隧道贯通测量及误差控制

隧道分为铁路、公路隧道和输水隧洞等,它们均为地下工程,特点如下。

(1)工程均在地下且呈线状,距地面深度少者几米,多者上百米甚至几百米,常用暗挖法(包括盾构法和矿山法)掘进施工。

(2)空间相对狭小,且黑暗、潮湿,各种管道及掘进作业均在狭小的空间内进行,相互干扰,交差作业,施工环境较差。

(3)对于大型隧道为了加快掘进速度,经常采用增加工作面对向掘进的方式实施贯通。

(4)地上和地下采用统一的坐标、高程系统,既保证了隧道按设计方向的掘进和断面尺寸,又完成了地面与地下的对照,从而能够控制施工进度,保证隧道接通和避险决策等。

隧道测量包括地面和地下控制测量、联系测量、地下施工测量等。由于贯通工程涉及的内容多、问题复杂,故本章隧道部分以介绍隧道贯通工程为主。

（一）贯通误差

两个或两个以上的掘进工作面在预定地点彼此接通,称为贯通。为实施贯通而进行的各项测量工作称为贯通测量。由于隧道在施工和测量中都不可避免地存在着误差,致使贯通点会产生错开的现象,这一错开值被称为贯通误差。

贯通误差在隧道平面中线方向上的分量称为纵向贯通误差,垂直于中线方向上的分量称为横向贯通误差；在竖面即高程方向上的分量,称为高程(或竖向)贯通误差。

纵向贯通误差不影响贯通的质量,但会影响掘进安全、进度和中桩里程的衔接及铁路铺轨等；横向和高程贯通误差,影响贯通的质量,是贯通主要误差。高程误差影响隧道的坡度,但其相对容易控制；横向误差影响中线接通,需要严格控制。因此,隧道贯通测量必须依据贯通限差的要求,结合仪器设备、地形地质、施工条件等作好误差预计,编制测量方案,以使控制测量、施工测量有据可依。

贯通误差要求:纵向贯通误差的限差Δ纵按定测线路中线的精度要求而定,一般为L∶2000(L为隧道开挖洞口间的长度)；横向、高程贯通误差的限差Δ横、Δ高,根据两洞口间的长度而定,见表12-2。

表12-2　隧道横向、高程贯通误差的限差

（二）贯通误差预计

贯通误差预计就是要结合拟选用的测量仪器、方法和控制网形式等,估算控制测量对贯通点的误差影响,使得估算误差不超过相应阶段控制测量或联系测量所匹配限定的误差,为编制方案提供技术依据。若将地面控制、对向的地下两段控制各看作一部分,并认为其对贯通误差M(中误差M常取限差Δ的)等影响,则各部分控制测量引起的贯通误差的容许值为0.58M；若再将联系测量看作一部分,则各部分引起的贯通误差容许值为0.50M。

1.横向贯通误差预计(www.xing528.com)

由于平面控制,尤其是地下平面控制通常是导线形式,因此,这里主要介绍导线测量误差引起的横向贯通误差。

如图12-1所示,设地面导线控制的测角误差为mβ、量边误差为ml、洞口两端起始边方位角误差为,则由于地面导线测量误差而引起的横向贯通误差mq上为

式中:myβ、myl、myα为测角、量边和洞口两端起始边方位角误差所引起的横向贯通误差；Rx为各导线点至贯通面的垂直距离；dy为各导线边在贯通面上的投影长度；R01、R02为洞口两端点至贯通面的垂直距离；ml/l为地面导线量边的相对中误差。

图12-1　地面导线贯通误差预计

地下导线引起的横向贯通误差mq下为

式中各符号的意义同式(12-1)。

由地面、地下导线测量而引起的横向贯通误差mq为

2.高程贯通误差预计

由地上、地下水准测量误差或电磁波测距三角高程测量误差而引起的高程贯通误差mh均可用下式计算,即

式中:L为地上高程路线总长或地下单侧路线长度,km；mΔ为每1km高差中数偶然中误差,三等水准mΔ=±3mm,四等水准mΔ=±5mm。

若估算的横向贯通误差mq上、mq下及高程贯通误差mh均不超过相应的容许值,且有一定余地,则预计方案可行；否则,应调整相关指标(如测角、量边、洞口两端起始边方位角误差,高程观测中误差或控制网的网形、起算数据等),直至满足限差要求为止。若平面控制网为其他形式(如测角网、测边网、边角混合网、GPS网等),可参考上述导线误差的估算方法或用平差方法及测量软件等进行横向贯通误差的预计。