張奇

水利工程建設(shè)中，隧洞的施工難度較大、精度要求較高，因此，必須對此進(jìn)行專門的技術(shù)設(shè)計(jì)。本文對水利工程隧洞洞內(nèi)控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)，控制網(wǎng)觀測與數(shù)據(jù)處理及檢核進(jìn)行了研究。

1 洞內(nèi)控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計(jì)

一般來說，水利工程建設(shè)施工中，洞內(nèi)控制網(wǎng)可布設(shè)成單導(dǎo)線，雙導(dǎo)線，主副導(dǎo)線和導(dǎo)線網(wǎng)等各種形式。但對于水利工程隧洞洞內(nèi)施工而言，洞內(nèi)控制網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成狹長導(dǎo)線網(wǎng)。在進(jìn)行水利工程隧洞的洞內(nèi)控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)，一定要使控制網(wǎng)具有足夠的檢核條件。不僅要有精度檢核條件，還應(yīng)有可靠行檢核條件，還應(yīng)注意減弱諸如旁折光之類的系統(tǒng)誤差的影響，為了保證洞內(nèi)控制網(wǎng)的精度，必須設(shè)計(jì)出能對已測的洞內(nèi)控制網(wǎng)的精度進(jìn)行準(zhǔn)確評定的方法：為保證不出現(xiàn)粗差，必須能通過多種路徑對洞內(nèi)控制網(wǎng)的觀測和計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行檢核。洞內(nèi)控制網(wǎng)的網(wǎng)行通常為線形交叉導(dǎo)線網(wǎng)。在直道處可布設(shè)成對稱交叉導(dǎo)線網(wǎng)，其圖形如圖圖1（a）所示；在彎道處應(yīng)布設(shè)成單側(cè)交叉導(dǎo)線網(wǎng)，其圖形如圖1（b）所示。

洞內(nèi)控制網(wǎng)的縱向邊長，在直道處主要受洞內(nèi)觀測條件的影響，在彎道處主要受彎道的限制。根據(jù)洞內(nèi)的條件，在照明條件良好的情況下，保證良好的觀測條件且視線不宜太長。在直道處的縱向邊長，根據(jù)各直道處的不同長度確定。在彎道處的縱向邊長，應(yīng)根據(jù)隧道的直徑、彎道的半徑和導(dǎo)線網(wǎng)的網(wǎng)形確定。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，經(jīng)計(jì)算即可確定隧洞內(nèi)控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)點(diǎn)位，進(jìn)而進(jìn)行洞內(nèi)控制樁點(diǎn)的布設(shè)。

2 洞內(nèi)控制網(wǎng)的觀測綱要設(shè)計(jì)

洞內(nèi)控制網(wǎng)的觀測綱要設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括測角中誤差和測距中誤差的確定與觀測指標(biāo)的確定等。

2.1 洞內(nèi)控制網(wǎng)的測角中誤差和測距中誤差的確定

當(dāng)洞內(nèi)控制網(wǎng)對隧洞橫向貫通誤差影響的允許中誤差MN確定后，在測距精度一般應(yīng)與測角精度相匹配的原則下，測角中誤差和測距中誤差可按（1）式計(jì)算：

根據(jù)隧洞1和隧洞2洞內(nèi)控制網(wǎng)對隧洞橫向貫通誤差的允許中誤差，利用上述計(jì)算方法算得測角中誤差和測距中誤差列于表1中。

2.2 洞內(nèi)控制網(wǎng)觀測技術(shù)要求

當(dāng)確定了洞內(nèi)控制網(wǎng)的測角中誤差和測距中誤差之后，即可進(jìn)行洞內(nèi)控制網(wǎng)的觀測綱要設(shè)計(jì)。在觀測綱要設(shè)計(jì)時(shí)，由于角度測量和距離測量必然受到不利因素影響而使觀測精度降低，為保證觀測精度能達(dá)到預(yù)期要求，應(yīng)從嚴(yán)設(shè)計(jì)，要留有一定的安全系數(shù)。根據(jù)這個(gè)原則，利用表1列出的精度指標(biāo)，參照儀器的標(biāo)稱精度，即可確定洞內(nèi)控制網(wǎng)的觀測綱要。隧洞1和隧洞2的洞內(nèi)控制網(wǎng)的觀測綱要列于表2中。

