CN103541738A - 特长隧道独立施工控制网的建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特长隧道独立施工控制网的建立方法。隧道工程施工开挖的测量误差不可避免地存在，导致隧道相向开挖存在贯通误差，直接影响隧道的准确贯通。本发明通过建立隧道进、出口以及辅助坑道洞口控制点，采用高精度的测量仪器，把隧道进、出口以及辅助坑道洞口的全部控制点纳入到一个整体网中去观测，通过建立隧道独立施工平面坐标系、高程系的方法进行数据处理，获得隧道独立控制网平面、高程控制点的成果。本发明可以很好地解决特长隧道独立施工控制网建立一系列问题，保证隧道与线路线位的一致性，保证隧道施工测量精度，指导特长隧道快速、准确开挖，同时控制特长隧道贯通误差，保证隧道准确贯通，保障隧道施工建设质量。

Description

特长隧道独立施工控制网的建立方法

技术领域

    本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种特长隧道独立施工控制网的建立方法。

背景技术

特长隧道施工方案要么是从隧道进、出口两端洞口相向开挖，要么是从隧道进口、出口开挖，同时从隧道各个辅助坑道洞口开始，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”的施工方案。无论哪种施工方案，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。为了控制隧道贯通误差，确保隧道准确贯通，应建立高精度的隧道独立施工控制网，包括平面控制网和高程控制网。对于采用相向开挖以及 “长隧短打”施工方案的特长隧道，通过建立隧道进、出口以及各个辅助坑道洞口控制点，采用高精度的测量仪器，把隧道进、出口以及各个辅助坑道洞口的全部控制点纳入到一个整体网中去观测，通过建立隧道独立施工平面坐标系、高程系的方法进行数据处理，获得隧道独立控制网平面、高程控制点成果。隧道施工就是在统一的坐标、高程基准下，采用精度互相匹配的平面、高程控制点来进行测量导向，从而保证了隧道施工测量的精度，确保特长隧道各个开挖面之间准确贯通。

随着科学技术的发展和进步，目前铁路、公路等特长隧道工程已越来越多，为特长隧道建立独立施工控制网，指导特长隧道快速、准确开挖，同时控制特长隧道贯通误差，保证隧道准确贯通，保障隧道施工建设质量，是十分必要和重要的事情。特长隧道独立施工控制网的建立方法对于铁路、公路等特长隧道工程的施工具有广泛的借鉴意义和重要的参考价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效保证特长隧道准确贯通的特长隧道独立施工控制网的建立方法。

本发明所采用的技术方案是：

特长隧道独立施工控制网的建立方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：隧道独立坐标系的建立：

（1）隧道独立平面坐标系的建立：

以隧道洞内线路设计平均高程面为坐标投影的基准面，以隧道工程中心中央子午线经线作为坐标投影的中央子午线，以隧道左线进口切(中)线上的洞口投点为坐标起算点，坐标起算点与同一切(中)线上的另一洞口投点的连线为X轴，过坐标起算点、垂直于X轴为Y轴；

（2）隧道独立高程系的建立：

采用与线路定测高程系一致的高程系；

步骤二：隧道控制测量精度等级的确定：

（1）隧道平面控制测量精度等级的确定：

根据隧道长度和隧道横向贯通中误差限值，按式（1）估算联测边方位角的精度，由此选定控制网平面控制测量精度等级；

        （1）

式中：

f_方——联测边的方位角精度，以秒为单位；

△——洞外控制测量引起横向贯通中误差，以㎜计；

L ——隧道长度，按设计长度加进、出口投点至洞口的距离，以㎜计；

ρ——206265″；

（2）隧道高程控制测量精度等级的确定：

隧道高程控制测量采用二等水准测量方式进行；

步骤三：隧道控制网网形设计：

（1）平面控制网：

隧道平面控制网图形由独立基线构成，网的基本图形采用大地四边形、四边形和三角形；进、出口子网间联系网、辅助坑道子网间联系网均采用四边形或者大地四边形；

辅助坑道的设计型式包括斜井、竖井、横洞、平行导坑；

（2）高程控制网：

隧道高程控制网采用单一水准路线布设，对隧道进、出口定测水准点进行贯通测量，从隧道进口附近的定测水准点开始，连续测至隧道出口附近的定测水准点。各个隧道洞口、辅助坑道洞口的水准点高程，从进、出口主水准路线上的精测水准点上直接引测；

步骤四：隧道控制点布设：

（1）平面控制点：

隧道进、出口各布设4个平面控制点，不含中线投点，每个辅助坑道洞口布设3个平面控制点；

在隧道进、出口设置洞口投点；

辅助坑道洞口的一个控制点布设在其洞口附近；

洞口控制点间互相通视；

（2）水准点：

隧道进、出口、辅助坑道洞口水准点均设置3个，隧道洞口水准点间的高差，以安置一次仪器即可连测为宜；进、出口水准路线上的明显固定标志当转点联测，否则2km～3km设置一个固定留点；沿线的国家水准点予以联测；

