隧道贯通误差估算分析---史新福

隧道贯通误差估算分析作者：史新福摘要：在隧道施工中，对于两相向开挖的隧道，能否按照规定范围的精度贯通，影响贯通精度的因素有那些，怎么控制贯通误差，以减少施工浪费和不必要的返工，本文就隧道贯通误差及精度估算进行分析。关键词：隧道；贯通误差；误差估算；误差控制一、引言随着我国改革的深化，国民经济蓬勃发展，铁路、公路的客货运输量大幅度增长，作为国民经济的量大命脉，其在交通运输中的作用也越来越重，原有的一些铁路、公路运输线已不能满足日益增长的客货运输量，因此修建高等级铁路、公路干线是我国交通事业的重中之重。由于我国多为山岭重丘地带，在修建铁路和公路时为缩短线路里程、改善线形及保护环境而修建了许多隧道，隧道既能保证最佳的道路线形。以利于行车，又能有效的防止山地陡坡的落石、碎屑和泥石流等自然灾害，既提高了行车的安全性，又能够和当地的自然环境相协调及保全自然景观。因此隧道的施工建设也是交通干线建设的重中之重。隧道的施工技术是多方面的，但在隧道建设中，施工测量是不可缺少的一个环节，它的主要任务就是保证隧道开挖按照规定的精度贯通，使衬砌结构符合设计要求，以减少施工浪费和不必要的返工，因此对于其贯通精度的估算和分析是很有必要的，本文就隧道的贯通误差及其精度估算作一下分析。二、隧道的贯通误差2.1、隧道贯通误差的概念及分类隧道贯通误差是之在隧道施工过程中，由于洞外控制测量、联系测量、洞内控制测量及细部放样测量等出现误差，使得两个相向开挖的作业面施工中线在贯通面上因未准确接通而产生的偏差。隧道贯通误差通常分为三类：①纵向贯通误差，为沿隧道施工中线方向上的长度贯通偏差，是贯通误差在施工中线方向上的投影；②横向贯通误差，为沿垂直于隧道施工中线的水平方向贯通偏差，是贯通误差在垂直于隧道施工中线的水平方向上的投影；③竖向贯通误差（高程贯通误差），为沿垂直于隧道施工中线的竖直方向贯通偏差，是贯通误差在垂直于隧道施工中线的竖直方向上的投影。横向贯通误差将使隧道施工中线产生左或右的偏差，而竖向贯通误差将使隧道的坡度产生偏差，故施工中应予着重关注。2.2、隧道贯通误差的规定隧道两相向开挖洞内施工中线在贯通面上的横向和高程贯通误差应符合表2.2.1的规定。表2.2.1隧道贯通误差规定注：1、本表不适用于利用竖井贯通的隧道。2、相向开挖长度大于20km的隧道应作特殊设计。实际上对于隧道贯通误差来说，纵向贯通误差影响隧道的长度，只要它不大于隧道定测中线的误差，便可以满足隧道施工要求，高程贯通误差采用水准测量的方法便可达到所需要求，唯有横向贯通误差，如果超过一定的范围，就可引起隧道中线几何形状的改变，导致洞内建筑侵入设计规定界限，给工程造成损失，所以影响隧道贯通误差的主要因素为横向贯通误差。2.2、贯通误差的来源及分配贯通误差主要来源为洞外控制测量、联系测量、洞内控制测量及洞内施工放样测量等出现误差，洞内施工放样测量所产生的误差对贯通的影响很小，可以不予考虑。由于洞内光线较暗，粉尘较大，通风条件差，施工干扰多，空间狭窄等条件限制，洞内的控制测量无法和洞外一样采用GPS进行加密测量，所以洞内的控制测量精度是低于洞外控制测量精度的。根据误差不等精度分配原则及误差传播定律有：222洞外洞内mmmy2.2.1式中：洞内m为洞内控制误差对ym的影响值；洞外m为洞外控制误差对ym的影响值。三、贯通误差的估算3.1、横向贯通中误差估算横向贯通中误差主要由测量误差和侧边误差所影响测角误差影响在贯通面上的横向中误差ym为：2''xyRmm3.1.1式中：m为控制网设计的测角中误差（″）；为206265（″）；xR为控制网中靠近隧道中线侧导线各点至贯通面的垂直距离（m）。侧边误差影响在贯通面上的横向中误差ylm为：项目横向贯通误差高程贯通误差相向开挖隧道长度（km0L＜44≤L＜77≤L＜1010≤L＜1313≤L＜1616≤L＜1919≤L＜20洞外贯通中误差(mm)3040455565758018洞内贯通中误差（mm）4050658010513516017洞内外综合贯通中误差（mm）50658010012516018025贯通限差（mm)100130160200250320360302ylyldlmm3.1.2式中：lml为控制网设计的边长相对中误差；yd为控制网中靠近隧道中线侧导线各边在贯通面上的投影长度（m）。那么测量设计时的验前横向中误差为：22ylymmM3.1.3式3.1.3是隧道工程横向贯通中误差的常用估算公式。采用三角形网进行条件平差时，由方向测量误差影响产生在贯通面上的横向中误差rM为：pmMr1r3.1.4式中：rm为方向观测中误差（″）；为206265（″）；P1为平差后求得的方向测量误差对横向贯通误差影响的权倒数。由起始边测量误差影响产生在贯通面上的横向中误差bM应根据控制网起始边布设方式计算：当控制网布设一条起始边时：bmyyMbjcb)(3.1.5式中：cy、jy为三角锁出口、进口控制点C和J的横坐标；bmb为起始边边长相对中误差。