2.3 洞內(nèi)控制網(wǎng)的布設(shè)與施測

洞內(nèi)控制網(wǎng)樁點(diǎn)的設(shè)置洞內(nèi)控制網(wǎng)的樁點(diǎn)標(biāo)志應(yīng)設(shè)置在帶有強(qiáng)制對中裝置的儀器臺(tái)上，儀器臺(tái)應(yīng)通過鋁合金架（鋁合金架不對陀螺經(jīng)緯儀產(chǎn)生影響）固定在洞壁上。儀器臺(tái)上方的洞壁上應(yīng)設(shè)置照明裝置。直道處的導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)對稱地設(shè)置在洞軸線兩側(cè)的洞壁上，以減弱洞壁旁折光的影響。兩個(gè)對稱導(dǎo)線點(diǎn)間的間距應(yīng)用檢定過的特制鋼尺來量測，因此在直道段導(dǎo)線點(diǎn)的儀器臺(tái)上應(yīng)增設(shè)量距裝置。

3 洞內(nèi)控制網(wǎng)的觀測

在洞內(nèi)基本導(dǎo)線網(wǎng)的角度觀測中，當(dāng)方向數(shù)為2個(gè)時(shí)，應(yīng)采用左右角觀測法；當(dāng)方向數(shù)為3個(gè)或3個(gè)以上時(shí)，應(yīng)采用全圓觀測法；邊長要進(jìn)行對向觀測，要測量氣象元素，并進(jìn)行氣象改正、乘常數(shù)與加常數(shù)改正以及傾斜改正；對稱點(diǎn)間距要用經(jīng)過檢定的特制鋼尺進(jìn)行量測，應(yīng)往返量測各2次，往返測較差不應(yīng)超過±1mm，并進(jìn)行尺長改正、溫度改正和傾斜改正。洞內(nèi)控制網(wǎng)的觀測技術(shù)要求見表2。

4 洞內(nèi)控制網(wǎng)的計(jì)算與檢核

（1）為了保證洞內(nèi)控制網(wǎng)的精度，必須對已測的洞內(nèi)基本導(dǎo)線網(wǎng)的精度進(jìn)行準(zhǔn)確評定；為了確保不出現(xiàn)粗差，必須通過各種路徑對洞內(nèi)基本導(dǎo)線網(wǎng)的觀測和計(jì)算的準(zhǔn)確性、可靠性進(jìn)行檢核。洞內(nèi)基本導(dǎo)線網(wǎng)的計(jì)算必須采用嚴(yán)密平差進(jìn)行。洞內(nèi)基本導(dǎo)線網(wǎng)的計(jì)算和檢核應(yīng)隨著基本導(dǎo)線網(wǎng)的向前延伸而逐次進(jìn)行。每當(dāng)基本導(dǎo)線網(wǎng)向前延伸一個(gè)環(huán)節(jié)，則計(jì)算和檢核就要進(jìn)行一次，其具體做法和程序如下：

式中：mβ為測角中誤差；n為多邊形的內(nèi)角數(shù)。

①對于直道段（如圖2），設(shè)基本導(dǎo)線網(wǎng)新增加一個(gè)環(huán)節(jié)BEFC，，這將新構(gòu)成ABCE和BEFB兩個(gè)四邊形。通過對這兩個(gè)圖形的角度閉合差進(jìn)行檢核，可以達(dá)到如下兩個(gè)目的，即：檢核B、E、C、F各站上的觀測角值是否存在粗差：檢核導(dǎo)線點(diǎn)A、B、D、E是否有位移。這是由于∠BAE和∠BDE均是前一個(gè)環(huán)節(jié)觀測的角度，若有位移，則必然引起相應(yīng)圖形的閉合差超限。