步骤五：独立施工坐标和高程成果计算：

（1）GPS控制点施工坐标成果计算：

施工坐标采用专门研制的隧道施工坐标计算程序进行处理；以WGS-84无约束平差所获得的大地坐标，直接投影计算GPS控制点在施工坐标系中坐标，坐标投影面为隧道线路平均高程面；

（2）高程控制点成果计算：

从隧道进口定测水准点开始，连续推算至隧道出口定测水准点；各个隧道洞口、辅助坑道洞口的水准点高程，从进、出口主水准路线上的精测水准点上直接引测推算。

步骤三的（1）中，隧道各部分子网图形如下：

（1）隧道进口子控制网：

由一个大地四边形组成，布设GPS控制点4个，洞口投点2个；

（2）隧道辅助坑道子控制网：

由一个三角形组成；

（3）隧道出口子控制网：

由一个大地四边形组成，布设GPS控制点4个，洞口投点2个；

进出口联系网采用长边方式，坐标原点与X轴向点为GPS基线矢量直接边，并具有四等以上高程，采用水准联测方式得到。

步骤三中，平面控制网通过GPS卫星定位测量静态相对定位技术建立，采用高精度双频GPS接收机进行观测，其标称精度≤5mm+1ppm，同步观测接收机数≥3台；

高程控制网采用二等水准测量的方法，采用高精度数字水准仪，其标称精度应优于1mm/km。

步骤四（1）中，隧道进、出口设置的洞口投点均设置在左线中线上，直线隧道进出口各设置2个洞口投点，曲线隧道洞身长直线两端分别设置2个中线投点；洞口投点应采用全站仪极坐标法以施工放样的精度要求进行测设。

本发明具有以下优点：

（1）建立相对独立的隧道坐标系：

隧道平面坐标系采用隧道洞内线路设计平均高程面为坐标投影的基准面，以隧道工程中心中央子午线经线作为坐标投影的中央子午线，以某洞口投点为起算点，其坐标为假定坐标，坐标方位角一般设为 0°00′00″。隧道高程控制测量是以隧道一端水准点作为起算点推算到另一端，并引测到各个辅助坑道高程控制点。这样可以不顾及起算数据误差，按照直接投影以及直接推算的方法来计算隧道独立施工坐标和高程。

（2）合理进行隧道控制测量精度设计：

洞外控制测量精度设计主要是通过估算联测边的方位角精度来进行。根据隧道长度和隧道横向贯通中误差限值（见表1），估算联测边方位角的精度，由此选定控制网精度等级（见表2），高程控制网一般采用二等水准测量的方法。据此选定高精度的测量仪器、确定合理的测量方法及技术要求，可以保证隧道控制网的测量精度，保证隧道准确贯通。

（3）以洞口投点保证线路与隧道线位的一致性：

隧道独立施工控制网以线路实地中线为依据，来设置洞口投点，并测量出控制点与中线的相对关系,依此修正隧道设计中线。这样通过洞口投点把隧道与线路联系在一起，使隧道施工时不存在中线位置的放样误差，保证线路与隧道线位的一致性。

（4）布设整体统一的隧道独立控制网：

隧道独立控制网布设不仅要求网的图形结构刚强，同时又便于施工测量和检核。布网时，进、出口、各个辅助坑道洞口分别布点，考虑图形强度、埋点要求以及施工测量便利性。测量时，把包括隧道进、出口、各个辅助坑道洞口的全部控制点纳入到整体网中去观测，并进行数据处理。这样，可保证所有控制网点拥有统一的基准、同样的精度以及相匹配的定位关系，确保特长隧道各个开挖面准确贯通。

（5）独立施工坐标和高程计算方法独特：

GPS控制点施工坐标计算采用专门研制的隧道施工坐标计算程序进行处理。以WGS-84无约束平差所获得的大地坐标，直接投影计算GPS控制点在施工坐标系中坐标，坐标投影面为隧道线路平均高程面。高程控制点成果计算从隧道进口定测水准点开始，连续推算至隧道出口定测水准点。各个隧道洞口、辅助坑道洞口的水准点高程，从进、出口主水准路线上的精测水准点上直接引测推算。

本发明可以很好地解决特长隧道独立施工控制网的建立问题，保证隧道贯通控制测量精度，确保隧道准确贯通。对于铁路、公路以及其它项目特长隧道的施工测量具有广泛的借鉴意义和重要的参考价值。本发明可以在特长隧道项目中大力推广，应用前景将非常广泛，产生的经济和社会效益十分巨大。 

