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大阳山隧道独立控制网布设方案

一、工程概况:
大阳山隧道起迄里程为DK104+100~DK113+500,全长9400 米,大阳 山隧道DK104+254.866~DK104+744.866和DK105+096.817~DK 105 + 586.817 段位于缓和曲线上,DK104+744.866~DK105+096.817 段位于半 径R=9000的圆曲线上。隧道纵坡为人字坡, 坡度为4 ‰ 和7.5 ‰ 。

二、地形地貌:
(LXS-3)标段线路走行于湟水河河谷、黄土塬、梁、峁及低中山, 地势西高东低,河谷阶地地势较平缓,低中山地势起伏较大,地面高程介 于 1850-2200m 之间,沿线多为村庄或耕地。相对高程 20-150m,区内黄 土广布。 相对位置: 大阳山隧道包括芦草沟斜井及脑沟斜井, 隧道进口位于青 海省民和县境内,隧道出口、芦草沟斜井、脑沟斜井位于青海省乐都县境 内。

三、 测量依据
《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》 (铁建设[2006]189 号) ; 《新建铁路工程测量规范》 (TB10101-99) ; 《工程测量规范》 (GB50026-2007) ; 《国家一、二等水准测量规范》 (GB/T 12897-2006) ; 《全球定位系统 GPS 铁路测量规程》 (TB10054-97) ; 《兰新第二双线精密工程控制测量网LXS-3标段测量网设计文件》 ;

四、测量仪器及人员
隧道洞外 GPS 测量采用 Trimble 5700 接收机 1 套、Trimble R7 接收 机 3 套标 , 称 精 度 : 5+0.5ppm×D; 水准测量采用 Trimble DiNi 数字 水准仪,标 称 精 度 :0.3mm,在使用前必须经专门机构检测,测量精度

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大阳山隧道施工独立控制网布设方案

满足施工要求。大阳山隧道施工独立控制网的测设由中 交 一 航 局 兰 新 铁路甘青段项目经理部一工区精测队组织施测。

五、隧道洞外控制测量
大阳山隧道测区范围内交通不便, 通讯不畅, 气候干燥, 温差变化大, 工作条件艰苦。洞外控制网若采用常规测量方法建立,不仅难以实现,而 且建网效率低、费用高。全球定位系统GPS由于其具有较高的相对定位精 度、 控制点间无须通视, 在隧道施工控制中只需在洞口处及其附近布点和 建网速度快、效率高等优点,在隧道施工洞外测量控制中已被普遍应用, 因此大阳山隧道施工的洞外控制,也采用GPS方法建立该隧道施工的洞外 平面控制网。

