高鐵隧道橫向貫通誤差分析【沐風(fēng)書屋】

高鐵隧道橫向貫通誤差分析 摘要：隧道貫通誤差一直是現(xiàn)今各個隧道工程施工單位關(guān)注的問題，能否順利貫通及貫通的精度直接影響整個工程質(zhì)量。先闡述隧道平面控制測量中各個影響因素，再以算例對橫向貫通誤差進(jìn)行了計(jì)算，分析了影響橫向貫通精度的主要因素。 關(guān)鍵詞：高鐵；隧道測量；控制測量；橫向貫通誤差 中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16723198（2014）08019702 0引言 為什么隧道測量和橋梁、涵洞、路基這些工程測量不一樣？究其原因有兩個：（1）洞外控制導(dǎo)線需要跨越隧道長度，最終只有洞口的幾個控制點(diǎn)起洞外控制作用。（2）隧道施工作業(yè)面沿路線方向前進(jìn)，而洞內(nèi)導(dǎo)線受隧道形狀和空間的限制，只能布設(shè)成狹長導(dǎo)線。這樣就使隧道貫通時產(chǎn)生貫通誤差。 隧道控制測量的目的就是在于保證兩相向開挖方向在貫通面按設(shè)計(jì)要求正確貫通，即橫向和高程貫通誤差在規(guī)定的限差內(nèi)。本文將著重闡述橫向貫通誤差。 1橫向貫通誤差 隧道施工測量中為了更好的計(jì)算貫通誤差一般采用隧道自己的坐標(biāo)系。隧道坐標(biāo)系中，以隧道中線方向?yàn)閄軸正方向，貫通面垂直于X軸的投影方向?yàn)閅軸。橫向貫通誤差，實(shí)際就是貫通面處的Y坐標(biāo)偏差。 當(dāng)隧道長度大于1500m時，應(yīng)根據(jù)橫向貫通誤差進(jìn)行平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)，估算洞外控制測量產(chǎn)生的橫向貫通誤差影響值，并進(jìn)行洞內(nèi)測量設(shè)計(jì)。 2.相向開挖長度大于20km的隧道應(yīng)作特殊設(shè)計(jì)。 2洞外控制測量 由于GPS的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在的隧道洞外控制測量逐漸用GPS控制測量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)線控制測量.普通導(dǎo)線控制測量的橫向貫通中誤差分析同洞內(nèi)導(dǎo)線相同，而GPS控制測量誤差引起的隧道橫向貫通中誤差可按下式估算： M2=m2J+m2C+LJcos×mJ12+LCcos×mC12（1） 式中，mJ、mC進(jìn)、出口GPS控制點(diǎn)的Y坐標(biāo)誤差； LJ、LC進(jìn)、出口GPS控制點(diǎn)至貫通點(diǎn)的長度； mJ、mC 進(jìn)、出口GPS聯(lián)系邊的方位中誤差； 、 進(jìn)、出口控制點(diǎn)至貫通點(diǎn)連線與貫通點(diǎn)線路切線的夾角。 3洞內(nèi)控制測量 為了進(jìn)行檢核，洞內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)布設(shè)成狹長的多環(huán)導(dǎo)線。一般計(jì)算中，取導(dǎo)線網(wǎng)中的一條測邊組成的單導(dǎo)線來估算值。 3.1洞內(nèi)橫向貫通中誤差 受角度測量誤差和測距測量誤差的共同影響，導(dǎo)線測量誤差對貫通面上橫向貫通中誤差的影響為： M=±m2y+m2yl（2） 式中，my測角誤差影響在貫通面上產(chǎn)生的橫向中誤差（mm）； myl測邊誤差影響在貫通面上產(chǎn)生的橫向中誤差（mm）。 3.2測角誤差的影響 設(shè)Rx為導(dǎo)線環(huán)在隧道兩洞口連線的一列邊上的各點(diǎn)至貫通面的垂直距離（m），則導(dǎo)線的測角中誤差m（）對橫向中誤差的影響為： my=m1R2x（3） 圖1測角誤差對貫通面的影響3.3測距誤差的影響 設(shè)導(dǎo)線環(huán)在鄰近隧道兩洞口連線的一列側(cè)邊上的各邊對貫通面上的投影長度為dy（m），導(dǎo)線邊長測量的相對中誤差為ml/l，則由于測距誤差對貫通面上橫向中誤差的影響為： myl=ml1ld2y（4） 圖2測距誤差對貫通面的影響4算例 某高鐵隧道為直線隧道，設(shè)計(jì)長度為L=3000m，相向開挖，洞外平面控制測量設(shè)計(jì)為GPS平面控制測量。