附图说明

图1为隧道独立坐标系示意图。

图2为隧道进口子控制网示意图。

图3为隧道斜井子控制网以及联系网示意图。

图4为隧道出口子控制网示意图。

图5为隧道进出口子控制网联系网示意图。

图6为隧道高程控制网示意图。

图7为隧道平面标志埋设示意图

图8为隧道水准点标志埋设示意图

图9为隧道辅助坑道示意图

图10为隧道精测线路平面关系示意图。

图7和图8中，1-盖，2-土面，3-砖，4-素土，5-冻土线，6-贫混凝土。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明所涉及的特长隧道独立施工控制网的建立方法，由以下步骤实现：

步骤一：隧道独立坐标系的建立：

（1）隧道独立平面坐标系的建立：

以隧道洞内线路设计平均高程面为坐标投影的基准面，以隧道工程中心中央子午线经线作为坐标投影的中央子午线，以隧道左线进口切(中)线上的洞口投点为坐标起算点，坐标起算点与同一切(中)线上的另一洞口投点的连线为X轴，过坐标起算点、垂直于X轴为Y轴；

（2）隧道独立高程系的建立：

采用与线路定测高程系一致的高程系；

步骤二：隧道控制测量精度等级的确定：

（1）隧道平面控制测量精度等级的确定：

根据隧道长度和隧道横向贯通中误差限值，按式（1）估算联测边方位角的精度，由此选定控制网平面控制测量精度等级；

        （1）

式中：

f_方——联测边的方位角精度，以秒为单位；

△——洞外控制测量引起横向贯通中误差，以㎜计；

L ——隧道长度，按设计长度加进、出口投点至洞口的距离，以㎜计；

ρ——206265″；

（2）隧道高程控制测量精度等级的确定：

隧道高程控制测量采用二等水准测量方式进行；

步骤三：隧道控制网网形设计：

（1）平面控制网：

平面控制网图形由独立基线构成，网的基本图形采用大地四边形、四边形和三角形；进、出口子网间联系网、辅助坑道子网间联系网均采用四边形或者大地四边形；

辅助坑道的设计型式包括斜井、竖井、横洞、平行导坑等；

（2）高程控制网：

高程控制网采用单一水准路线布设，对隧道进、出口定测水准点进行贯通测量，从隧道进口附近的定测水准点开始，连续测至隧道出口附近的定测水准点。各个隧道洞口、辅助坑道洞口的水准点高程，从进、出口主水准路线上的精测水准点上直接引测；

步骤四：隧道控制点布设：

（1）平面控制点：

隧道进、出口各布设4个平面控制点，不含中线投点，每个辅助坑道洞口布设3个平面控制点；

在隧道进、出口设置洞口投点；

辅助坑道洞口的一个控制点布设在其洞口附近；

洞口控制点间互相通视；

（2）水准点：

隧道进、出口、辅助坑道洞口水准点均设置3个，隧道洞口水准点间的高差，以安置一次仪器即可连测为宜；进、出口水准路线上的明显固定标志当转点联测，否则2km～3km设置一个固定留点；沿线的国家水准点予以联测；

隧道平面控制网各部分子网图形如下：

（1）隧道进口子控制网：

由一个大地四边形组成，布设GPS控制点4个，洞口投点2个；

（2）隧道辅助坑道子控制网：

由一个三角形组成；

（3）隧道出口子控制网：

由一个大地四边形组成，布设GPS控制点4个，洞口投点2个；

进出口联系网采用长边方式，坐标原点与X轴向点为GPS基线矢量直接边，并具有四等以上高程，采用水准联测方式得到。

隧道高程控制网测量路线和方法如下：

高程控制网采用单一水准路线布设，对隧道进、出口定测水准点进行贯通测量，从隧道进口附近的定测水准点开始，连续测至隧道出口附近的定测水准点。各个隧道洞口、辅助坑道洞口的水准点高程，从进、出口主水准路线上的精测水准点上直接引测。

平面控制网通过GPS卫星定位测量静态相对定位技术建立，采用高精度双频GPS接收机进行观测，其标称精度≤5mm+1ppm，同步观测接收机数≥3台；

高程控制网采用二等水准测量的方法，采用高精度数字水准仪，其标称精度应优于1mm/km。

步骤五：独立施工坐标和高程成果计算：

（1）GPS控制点施工坐标成果计算：

施工坐标采用专门研制的隧道施工坐标计算程序进行处理。以WGS-84无约束平差所获得的大地坐标，直接投影计算GPS控制点在施工坐标系中坐标，坐标投影面为隧道线路平均高程面。

（2）高程控制点成果计算：

从隧道进口定测水准点开始，连续推算至隧道出口定测水准点。各个隧道洞口、辅助坑道洞口的水准点高程，从进、出口主水准路线上的精测水准点上直接引测推算。

以下为某隧道独立施工控制网建立的实例：

一、测区概况：

***隧道进口位于***，出口位于***，最大埋深929m，最小埋深约46m。隧道起讫里程为DK***+***～DK***+***，全长13101.55m，洞身均位于直线上，洞内为3‰上坡和8.0‰下坡。进口位于**河右岸坡地上，交通不便，但场地较开阔，出口位于**河左岸坡地上，紧邻酉水河，交通困难，场地狭窄。

