李冠青，黃聲享，2

(1．武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢430079;2．地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢430079)

一、引 言

港珠澳大橋島隧工程由沉管隧道、東西人工島三大部分組成，其中沉管隧道是目前世界上綜合難度最大的沉管隧道之一。島隧工程起于伶仃洋粵港分界線，沿23DY錨地北側(cè)向西，穿越珠江口銅鼓航道、伶仃西航道，止于西人工島結(jié)合部非通航孔橋西端，全長7 440．546 m。沉管段長5664 m，由33個(gè)管節(jié)組成，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長度180 m。截至2015年8月，港珠澳大橋沉管隧道已安裝20節(jié)沉管。

沉管段管節(jié)橫截面采用兩孔單管廊，兩側(cè)為獨(dú)立的行車孔，中間為綜合管廊，從行車孔可經(jīng)由安全門進(jìn)入中管廊。管節(jié)兩端安有端封門。施工過程中，出于安全考慮，隧道末端一直保留數(shù)道端封門。隧道導(dǎo)線測量站點(diǎn)布設(shè)在左右行車道，這樣，為了確定末端沉管的位置，就必須從行車道轉(zhuǎn)進(jìn)中管廊，向前延伸，網(wǎng)型如圖1所示。圖中，A、B、C、D點(diǎn)表示行車道中的導(dǎo)線點(diǎn)，M表示轉(zhuǎn)進(jìn)中管廊后的測站點(diǎn)，導(dǎo)線邊A5(D5)－A6(D6)和A6(D6)－A7(D7)少則1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)，多則4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)，長度180～720 m不等，而A6(D6)－M1和A7(D7)－M2只有十幾米，邊長相差懸殊。因此，本文針對(duì)這一情況，通過理論分析、模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測等方式，對(duì)導(dǎo)線測量從行車道轉(zhuǎn)中管廊及向前延伸部分的精度進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析其對(duì)管節(jié)安裝橫向偏差和隧道最終貫通橫向誤差的影響。

二、理論分析

1．行車道轉(zhuǎn)中管廊的極坐標(biāo)測量

當(dāng)行車道雙導(dǎo)線測設(shè)至端封門未拆除部分管節(jié)時(shí)，利用兩行車道雙導(dǎo)線末端相鄰兩測站點(diǎn)，分別采用邊角測量方式向中管廊內(nèi)引測一條支導(dǎo)線定向邊，定向邊成果取兩車道測量的平均值。這時(shí)，就是通過一個(gè)角度和一個(gè)邊長直接得到中管廊點(diǎn)的坐標(biāo)，測量過程類似于極坐標(biāo)放樣。

圖1 沉管隧道導(dǎo)線測量行車道轉(zhuǎn)中管廊示意圖

實(shí)際測量時(shí)是取兩車道測量的平均值作為M1點(diǎn)的成果，兩車道點(diǎn)位對(duì)稱分布，按照測量誤差理論，由式(1)可求得M1點(diǎn)x、y方向精度為

由于目前港珠澳大橋島隧工程沉管隧道導(dǎo)線測量測站點(diǎn)都建立觀測墩，并設(shè)強(qiáng)制歸心設(shè)備，因此，儀器的對(duì)中誤差及目標(biāo)偏心誤差相對(duì)較小，可以忽略不計(jì)。結(jié)合實(shí)際網(wǎng)型，β接近于90°，由式(1)可知，從行車道轉(zhuǎn)中管廊這一過程，影響中管廊點(diǎn)橫向誤差的因素主要是測距誤差。

2．延伸支導(dǎo)線測量

如圖1所示，往后延伸支導(dǎo)線測量是在M2點(diǎn)安置儀器，后視M1點(diǎn)，以等邊直伸支導(dǎo)線的形式往前延伸，確定末端管節(jié)的平面位置。等邊直伸支導(dǎo)線常用的精度估算公式為

式中，Mx是支導(dǎo)線終點(diǎn)的橫向誤差;s為導(dǎo)線邊長;n為導(dǎo)線的邊數(shù)。

考慮設(shè)站點(diǎn)M2點(diǎn)位誤差和起始邊M2M1的方位角誤差，起始邊M2M1的方位角為

M1、M2兩點(diǎn)坐標(biāo)是分別由極坐標(biāo)測量得到，認(rèn)為這兩點(diǎn)相互獨(dú)立。根據(jù)誤差傳播理論可得

式中，l是M2M1的距離;mx、my是M1、M2兩點(diǎn)x和y方向的誤差，測量條件相同時(shí)，兩點(diǎn)同方向誤差相等。

這時(shí)，式(2)變?yōu)?/p>

由式(2)可知，中管廊里的直伸導(dǎo)線主要受測角誤差的影響;由式(4)可知，起始邊M2M1的方位角誤差mα主要受M1、M2兩點(diǎn)橫向坐標(biāo)誤差影響，即主要受行車道轉(zhuǎn)中管廊極坐標(biāo)測量時(shí)的測距誤差影響。