1. 洞外平面控制测量
隧道洞外、洞内控制测量技术要求
测量部位 测量方法 测量等级 测角精度(〃) 适用长度(km) 边长相对精度

二 导线测量 洞外 三 四 B GPS 测量 C 二 洞内 导线测量 三 四

1.0 1.8 2.5 1.5 2.0 1.0 1.8 2.5

6~20 4~6 <4 ≥6 <6 7~20 5~7 ≤5

1/200000 1/150000 1/100000

1/100000 1/50000 1/20000

注:1.本表所列适用长度系指相邻两开挖洞口间的长度;导线测量的使用长度系 按导线边、角独立测量2组计算。 2.GPS测量栏内测角精度指进洞联系边方向中误差。
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1.1 洞外平面控制测量精度: 隧道平面控制网布设的目的, 是保证地 下两相向开挖工作面的正确贯通, 控制网的测量精度主要取决于隧道贯通 精度、隧道长度与形状、开挖面的数量以及施工方法等因素。综合考虑以 上因素, 根据上表隧道洞外、 洞内控制测量技术要求中的相关规定和类似 长大隧道测量控制的成功经验, 本次大阳山隧道洞外平面控制网的精度等 级设计为GPS B级网。 1.2 隧道洞外控制网布设:隧道GPS施工控制网一般由洞口点群所组 成的洞口网和两洞口之间的联系网组成。 在进行大阳山隧道控制网网型设 计前,应详细收集大阳山隧道所在地的地形图、已有的控制测量等资料, 并实地踏勘了大阳山隧道进、出口、芦草沟斜井及脑沟斜井的地形概貌。 根据以往长大隧道洞外控制网布设的经验, 对于直线隧道, 洞口点应选在 隧道进出口处附近的中线上, 另外再布设至少两个定向点, 除要求洞口点 与定向点通视外, 定向点间不要求通视, 但定向点至洞口点间的距离应在 400m上, 而且各个定向点应选在大致相等的高度(程)上, 以消除或减小垂 线偏差对联系进洞观测方向的影响。 对于曲线隧道, 还应把曲线的主要控 制点,如曲线的主点、切线上的两点包括在网中。隧道GPS网的布设,一 般应遵循“网中每个点至少独立设站观测两次”的原则,此外还取决于所 具有的接收机的数量和精度要求等因素, 选点时应使所选点位的环境适合 GPS观测, 为了便于GPS接收机的安置和卫星信号的接收, 控制点周围应视 野开阔、高度截止角15度以上不应有障碍物;同时应远离强电磁源,周围 没有大面积反射面等,以减弱多路径效应。 我工区大阳山隧道进口端是以188.866m长的直线接1331.951m长度的
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曲线进洞,为此分别在隧道正洞洞外的直线段的延长线DK103+820处布设 了1个投点GPS01; 大阳山隧道出口端为直线段, 为此在隧道正洞洞外布设 了1个投点GPS14, 另在芦草沟斜井、 脑沟斜井洞口各布设3个GPS平面控制 点,除了上述的2个投点外,隧道控制网在进出洞口新布设了4个GPS平面 控制点,同时也将设计院提供的部分CPI控制点也一并纳入了两个洞口子 网,然后通过大地四边形联测将两洞口的GPS子网联系成一个整体的平面 网。大阳山隧道进出洞口及斜井联测的GPS网网形如图1、图2、图3、图4 所示。

CPII061-1

CPI042 GPS02

GPS01

CPII061
图1大阳山隧道进口侧GPS网形示意图

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CPI044

GPS14

GPS15

GPS12

GPS13

图2 大阳山隧道出口侧GPS网形示意图

GPS06

GPS07 GPS08
图3 芦草沟斜井GPS联测网形示意图

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GPS10 GPS11

GPS09

图4 脑沟斜井GPS联测网形示意图

上图中,GPS01、GPS14分别为点分别为大阳山隧道进、出口处线路中 线上的洞口投点。 其中新埋设平面控制点14个, 利用设计院提供的平面控 制点4个。 1.3 控制点标志及控制点标石规格:控制点标志上部采用直径为 12~20mm,长度为20~30mm的不锈钢材料,下部采用普通钢筋焊接而成。 其规格如图5所示;

图5 不锈钢标志

控制点标石埋设规格如图 6 所以:
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图 6 控制点标石埋设图

1.4 GPS 控制网施测:GPS 野外数据采集采用静态测量模式,大阳 山隧道 GPS 控制网采用 B 级网观测, 控制网测量的精度指标如表 1 所 GPS 示, GPS 测量作业的基本技术要求(表 1)
级别 项目 静 态 测 量 卫星高度角(°) 有效卫星总数 时段中任一卫星有效观测 时间(min) 时段长度(min) 观测时段数 B ≥15 ≥5 ≥30 ≥90 ≥2 C ≥15 ≥4 ≥20 ≥60 1~2 D ≥15 ≥4 ≥15 ≥45 1~2

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中交一航局兰新铁路 (甘青段)项目经理部一工区 数据采样间隔(S) PDOP 或 GDOP 15~60 ≤6