隧道区所属的行政区域为**省**市**县，分别经过***、***、***、…，沟口村庄密布，各个沟内仅**、**为乡村路，路面较窄，其余沟内为人行便道，地形条件较差，大型车辆难以通行。在山前一带交通便利，有**国道，各村之间均有简易公路相通。

***隧道设有1号斜井、出口平导、出口横洞。水准路线长度65km，布设平面、高程控制点共25个，其中埋设GPS控制点13个（4个洞口投点未埋设水泥桩，埋设水准点8个。联测CPI控制点4个，联测线路水准点2个。

采用技术标准：

a.《铁路工程卫星定位测量》TB10054-2010

b.《国家一、二等水准测量规范》 GB12897-2006

c.《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）

二、控制网设计：

1、坐标系统：

***隧道采用洞内线路设计平均高程面（Hm=657.000m）为坐标基准面，高程异常值为-33.4，隧道工程中心中央子午线经线为107.473472726°。以***隧道左线进口中线上的洞口投点（FRSTD02）为坐标起算点，该点隧道出口左线中线上的洞口投点（FRSTD03）的连线为X轴方向，以过坐标起算点，垂直于X轴的直线为Y轴。X轴（FRSTD02- FRSTD03）坐标方位角设为 0°00′00″，坐标起算点（FRSTD02）的坐标值采用假定坐标，其坐标假定为：X0=50000.000，Y0=50000.000。WGS-84椭球GPS边长与其地面平距之间的尺度比K= 0.273758964。隧道独立坐标系见图1。

2、高程系统：

高程系统沿用**客专线路定测高程系统，即1985年国家高程系。

3、控制测量精度等级：

1）隧道平面控制测量采用GPS定位测量技术施测。

洞外控制测量精度设计应根据隧道长度和表1横向贯通中误差限值，按式（1）估算联测边方位角的精度，并参考表2选定控制网精度等级，进行控制网的观测纲要设计。

表1  隧道贯通误差规定

           （1）

式中：

f_方——联测边的方位精度（以秒为单位）；

△——洞外控制测量引起横向贯通中误差（以㎜计）；

L ——隧道长度（按设计长度加进、出口投点至洞口的距离，以㎜计）；

       ρ——206265″。

表2  卫星定位测量控制网的主要技术要求

对***隧道而言，估算的方位精度为1.41＂，平面控制测量采用GPS定位测量技术施测，按一等网的专用网要求施测，实际精度应达到或高于二等网的要求。

2）隧道高程控制测量按二等水准测量技术要求施测。

4、控制点选点、埋石：

1）平面控制点

A、选点

图上选点满足下列要求:

（1）隧道进、出口各布设4个平面控制点（不含中线投点），每个斜井布设3个平面控制点。

（2）控制点间高差不宜太大。 

（3）控制点间的距离一般大于500m，困难时不短于300m。

（4）在隧道进、出口设置洞口投点，直线隧道进出口一般各设置2个洞口投点。便于将隧道中线纳入控制网中一并考虑。

（5）斜井的一个控制点布设在斜井洞口附近（距离斜井洞口不宜短于300m），便于施工引测进洞。

（6）控制点位置在地势较高处，但与洞口间的高差不宜太大。

（7）综合考虑各点间的通视条件和图形结构。，必要时加设方向点。

实地选点满足下列要求：

（1）洞口控制点间要通视，要考虑用常规测量方法检测、加密、恢复控制点的实际需要。洞口GPS点间距主要考虑进洞后视边大于500m，困难时，不短于300m， 洞口投点与进洞后视点大致同高。

（2）各点对空通视要良好，高度角15°以上不得有成片障碍物阻挡卫星信号，离开高压电线的距离要在50米以上。

（3）控制点位基础要坚实稳定、易于保存，便于安置接收设备和操作，便于寻找和到达。

（4）洞口投点位置设在施工引测进洞方便、与洞口高程基本等高、尽可能地避免施工时扰动或破坏的地方。

（5）位置合适的线路CPI点尽量利用其点位。

隧道洞口投点设置满足下列要求：

（1）曲线隧道洞身长直线两端分别设置中线投点，可以延长直线到合适地点，用加密的控制点放样。当远离洞门不能作为进洞点使用时，可以使用木桩钉设，水泥包桩保护。

（2）隧道进、出口进洞方向边上各设置2个洞口投点，其中1个用于进洞的洞口投点埋水泥桩，其它投点可以使用木桩钉设，水泥包桩保护。洞口控制点间要通视。

（3）洞口投点在CPI\CPII控制网复测完毕或判断所用CPI、CPII点稳定可靠后进行，并将稳定性分析数据放入控制测量说明中。当判定CPI、CPII点不稳定时，等设计院CPI、CPII点新成果出来后，再测设。

