測量員在對長大水工隧道進行測量時,如何消除隧洞貫通誤差?


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1隧道貫通誤差的來源
目前,隧道外平面控制測量一般采用GNSS網代替傳統的導線網和三角網,隧道內平面控制測量一般采用導線網或角網;隧道內外高程控制測量一般采用精密電子水準測量或光電測距三角高程測量。在隧道測量過程中,由于地面和地下控制測量誤差的影響,隧道貫通面的中心線偏離設計,即貫通誤差。隧道的貫通誤差包括橫向、縱向和豎向的貫通誤差。根據源環境可分為洞外貫通誤差和洞內貫通誤差。縱向和橫向貫通誤差主要由隧道外GNSS網絡誤差、隧道內連接測量誤差和導線測量誤差引起。其中,縱向貫通誤差主要由隧道外GNSS網絡測量和隧道內測距引起,對工程貫通影響不大,可以很好地控制。本文未對其進行分析。采用精密電子水準測量時,垂直穿透誤差主要由水準儀精度、大氣折射等因素引起;采用三角水準測量時,垂直穿透誤差主要由準直誤差、折射系數誤差和地球曲率引起。由于水工隧洞的特殊性,如果豎向誤差超過限值,水流將減慢或反向傾斜,導致隧洞溢流和承壓的變化,甚至隧洞無法順利通過。橫向貫通誤差主要由隧道外GNSS網絡測量、隧道內連接測量和導線測量引起。主要誤差包括測距誤差、測角誤差、垂直偏差、定心誤差和側折射誤差。其中,測距誤差對橫向誤差影響不大,測角誤差和定心誤差對橫向誤差影響較大。當隧道主支洞高差較大時,垂直偏差對方位角有影響,氣象因素引起的側向折射也對控制網的橫向誤差有一定影響。
2隧洞貫通誤差值得確定
一般情況,根據隧洞相向開挖長度(包括支洞長度)來確定橫向、縱向及豎向相應的貫通中誤差值的大小,最新的《水利水電施工測量規范》(SL52-2015)是國內首個對長度超過20km的隧洞貫通精度做出明確要求的規范,給出了相向開挖長度50km以下水利工程隧洞貫通容許誤差值的分配。如相向開挖長度大于50km的隧道則需做專門技術設計。當在主斜洞內貫通時,縱向誤差按橫向誤差值的大小確定,對于上下兩端相向開挖的豎井,其極限誤差值不超過±200mm。橫向和縱向貫通容許極限誤差取值相同,豎向貫通要求極其嚴格,極限誤差值為橫向及縱向貫通極限誤差值的三分之一左右。進行隧道貫通測量設計時,一般取極限誤差的二分之一作為貫通面上的貫通中誤差。在《水利水電施工測量規范》(SL52-2015)中,根據隧洞相向開挖的長度,橫向、豎向及縱向的貫通容許極限誤差值和貫通測量中誤差值按權函數法進行分配并做了適當的調整。地面、地下及貫通面的中誤差分配值滿足式(1):M貫通面=±M2地面+M2地下如顧及聯系測量時,則貫通面的中誤差分配值滿足式(2):M貫通面=±M2地面+M2聯系+M2地下
3減小貫通誤差影響的方法
對于隧道外的GNSS網絡,通過優化控制點布置、采用雙頻三星接收機、星歷預測、增加觀測周期、提高觀測精度等措施,可以大大降低隧道外GNSS網絡對水平貫通誤差的影響,增加觀測時間,采用精密星歷解算。水工隧洞斷面一般較小,在測量過程中會受到高溫、高壓、高濕度、多粉塵的影響。隧道內的平面控制只能布置成長邊和短邊的狹長導線網。在測量過程中,可通過增加照明、通風和降塵、保持儀器干燥、嚴格標準化操作和增加檢查條件來減少穿透誤差的影響。操作儀器時,檢查并確認各工位的公差合格后,移動工位。為增加檢查條件,隧道內平面控制網可布置為隧道內交叉雙導線網或自由測站轉角交叉網;布置點時,盡量避開隧道壁側面,以減少側面折射的影響。連接測量時,洞外至少有一個高層控制點與洞內通視,高差不得過大,定向邊應有足夠的長度,以減少洞內橫向貫通誤差的影響。為避免施工影響,洞口控制點應布置在不受施工影響的位置,并埋設強制定心觀測墩。洞內導線點埋設貫通基本導線點和放樣施工導線點。基本導線的邊長應盡可能長且大致相等。施工期間應定期檢查基本控制點的精度。當隧道單向開挖長度大于8km時,可通過測量陀螺方位角來減小橫向誤差的影響。采用光電測距三角高程觀測時,對向觀測可有效消除球面氣差的影響;往返調查在氣象條件相似的時期進行,可減弱大氣折射的影響。
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