大阳山隧道施工独立控制网布设方案 15~60 ≤8 15~60 ≤10

GPS 接收机的精度指标(表 2) 级别 a(mm) b(mm/km) B ≤8 ≤1 C ≤10 ≤5 D ≤10 ≤10

a—接收机固定误差(mm) ;b—接收机比例误差系数。 1.5 GPS 作业前准备工作应符合下列规定: ① 根据网的技术设计所确定的作业模式,在接收机或控制器上配置 预制参数,参与作业的接收机所配制的参数应相同。 ② 每天出工之前,必须检查电池容量是否满足作业要求,数据存储 设备应有足够的存储空间,仪器及其附件必须齐全。 ③ 天线安置应符合下列要求: a)天线应利用脚架直接对中。 b)需在觇标的基板上安置天线时,应先卸去觇标顶部,将标志中心 投影至基板上,依投影点安置天线。 c)天线定向标志宜指向正北方向。 d)天线圆水准气泡必须居中。 e)雷雨季节架设天线时,要注意防雷击。雷雨过境时,应停止观测, 并卸下天线。 1.6 保证 GPS 测量精度的操作要点 ① 观测组必须严格遵守调度命令, 按规定时间同步观测同一组卫星。
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当没按计划到达点位时, 应及时通知其他各组, 并经观测计划编制者同意 对时段作必要调整,观测组不得擅自更改观测计划。 ② 经检查,接收机的电源电缆、天线电缆等项连接正确,接收机预 置状态和工作状态正常后,方能启动接收机开始测量。 ③ 每个时段观测前后,应各量取天线高一次,两次量测值互差不得 大于 2mm,取平均值作为最后天线高。当互差超限时,应查明原因,提出 处理意见并记入测量手簿。观测中,作业员应逐项填写测量手簿。 ④ 接收机开始记录数据后,应及时将测站名、测站号、时段号、天 线高等信息记录在手簿上。 同时应注意仪器的警告信息, 及时处理各种特 殊情况。 ⑤ 一个时段观测过程中严禁进行以下操作:关闭接收机重新启动, 进行自测试,改变接收设备预置参数,改变天线位置,按关闭和删除文件 功能键等。 ⑥ 静置和观测期间应防止仪器震动,不得移动仪器,要防止人员或 其他物体碰动天线或阻挡信号。 ⑦ 在作业过程中, 不应在天线附近使用无线电通讯。 当必须使用时, 对讲机应距天线 10m 以上,车载电台应距天线 50m 以上。 ⑧ 经检查,调度命令已执行完毕,所有规定的作业项目已完成并符 合要求, 记录和资料完整无误, 且将点位标识和觇标恢复原状后方可执行 下一个调度命令。 1.7 内业平差计算 GPS平面控制网采用Trimble公司随机配备的TGO数据处理软件进行基
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线处理,检查基线质量是否符合规范和技术设计要求后,导出基线解,再 导 入 武 汉 大 学CosaGPS V5.0 工 程 测量控 制 网 通 用 平 差软 件 包 中 先 在 WGS-84坐标系进行无约束平差, 以检查GPS基线向量网本身的内符合精度, 并剔除含有粗差的基线边。然后进行控制网的二维约束平差。 大阳山隧道独立施工控制网测量的坐标系统与设计相同,椭球采用 国家 2000 大地坐标系参考椭球,边长投影在隧道内线路平均高程面上。 所以,大阳山隧道独立施工控制网坐标系统的中央子午线经度为 102° 45′,投影面大地高为 1924 米,控制点 GPS01 与 GPS14 的方向为坐标系 统的 X 轴,里程增加的方向为正向,由 X 轴顺时针旋转 90°的方向为 Y 轴正向,起算点的 X 坐标为改点在线路上的定测里程。

2.洞外高程控制测量
根据有关规范中规定:洞外高程控制测量应根据设计精度,结合地 形情况, 水准线路长度以及仪器设备条件, 采用水准测量或光电测距三角 高程测量,大阳山隧道洞外高程控制网采用二等水准测量。 2.1 高程控制测量适用长度如下表所示:

