，m；H0为测区的投影面高程，m；HM为测距边两端的平均高程，m；RA为地球曲率半径，m。

洞外高精度水准点大多数都和导线控制点重合，以便在施工测量中使用。在进行水准测量的过程中，实施往返测量。将隧道进口设计点L6作为起点，往进洞口的方向测设加密点JK-1的高程，采取往返测量，一共12站，水准闭合差是+6mm，容许闭合差是±20mm；将隧道出口将设计点L1作为起点，向着洞口的方向测设加密点CK-1高程，采取往返测量，一共14站，水准闭合差是-4mm，容许闭合差是±22mm。

4 隧道洞内控制测量

4.1 洞内平面控制测量

(1)本隧道洞内平面控制网使用的是导线形式，并将洞口投点(插点)作为起始点，沿着隧道的中线或是隧道的两侧布设成直伸长边导线，或是狭长的多环导线。

(2)导线的边长要求应近似相等，直线段必须≥200m，曲线段必须≥70m，导线边与洞内设施的距离应≥0.2m。

(3)在双线隧道或是其他的辅助坑道同时掘进的过程中，必须分别布设导线，并且通过横洞连成闭合环。

(4)当隧道掘进到导线设计边长2～3倍，必须进行一次导线的延伸测量。

(5)针对长距离隧道，应加测一定数量的陀螺经纬仪定向边。

(6)当隧道封闭进行气压施工，应对观测距离作气压改正。

图1 隧道进口右洞洞内导线布设示意图

从图1中可以看出，该隧道进口右洞掌子面掘进到400m左右，进行了一次洞内平面控制测量，由于洞口段处于曲线段，点Y-1～Y-3，点Y-2～Y-4距离处于100～150m，从而确保互相通视，Y-5处于已经浇筑的整平层最前端，导线为狭长形。在该次平面控制测量过程中，共计架设了7站，角度闭合差是+4″，容许值是±26″，导线全长闭合差是0.007，全长相对闭合差是1/162 921，其精度均达相应要求。

4.2 洞内高程控制测量

洞内的高程控制测量主要使用的是水准测量方法，和洞口水准点、相关洞口水准点(含竖井和平洞口)以及必要的洞外水准点，应组成闭合或是往返水准路线。为了确保施工、复测方便，洞内的水准点布设密度必须较大。

5 隧道施工的注意事项

5.1 贯通误差对隧道贯通的影响

(1)纵向误差影响隧道中线的长度和线路的设计坡度。(2)横向误差影响线路方向，如果超过一定的范围，就会引起隧道几何形状的改变，甚至造成侵入建筑限界而迫使大段衬砌拆除重建，既给工程造成重大经济损失又延误了工期。因此，必须对横向误差加以限制。(3)高程误差主要影响线路坡度。

5.2 贯通误差估算的方法

贯通误差估算的方法因控制网的形式不同而异。

5.2.1 导线测量误差对横向贯通精度的影响估算

(1)测角误差

设RX为导线环在隧道两洞口连线的一列边上的各点至贯通面的垂直距离(m)，则导线的测角中误差mβ(″)对横向贯通中误差的影响为

图2 测角误差的估算

(2)测距误差

设导线环在邻近隧道两洞口连线的一列测边上的各边对贯通面上的投影长度为dy(m)，导线边长测量的相对中误差为ml/l，则由于测距误差对贯通面上横向中误差的影响为

图3 测距误差的估算

受角度测量误差和距离测量误差的共同影响，导线测量误差对贯通面上横向贯通中误差的影响为

5.2.2 三角测量误差对横向贯通精度的影响估算

(1)按照严密公式计算。(2)按导线估算：偏于安全，目前不提倡。

5.2.3 高程控制测量对高程贯通误差的影响估算

在贯通面上，受洞外或洞内高程控制测量误差影响而产生的高程中误差为

式中：MΔ为每千米水准测量的偶然中误差，mm；L为洞外或洞内两开挖洞口间高程路线长度的公里数。

5.3 隧道贯通误差的测定

(1)平面贯通误差的测定。隧道贯通之后，在隧道的贯通面上钉一根临时桩，并利用隧道进口控制点与出口控制点，分别向着临时桩测量，测取临时桩点平面坐标，把两组坐标差值投影至贯通面上与隧道中线上，则贯通面上投影就是横向贯通误差，中线上投影就是纵向贯通误差。(2)高程贯通误差的测定。高程贯通误差的测量主要使用的是水准测量的方法，由隧道的进口与出口附近水准点开始，分别向着洞内测量，从而得出贯通面上同一点高程，并得到两个高程之差。

5.4 隧道贯通误差的调整

(1)平面贯通误差调整。当贯通误差≤50mm，为了确保达到隧道建筑限界要求，可不调整线路中线。当贯通误差>50mm，应使用线位拟合的方法进行调整，并且调整后的线路必须达到平顺性标准以及隧道建筑限界的要求。

(2)高程贯通误差调整。贯通点附近的水准点高程，使用从贯通面两端引测的高程平均值，作为调整后高程。洞内未衬砌地段各水准点的高程，应按照水准路线长度对高程贯通误差进行按比例分配，得到调整后高程，作为施工放样依据。