（4）洞口投点均设置在左线中线上，洞口投点间不受通视条件限制，保证远离洞口控制点，不使控制网出现短边为原则，位置可自由选择。洞口投点（中线投点）全部纳入主网整体观测。

（5）隧道进出口洞口投点设置时，从CPI控制点上直接测设，采用全站仪极坐标放样以施工放样的精度要求进行，不要采用RTK方式。全网联测完毕后洞口投点的实际横向误差(中线垂直方向)小于5mm，注意气象参数的设置。在放样、埋设骑马桩时、必须保证方法合理，位置准确。

（6）当不能从CPI控制点上直接测设时，采用全站仪插网(全角度后方交会边角网法， 注意气象参数的设置，严密平差)或GPS静态观测1个时段(60分钟)，加密控制点用于放样，全站仪连续加密点不能多于2个。加密控制点可以在CPI、CPII控制网复测时兼顾。

（7）隧道进、出口的洞口投点取得与中线里程的对关系，进口端取得精测里程的推算起点，出口端取得精测里程与中线里程的断链关系。因此，每端至少有一个洞口投点选择在有里程标的中线上，用于传算精测里程。若都在切线上没有里程，再放样一个中线点，用全站仪测量中线点至投点的距离或纳入网中观测，获得洞口投点与中线的关系。放样数据及检测数据留记录备查。

（8）放样时，若测站至洞口投点的高差较大时，放样距离宜考虑两化改正值。提前准备好放样数据。

（9）进口端的坐标原点、出口端的X轴向点(均为洞口投点)必须从附近的水准点上引测水准高程，其精度不宜低于四等水准。即：进、出口至少各有1个投点必须有水准高程。

（10）与邻近施工段落搭接时，实地线位控制桩（中线投点）得到对方的认可，必要时签定搭接协议，采用相同的点，测站及放样方法由另一家施工单位验证，保证与邻近施工单位线位的一致性。

（11）技术设计提供具体的投点布设位置并设计网形。

（12）全部投点以CPI\CPII为约束基准，获取控制网的线路坐标系成果，与理论位置进行比较，检查是否满足与设计线位的偏差要求。若偏差大，重新放设洞口投点，并进行测量。提供与理论坐标较差表和线位横向偏差表。

B、埋石

所有平面控制点均采用φ15mm、长20～30mm的不锈钢标心、标牌（委托专业精密机械加工厂定制），其顶部位有十字刻划作为标志中心，下部采用普通J字型钢筋焊接而成。控制点均可采用预制混凝土桩现场埋设或现浇混凝土桩，如有位置合适、可靠稳固的基岩，也可以凿刻埋标，标石规格及标注见图7。

GPS控制点编号以隧道名称拼音首字母冠号，***隧道进、出口以及各斜井冠号为FRS，点序号为00-99，从隧道进口开始顺次编号。桩顶面标注单位名称及点号。埋石结束后，编制详细的控制点点之记。填写控制点概略坐标，绘制点位略图，注明选点者、埋桩者姓名。若有当地老乡，填写知情者姓名。

2）水准点

A、选点

（1）水准点布设在洞口附近土质坚实、通视良好、施测方便、高程适宜和便于保存之处。因此，易于淹没、潮湿、或有土崩、滑坡、沉陷、隆起的地方以及土堆、河堤、冲积层河岸、土质松软和地势隐蔽的地方不埋设水准点。