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2.2 各级水准测量精度指标
限差(mm) 水准 侧量 等级 每公里水准 测量偶然中 误差(mm) 每公里水准 测量全中误 差(mm) 检测已测段高 往返测 差之差 (即复测 不符值 值与设计值不 符值的限差 环闭合差 值 附和路线或 高差不符 左右路线

二等 三等 四等

≤1.0 ≤3.0 ≤5.0

≤2.0 ≤6.0 ≤10.0

6√L 20√L 30√L

4√L 12√L 20√L

4√L 12√L 20√L

— 4√L 14√L

二等水准测量必须往返观测,不允许采用两台仪器同方向左右观测, 三、四等均可以左右路线观测,计算结果单位为毫米。 2.3 各级水准测量主要技术要求。
等级 水准尺类 水准仪等 型 二等 级 视距 (m) ≤50 ≤60 ≤65 ≤3.0 ≤6.0 前后视距 差(m) ≤1.0 前后视累积 差(m) ≤3.0 视线高度 (m) 下丝读数 ≥0.3

铟瓦尺、条 DS1 码尺 DS05 DS3

三等

双面

铟瓦、条码 DS1、DS05 ≤80 尺 四等 双面 DS3 ≤80 ≤100 ≤5.0 ≤10.0

铟 瓦 条 码 DS1 尺

2.4 高程测量方法 二等水准测量,路线采用往、返观测。控制测量时一般采用附合水准 路线和支水准路线,由此计算增设的新水准点高程。 大阳山隧道洞外高程控制网使用Trimble DiNi 数字水准仪, 按二等水 准测量的规范要求进行施测。利用设计院提供的二等水准点4个,并在大
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阳山隧道进口处及出口、 芦草沟斜井、 脑沟斜井处共增设8个水准点, SZ02、 SZ03、SZ06、SZ07、SZ08、SZ09、SZ10、SZ11、。水准路线为从设计院提 供的二等水准点CPI041出发, 芦草沟斜井、 脑沟斜井的水准路线为支水准 路线,大阳山隧道进出口的水准路线为附和水准路线。 大阳山隧道洞外高程控制网水准路线示意图

SZ13(CPI044)

ZD

BM05

SZ04(CPI042)

SZ08 SZ07 SZ09 SZ11 SZ05 SZ10 SZ03 SZ02 SZ06 SZ01(CPI041)

2.5水准测量有关精度计算。 外业、内业完成后,应进行精度统计、分析及评定。 (1) 、往返闭合差计算,如超限必须查找原因或重测。 (2) 、每千米水准测量高差的偶然中误差或全中误差。 M△=√1/4n×[△△/L] △——水准路线测段往返高差不符值(mm); L——水准测段长度(km); N——往返测的水准路线测段数。 首先检查往返测量高差不符值, 超限的重测, 在允许范围内的取其中数, 采用南方平差易 2005 软件进行平差。

六、总结:
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(1)由于GPS定位技术具有较高的相对定位精度、控制点间无须通视、 网形布设简单、可全天候作业和建网速度快、效率高等优点,因此是目前 公路、铁路隧道施工洞外平面测量控制的主要方法。 (2)特长隧道工程的控制测量是隧道施工控制和顺利贯通的关键技术 之一, 建立高精度的控制网是必须的。 大阳山隧道施工测量控制网采用的 控制网设计、 施测和数据处理方法, 能有效地保证控制网的精度和可靠性, 为大阳山隧道的顺利贯通提供了有利的技术保障。 (3)这些GPS控制点都是目前新埋设的, 可以用于近段时间的施工测量。 但由于大阳山隧道施工工期长, 点位位置容易受冬天土壤冻结和夏天冰雪 融化以及人为的影响, 点位可能发生位移, 因此应定期对控制网进行全面 的复测。

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