試設(shè)計(jì)測量方案并判斷該設(shè)計(jì)方案能否滿足貫通的精度要求。 4.1隧道洞外平面控制橫向貫通誤差 本例是高鐵隧道，高鐵中施工加密網(wǎng)的控制采用四等。固定誤差a5（mm），比例誤差系數(shù)b2（mm/km），基線方位角中誤差2（），約束點(diǎn)間的邊長相對中誤差1/100000，約束平差后最弱邊邊長相對中誤差1/70000。GPS控制測量中CPI的相鄰點(diǎn)間的相對點(diǎn)位誤差為10mm。 根據(jù)公式（1），逐項(xiàng)分析。GPS控制測量中CPI的相鄰點(diǎn)間的相對點(diǎn)位誤差為10mm。鑒于山嶺隧道測量的復(fù)雜性等其他因素，本例mJ=mC=15mm；考慮到洞外控制點(diǎn)位布設(shè)里洞口有一定距離，假設(shè)GPS控制點(diǎn)里洞口500m，本例LJ=LC=2000m（貫通面取隧道中心）；當(dāng)=45°時，cos=cos=0.707最大，本例取其最大值；由規(guī)范可知mJ=mC=2。 解得洞外貫通中誤差M=21.2mm。 4.2隧道洞內(nèi)平面控制橫向貫通誤差 根據(jù)規(guī)范要求，本算例洞內(nèi)控制采用導(dǎo)線三等，適用長度3-6km，測角中誤差1.8，邊長相對中誤差1/50000。洞內(nèi)設(shè)計(jì)采用交叉雙導(dǎo)線法，根據(jù)隧道斷面尺寸，將導(dǎo)線點(diǎn)間距離設(shè)置為縱向200m橫向6m，具體布置如圖： 組成的導(dǎo)線估算影響值，本例考慮影響值最大時的貫通誤差，取JY1-JZ2-JY3-JZ4-JY5-JZ6-JY7-JZ8-CY8-CZ7-CY6-CZ5-CY4-CZ3-CY2-CZ1作為計(jì)算導(dǎo)線。 根據(jù)公式（3），逐項(xiàng)分析。由規(guī)范可知m=1.8；由圖可知RXJY1=1500，RXJZ2=1300，RXJY3=1100，RXJZ8=100，RXCY8=100，RXCZ7=300，RXCY6=500，RXCZ2=1300，RXCY1=1500。 解得my=32.2mm 根據(jù)公式（4），逐項(xiàng)分析。由規(guī)范可知，導(dǎo)線邊長測量的相對中誤差為ml/l=1/50000；由圖可知，RYJY1=RYJZ2=RYCY1=6m。 解得myl=0.5mm。 根據(jù)公式（2），解得洞內(nèi)貫通中誤差M=32.2mm。 4.3洞內(nèi)外綜合貫通中誤差 根據(jù)誤差傳播定律M2綜和=M2洞外+M2洞內(nèi) 可得M綜和=38.6mm 4.4結(jié)果 本隧道L=3km，采用表1隧道貫通誤差規(guī)定中L<4km的規(guī)范要求。 M洞外=21.2mm<30mm（規(guī)范要求） M洞內(nèi)=32.2mm<40mm（規(guī)范要求） M綜和=38.6mm<50mm（規(guī)范要求） 設(shè)計(jì)測量方案滿足貫通精度要求。 5結(jié)束語 （1）只要嚴(yán)格按照規(guī)范要求布設(shè)控制網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)，設(shè)計(jì)橫向貫通誤差是滿足規(guī)范要求的。 （2）其中洞外控制點(diǎn)的Y坐標(biāo)誤差和洞內(nèi)角度測量的精度對橫向貫通誤差的影響較大，現(xiàn)場控制測量中應(yīng)注意。 （3）當(dāng)洞內(nèi)導(dǎo)線平差后超出限差時，應(yīng)及時分析原因，進(jìn)行復(fù)測，直至滿足規(guī)范要求。 參考文獻(xiàn) 1高速鐵路工程測量規(guī)范（TB 10601-2009）S.北京：中國鐵道出版社，2010. 2張項(xiàng)鐸，張正祿.隧道工程測量（工程測量經(jīng)驗(yàn)叢書）M.北京：測繪出版社，1998.7青草綠