②對于彎道段（如圖2），設(shè)基本導(dǎo)線網(wǎng)新增加一個(gè)環(huán)節(jié)HLJI，這將新構(gòu)成GHIL，KLIH，HIJ等3個(gè)多邊形。通過對這三個(gè)圖形的角度閉合差進(jìn)行檢核，可達(dá)到如下兩個(gè)目的，即：檢核H、L、I、J各站上觀測的角值是否存在粗差；檢核G、K、H、L各導(dǎo)線點(diǎn)是否有位移。

（2）檢查新測角與原測角（如圖1中的∠ABD與∠AED，∠CHK與∠GLK的較差△β）是否超限，其限差可按下式計(jì)算，即：

此項(xiàng)檢查的目的在于在圖形閉合差超限時(shí)，確定超限的原因是由于導(dǎo)線點(diǎn)位移，還是由于觀測角值存在粗差。

（3）檢查新增導(dǎo)線點(diǎn)的橫向點(diǎn)位精度。這項(xiàng)檢查可通過不同路線推算的點(diǎn)位橫向較差（△Yi）來檢查。點(diǎn)位橫向較差的限差可按下式計(jì)算，即

式中的mYi是與導(dǎo)線點(diǎn)樁號相應(yīng)的橫向貫通中誤差的估值。

①對直道段（圖2），設(shè)基本導(dǎo)線網(wǎng)新增加一個(gè)環(huán)節(jié)BEFC，應(yīng)通過DEF與ABF兩條路線推算F點(diǎn)的坐標(biāo)，通過ABE與DEC兩條路線推算C點(diǎn)的坐標(biāo)，并求出按兩條路線推算出的坐標(biāo)橫向較差。通過對該橫向較差進(jìn)行檢核，可達(dá)到如下兩個(gè)目的，即：檢核新增環(huán)節(jié)的邊長測量是否存在粗差；檢核新增導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)精度；

②對于彎道（如圖2），設(shè)基本導(dǎo)線網(wǎng)新增加一個(gè)環(huán)節(jié)HLJI，應(yīng)通過GHI與KLI兩條路線推算I點(diǎn)的坐標(biāo)，通過GHJ與KLIJ兩條路線推算J點(diǎn)的坐標(biāo)，并求出按兩條路線推算出的坐標(biāo)橫向較差。通過對該橫向較差進(jìn)行檢核，可達(dá)到與a）類似的目的。

③根據(jù)嚴(yán)密平差后的坐標(biāo)計(jì)算每對導(dǎo)線點(diǎn)的間距，檢查此間距與鋼尺量測的間距之較差（△Si）是否超限，其限差可按下式計(jì)算，即：

（△Si）max≤2（mXY）i （7）

式中：（mXY）i為導(dǎo)線點(diǎn)i的點(diǎn)位中誤差。

（4）應(yīng)用間接平差法，對工作面以前的整個(gè)基本導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行嚴(yán)密平差（每增加一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行一次），求出各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)平差值，并求出平差后點(diǎn)位橫向中誤差，然后按下列限差進(jìn)行檢核，即：

5 結(jié)束語

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，一些水利工程隧洞工程的施工需要高精度的測量，而要很好的完成這些工程項(xiàng)目，必須要對其施工控制網(wǎng)進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)、精心的實(shí)施，盲目的測量會(huì)事倍功半，嚴(yán)重的還會(huì)影響工程項(xiàng)目的正常施工，可能會(huì)對工程造成難以估計(jì)的損失。

為確保水利工程隧洞施工控制網(wǎng)的觀測精度，使用的儀器比平時(shí)要高了一個(gè)等級，觀測精度也要提高了一個(gè)等級。在控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)、造埋、觀測工作過程中，嚴(yán)格按ISO9001質(zhì)量體系文件運(yùn)行。

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