（2）水准点不要设在路边，避免加宽施工便道破坏点位；了解施工场地布置情况，使点位能永久保存。

（3）隧道进、出口、每个斜井口水准点均设置3个。隧道洞口水准点间的高差，以安置一次仪器即可连测为宜。

（4）进、出口水准路线上的明显固定标志当转点联测，否则建议2km～3km设置一个固定留点，按水准点的要求编号，绘制点之记并出成果，以便将来利用。

（5）沿线的国家水准点(有资料时)予以联测。

B、埋石

所有高程控制点均采用φ15mm、长20～30mm的不锈钢标心、标牌（委托专业精密机械加工厂定制），其顶部位必须打磨为半球状，下部采用普通J字型钢筋焊接而成。

标石埋设全部采用预制混凝土桩或现浇方式现场埋设，埋设尺寸及标注见图8。

水准点编号以FRSBM冠号，从隧道进口开始编号，隧道中间斜井、横洞顺次编号，最后编至隧道出口水准点。***隧道序号为00-20。桩顶面标注单位名称及点号。

埋石结束，编制了详细的水准点点之记，填写水准点概略坐标，绘制点位略图，注明选点者、埋桩者姓名。

5、控制网网形：

1）平面控制网

平面控制网图形由独立基线构成，网的基本网形采用大地四边形、四边形和三角形。进、出口子网间联系网、辅助导坑子网间联系网均采用四边形或者大地四边形。 

***隧道各部分子网图形设计如下(见图2-图5)：

（1）隧道进口子控制网

***隧道进口控制网，设计由一个大地四边形组成。布设GPS控制点4个，点名分别为：FRS01、FRS02、FRS03、FRS04。布设2个洞口投点，点名为：FRSTD01、FRSTD02。

（2）隧道1号斜井子控制网

***隧道1号斜井控制网由一个三角形组成。点名分别为：FRS05、FRS06、FRS07。

（3）隧道出口横洞子控制网

***隧道出口横洞子控制网由一个三角形组成。点名分别为：FRS08、FRS09、FRS10。

（4）隧道出口子控制网

隧道出口控制网，由一个大地四边形组成。布设GPS控制点4个，点名分别为：FRS10、FRS11、LQ01、LQ02。布设2个洞口投点，点名为：FRSTD03、LQTD01。

（5）进出口联系网应采用长边方式，避免逐井导线式传递，坐标原点与X轴向点必须为GPS基线矢量直接边，并具有四等以上高程，应采用水准联测方式得到。

2）高程控制网

高程控制网采用单一水准路线布设。对隧道进、出口定测水准点进行贯通测量，从隧道进口附近的定测水准点XCBM08Z开始，连续测至隧道出口附近的定测水准点BM220。各个隧道洞口、斜井洞口、横洞口的水准点高程，从进、出口主水准路线上的精测水准点C017、FRSBM07上直接引测。见图6。

6、控制网观测

1）GPS控制测量

本网用12台Leica GX1230 双频GPS接收机观测。接收机平面测量标称精度≤5mm+1ppm。使用三脚架用光学对中器安置天线传感器，光学对中器的对中精度小于0.5mm。

所使用的仪器及光学对中器由国家认证检定机构检定合格，检定证书见附录。

平面控制测量采用GPS静态相对定位技术按一等网的专用网要求进行测量，执行的主要技术要求如下：

卫星高度角：≥15°

有效卫星总数：≥5颗

时段中任一卫星有效观测时间：≥30min

观测时段长度为1.5小时

观测时段数：≥2  （每个时段一个文件名，时段间应重新对中整平仪器）

数据采样间隔：15秒

PDOP或GDOP：≤6

2）水准测量

本次水准测量使用3台Trimble DiNi和1台Leica DNA03数字水准仪和该厂配套的铟瓦标尺进行。尺垫重量为5kg。数字水准仪的标称精度为0.5㎜/km。观测时，采用自动读数和自动记录。

水准仪由国家认证检定机构检定合格，检定证书见附录。 

水准测量采用二等水准测量进行观测，技术要求如下：

视线长度 ≤50m

前后视距差 ≤1.5m

前后视距累积差 ≤6.0m

视线高度（h）规定为： 0.55m≤h≤2.8m

两次照准读数所得高差之差 0.6mm

检测间歇点高差之差 ≤1.0mm

测段往返测高差较差≤4

 mm

7、控制网数据处理

1）GPS平面控制网

（1）基线处理

基线处理采用随机商用软件进行处理。基线处理结果采用双差分固定解，并在计算中加入对流层改正。同时，对基线处理结果进行了两个时段成果互差和若干条独立边组成的闭合环两项检验。重复边较差最大的基线边为FRS01-LQ02(边长13.545km)，时段较差为0.0106m，小于限差要求；独立环闭合差最大的环为FRS02-CPI048-FRS03（环长0.924km)，闭合差为5.53ppm，满足限差要求。 

以上各项检验表明GPS网观测质量良好，均满足规范规定，各项统计详见附表。

（2）网平差

网平差采用武汉大学科傻GPS数据处理软件进行。首先进行WGS-84系中的无约束平差，获取WGS-84系中的三维无约束平差成果控制网无约束平差没有发现异常观测值，点位中误差和误差椭圆大小均匀。点位中误差最大的是LQTD01（mx=±0.0014m,my=±0.0011m），方位角中误差最大值为(LQTD01-LQ01) ±0.74″。（边长0.397 km ），最弱边边长为（FRS11-LQTD01）相对精度为1/286000。各项统计详见附表。

以联测的隧道洞口CPI控制点为约束基准，获取控制网的线路坐标系成果。

（3）施工坐标计算

A、GPS控制点施工坐标计算

施工坐标采用专门研制的隧道施工坐标计算程序进行处理。以WGS-84无约束平差所获得的大地坐标，直接投影计算GPS控制点在施工坐标系中坐标，坐标投影面为隧道线路平均高程面 657.000 m。