当控制网布设两条起始边时：22222121bbbbbmFmFM3.1.6式中：1bm、2bm为起始边边长中误差；1bF、2bF为起始边边长误差对贯通精度的影响系数。所以控制测量误差引起的验后横向贯通中误差M为：22brMMM3.1.73.2、竖向贯通中误差估算竖向贯通中误差主要由洞外、洞内高程控制测量误差所影响由洞外、洞内高程控制测量误差产生的高程贯通中误差hM为：LmMh3.2.1式中：m为每千米水准测量偶然中误差（mm）；L为洞外或洞内高程路线长度（km）。确定水准路线方案后，根据测量初步方案选择水准测量等级。在表3.2.1中选取全中偶然中误差m。将L和m带入式3.2.1中计算出竖向贯通中误差hM。当hM大于隧道竖向贯通中误差允许值时，应选择符合精度要求的一起设备或者挑战线路及提高水准等级重新计算，直至hM小于隧道竖向贯通中误差允许值。表3.2.1高程控制网的技术要求水准测量等级每千米高差偶然中误差m（mm）每千米高差全中误差wM（mm）附合路线或环线周长的长度（km）附合路线长环线周长一等≤0.45≤1-≤1600二等≤1≤2≤400≤750三等≤3≤6≤150≤200四等≤5≤10≤80≤100五等≤7.5≤15≤30≤30四、贯通误差的测定及调整4.1、贯通误差的测定两相向开挖隧道贯通后，实际贯通误差应按照下述方法测定：1）洞内采用中线法测量的隧道，应从两相向开挖方向向贯通面引伸中线确定各自的贯通点，两实际贯通点间的横向距离和纵向距离即为横向和纵向贯通误差。2）洞内采用导线测量的隧道，应在贯通面中线附近钉一临时点，由两端导线分别测量该点的坐标，其坐标较差分别投影至线路中线及其垂直的方向上，即为纵向和横向贯通误差。同时测量该点的水平角，求得方向贯通误差。3）由两端高程点分别测量贯通面处临时点的高程，其高程即为高程贯通误差。4.2、贯通误差的调整实际贯通误差宜在未衬砌地段（调整地段）调整。当不影响已衬砌段的建筑限界时，调整范围可伸入已衬砌段。贯通误差调整应以满足线路设计规范和轨道平顺性要求为原则。调整后的线路应满足隧道建筑限界要求。直线隧道贯通误差调整应符合下列规定：1）洞内采用导线法测量的直线隧道应优先采用平差法调整。2）洞内采用中线法测量的直线隧道可采用折线法调整，满足增设大半径曲线要求时应增设大半径曲线，无法增设大半径曲线时，应采用顶点内移法确定线路中线位置。曲线隧道的横向贯通误差应符合下列规定：1）导线法测量的曲线隧道应优先采用平差法调整。2）中线法或导线法测量的曲线隧道，当采用平差法不能满足轨道平顺要求和有关验收标准及建筑限界要求时，可采用增减圆曲线长度、改变曲线起终点、增设曲线等方法调整贯通误差。高程贯通误差应按下列方法调整：1）由两端测得的贯通点高程，应取两贯通高程的平均值为调整后的贯通点高程；2）高程贯通误差调整可按贯通误差的一半，分别在两端未衬砌地段，以未衬砌段的线路长度按比例调整其范围内水准点高程；3）未衬砌段高程放样应以调整后的水准点高程为依据；4）调整后的线路应满足线路设计和验收规范要求。调整地段的开挖和衬砌均应以调整后的中线和高程进行放样。五、提高洞内控制测量的精度以减少贯通误差的建议1）严格按设计的控制测量等级相关技术要求进行施测，施测中尽量采用三联脚架法，但要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动、气泡有无偏离、对中偏离是否较大等等，如有上述情况则要对仪器进行检修校正，找出问题所在；2）隧道每开挖到一定长度时要及时增设基本导线点，指导开挖的临时点要控制在2~3个以内，且要进行经常性的检测其正确性，确保洞室开挖的正确；3）隧道每开挖到一定阶段或一定长段时要及时对导线进行检测、复测及精度估算，对因其它原因而改变设计路线方案时要对精度进行估算；4）导线要尽可能布设成似等边直伸型导线，在测量环境允许范围内尽可能的选长边；5）要严格进行边长的投影计算，正确计算各点平面坐标；6）三角高程测量时，要严格按操作程序进行，如垂直角的观测要同测距在同一次照准时完成，对于三角高程等级在三等或高于三等时则要采取一些提高精度的措施进行施测，如隔点设站法、提高对中精度等等。7）对贯通面较多的隧道，要考虑到隧道全部贯通后的轴线情况，对洞内有砼衬砌时，还要对相向挖的两条导线进行附合，并进行贯通误差分配或平差处理，保证洞内砼衬砌形体的正确；8）进行洞内控制测量时，要尽量选择洞内光线和视线较好，施工对测量干扰较小的时间段测量；9）定期对测量仪器进行自检和必要的检校，保证仪器不会出现影响到隧道施工的较大误差；10）定期对全线洞外、洞内的控制点位进行联测，保证控制点位的正确性，并进行贯通误差估算，即时进行调整；11）对洞外、洞内的控制点位做好保护工作，避免点位被破坏。六、结束语对洞外，洞内导线测量全过程实行质量控制，可以保证实际测定的贯通误差达到预计隧道横向贯通限差的要求。由此可见，对测量全过程实行质量控制，不仅能起到预于提高隧道贯通精度也是必要的和必需的。参考文献：铁路工程测量规范中国铁道出版社