B、斜井理论坐标推算

所有斜井与隧道中线相交点理论坐标推算均先推算出该点的精测里程，再根据隧道专业提供的辅助坑道布置图（见图10），计算斜井与隧道中线相交点的施工坐标。

斜井井口坐标推算：

            X_井口=X_交+S·cosα

Y_井口=Y_交+S·sinα

式中：

X_交、Y_交——为斜井与隧道中线相交点的施工坐标。

S——为斜井设计长度（水平距离），单位：米

α——隧道中线（大里程方向）顺时针方向旋转至斜井中线的角度，即斜井设计中线方位角。

（4）理论中线计算

理论中线点的选择以能控制线路中线为原则，中线理论坐标的计算考虑与线路中线的衔接，右线位置以左线为基准，保持线间的相对关系（见图9）。

（5）施工数据计算

隧道辅助坑道施工数据以隧道专业结合提供的最新隧道设计图纸为准进行计算。

（6）对算检核情况

基线对算检核采用TBC V2.7\LGO V6.0 GPS解算软件进行。网平差采用武汉大学科傻GPS数据处理软件进行。施工坐标计算由两人独立计算进行核对。

2）高程控制测量

（1）每测段水准测量结束，进行往返测高差不符值计算，往返测高差较差应≤4

(K为测段长度，以km计)。以往返测高差平均值作为高差观测成果。

（2）水准测量结束，用各段高差往返测较差按下式计算每公里水准测量高差中数的偶然中误差M_△， M_△按下面公式计算：                              

Δ—— 测段往返测高差较差，mm；

R —— 测段长度，km；

n —— 测段数

隧道进出口主线水准测量              M_△=± 0.48 mm

隧道进口水准测量                    M_△=± 0.45 mm

1号斜井水准测量                     M_△=± 0.34 mm

出口横洞水准测量                    M_△=± 0.20 mm

隧道出口水准测量                    M_△=± 0.18 mm

均符合二等水准测量M_△=±1mm的精度要求。

（3）水准测量检查

本次水准测量，对引用的两个定测水准点XCBM08Z、BM220进行了检测，水准路线长度58.6公里，直接高差为-95.6027m ，与定测高差:（584.0959-679.7141=-95.6182）的较差为15.5mm， 检测结果在限差之内，表明定测水准点点位稳定可靠。水准测量检验情况见附表。

（4）精测高程推算

以《新建铁路**客运专线精密工程控制测量成果书》提供的高程控制测量成果为起算依据，利用直接高差，以进口定测水准点XCBM08Z为起算基准，采用精测高差，直接推算各隧道洞口、斜井洞口、出口定测水准点高程。出口定测水准点BM220上的精测高程为 584.1114m,与定测高程(594.0959m)的不符值为0.0155m,将其设为断高。

8、贯通误差预计

1）横向贯通误差预计

隧道施工采用2个斜井多个开挖面施工，多个贯通面贯通。隧道控制网最终实际横向贯通误差预计采用根据GPS控制网实测精度（取最大值），按导线法近似估算出各个贯通面洞外测量误差对贯通精度的影响值，其估算方法如下：

（1）导线测角误差引起的横向贯通中误差按下式计算

式中：m_β—— 导线测角中误差（″）；

       ρ—— 弧秒，取用206×103″；

       ∑R²x—— 导线各测角点至贯通面的垂直距离的平方总和（m²）。

导线测角误差引起的横向贯通中误差计算按进洞方向边的实际方位角精度进行。

（2）导线测边误差引起的横向贯通中误差按下式计算

式中：

—— 导线测边相对中误差；

∑d²y—— 导线各边长在贯通面上的投影长度的平方总和（m²）。

导线测边误差引起的横向贯通中误差计算按实测最弱边估算。

（3）导线测量误差对横向贯通精度的总影响值按下式计算

预计结果：最大横向贯通误差为0.020m（在1号斜井与出口横洞之间贯通），小于限差，满足贯通要求。

2）高程贯通误差预计

高程贯通误差预计依据洞外高程控制测量误差影响在贯通面上所产生的高程中误差按下式进行估算：

式中：

m_△——洞外每公里水准测量高差中数的偶然中误差（mm）

L——洞外水准路线长度（km）

预计结果：隧道进出口间水准路线长度为60.38km，高程贯通误差预计值为7.8mm(限差18mm)，满足贯通要求。

9、其它说明

1）本成果书提供隧道施工坐标系成果，仅供隧道施工使用。在水准点BM220上设置的断高值为0.0155m(精测高程为 584.1114m,定测高程为594.0959m)，在施工时应引起重视。

2）本隧道施工前须由建设单位组织对控制网进行施工复测或检测。控制网桩位尽管采取了保证桩位稳定的措施，但由于埋石到观测的时间间隔较短，控制点的点位可能会发生变化。建议在雨季后，追加一次复测，确保控制网的稳定性。

3）隧道施工进洞时，应采用长边进洞，隧道洞内导线应进行高程改化，边长投影至隧道平均高程面上（Hm=657.000m）进行计算，并作为施工依据。

4）由于斜井线路长，洞内测量进行贯通误差预计时应将斜井纳入一并考虑。

5）斜井的进洞关系（理论坐标）计算是以隧道专业提供的施工图为依据编制，施工时以隧道专业提供的施工图为准，以插点方式确定斜井洞口投点。

6）隧道范围内的施工应以隧道独立GPS施工控制网为依据，在施工坐标系中采用坐标法进行测设。

7）隧道精测水准点以FRSBM打头，作为隧道施工和复测的依据，其他冠号的过渡水准点（留点），施工单位不能利用。

8）所有控制点应该妥善保管,若破坏应以同精度恢复之。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.特长隧道独立施工控制网的建立方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：隧道独立坐标系的建立：

（1）隧道独立平面坐标系的建立：

以隧道洞内线路设计平均高程面为坐标投影的基准面，以隧道工程中心中央子午线经线作为坐标投影的中央子午线，以隧道左线进口切(中)线上的洞口投点为坐标起算点，坐标起算点与同一切(中)线上的另一洞口投点的连线为X轴，过坐标起算点、垂直于X轴为Y轴；

（2）隧道独立高程系的建立：

采用与线路定测高程系一致的高程系；

步骤二：隧道控制测量精度等级的确定：

（1）隧道平面控制测量精度等级的确定：

根据隧道长度和隧道横向贯通中误差限值，按式（1）估算联测边方位角的精度，由此选定控制网平面控制测量精度等级；

        （1）

式中：

f_方——联测边的方位角精度，以秒为单位；

△——洞外控制测量引起横向贯通中误差，以㎜计；

L ——隧道长度，按设计长度加进、出口投点至洞口的距离，以㎜计；

ρ——206265″；

（2）隧道高程控制测量精度等级的确定：

隧道高程控制测量采用二等水准测量方式进行；

步骤三：隧道控制网网形设计：

（1）平面控制网：

隧道平面控制网图形由独立基线构成，网的基本图形采用大地四边形、四边形和三角形；进、出口子网间联系网、辅助坑道子网间联系网均采用四边形或者大地四边形；

辅助坑道的设计型式包括斜井、竖井、横洞、平行导坑；

（2）高程控制网：

隧道高程控制网采用单一水准路线布设，对隧道进、出口定测水准点进行贯通测量，从隧道进口附近的定测水准点开始，连续测至隧道出口附近的定测水准点；

各个隧道洞口、辅助坑道洞口的水准点高程，从进、出口主水准路线上的精测水准点上直接引测；

步骤四：隧道控制点布设：

（1）平面控制点：

隧道进、出口各布设4个平面控制点，不含中线投点，每个辅助坑道洞口布设3个平面控制点；

在隧道进、出口设置洞口投点；

辅助坑道洞口的一个控制点布设在其洞口附近；

洞口控制点间互相通视；

（2）水准点：

隧道进、出口、辅助坑道洞口水准点均设置3个，隧道洞口水准点间的高差，以安置一次仪器即可连测为宜；进、出口水准路线上的明显固定标志当转点联测，否则2km～3km设置一个固定留点；沿线的国家水准点予以联测；

步骤五：独立施工坐标和高程成果计算：

（1）GPS控制点施工坐标成果计算：

施工坐标采用专门研制的隧道施工坐标计算程序进行处理；以WGS-84无约束平差所获得的大地坐标，直接投影计算GPS控制点在施工坐标系中坐标，坐标投影面为隧道线路平均高程面；

（2）高程控制点成果计算：

从隧道进口定测水准点开始，连续推算至隧道出口定测水准点；各个隧道洞口、辅助坑道洞口的水准点高程，从进、出口主水准路线上的精测水准点上直接引测推算。

2.根据权利要求1所述的特长隧道独立施工控制网的建立方法，其特征在于：

步骤三的（1）中，隧道各部分子网图形如下：

（1）隧道进口子控制网：

由一个大地四边形组成，布设GPS控制点4个，洞口投点2个；

（2）隧道辅助坑道子控制网：

由一个三角形组成；

（3）隧道出口子控制网：

由一个大地四边形组成，布设GPS控制点4个，洞口投点2个；

进出口联系网采用长边方式，坐标原点与X轴向点为GPS基线矢量直接边，并具有四等以上高程，采用水准联测方式得到。

3.根据权利要求1或2所述的特长隧道独立施工控制网的建立方法，其特征在于：

步骤三中，平面控制网通过GPS卫星定位测量静态相对定位技术建立，采用高精度双频GPS接收机进行观测，其标称精度≤5mm+1ppm，同步观测接收机数≥3台；

高程控制网采用二等水准测量的方法，采用高精度数字水准仪，其标称精度应优于1mm/km。

4.根据权利要求3所述的特长隧道独立施工控制网的建立方法，其特征在于：

步骤四（1）中，隧道进、出口设置的洞口投点均设置在左线中线上，直线隧道进出口各设置2个洞口投点，曲线隧道洞身长直线两端分别设置2个中线投点；洞口投点应采用全站仪极坐标法以施工放样的精度要求进行测设。

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