三、模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測

1．模擬試驗(yàn)

選擇和現(xiàn)場近似1∶1的試驗(yàn)場地，對(duì)港珠澳大橋島隧工程的貫通測量進(jìn)行模擬試驗(yàn)，模擬導(dǎo)線網(wǎng)網(wǎng)型如圖2所示。在模擬導(dǎo)線網(wǎng)中的兩個(gè)位置，進(jìn)行了行車道轉(zhuǎn)中管廊的試驗(yàn)分析，第一個(gè)位置是在RN25、LS25測M25和在RN27-1、LS27-1測M27轉(zhuǎn)入中廊道，再以M25、M27作為已知點(diǎn)往后延伸，經(jīng)過M28點(diǎn)，測到貫通點(diǎn)RN29和LS29;第二個(gè)位置是在RN32、LS32測M32和在RN31、LS31測M31轉(zhuǎn)入中廊道，再以M32、M31為起始點(diǎn)往后延伸，經(jīng)過M30點(diǎn)，測到貫通點(diǎn)RN29和LS29。試驗(yàn)結(jié)果見表1，表中支導(dǎo)線終點(diǎn)的坐標(biāo)較差是直接通過行車道導(dǎo)線網(wǎng)測量得到的坐標(biāo)減去行車道導(dǎo)線網(wǎng)轉(zhuǎn)中管廊支導(dǎo)線測量得到的坐標(biāo)。

圖2 模擬試驗(yàn)場地的導(dǎo)線網(wǎng)網(wǎng)型

表1 模擬試驗(yàn)結(jié)果 mm

根據(jù)模擬試驗(yàn)實(shí)測邊長、測角誤差和測距誤差，按照前述的分析方法，兩個(gè)位置行車道轉(zhuǎn)中管廊并延伸到支導(dǎo)線終點(diǎn)，終點(diǎn)的x方向中誤差分別為±9．30 mm和±8．16 mm。以兩倍中誤差作為限差，可知，兩個(gè)位置模擬試驗(yàn)的結(jié)果都在限差范圍內(nèi)，表明本文的理論分析和模擬試驗(yàn)結(jié)果符合較好。

2．現(xiàn)場實(shí)測

每節(jié)沉管的安裝都會(huì)進(jìn)行單獨(dú)的導(dǎo)線測量，從洞外開始，沿行車道測至隧道尾端，端封門切割完的最后一個(gè)管節(jié)，然后從行車道轉(zhuǎn)至中管廊，往后延伸，直到隧道最末端。圖1所示情況為切割到M2和M3之間的端封門，這時(shí)，M1和M2可以由行車道的導(dǎo)線點(diǎn)測得，而M5點(diǎn)只能由中管廊支導(dǎo)線測得。隨著管節(jié)的不斷安裝，待M5點(diǎn)前的端封門全部切割完時(shí)，可從行車道直接得到M5點(diǎn)坐標(biāo)。表2為現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，表中坐標(biāo)差是兩種方式得到的中管廊點(diǎn)橫向坐標(biāo)之差。

表2 現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果 mm

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測邊長、測角誤差和測距誤差，按照前述的分析方法，可得這些中管廊點(diǎn)由延伸支導(dǎo)線測得的x方向坐標(biāo)中誤差為±11．26 mm。以兩倍中誤差作為限差，可知，現(xiàn)場多點(diǎn)的實(shí)測結(jié)果都在限差范圍內(nèi)，表明本文的理論分析和現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果符合較好。

四、結(jié) 論

本文根據(jù)港珠澳大橋島隧工程沉管隧道導(dǎo)線測量受末端端封門影響的實(shí)際情況，分析了導(dǎo)線測量經(jīng)由安全門以一條超短邊從行車道轉(zhuǎn)中管廊、并以支導(dǎo)線的形式延伸到隧道最末端相較于行車道導(dǎo)線網(wǎng)的精度變化。經(jīng)理論分析、模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測，基本結(jié)論如下:

1)導(dǎo)線測量從行車道轉(zhuǎn)中管廊并延伸到隧道末端的過程中，從行車道轉(zhuǎn)中管廊的極坐標(biāo)測量，主要受測距誤差的影響;中管廊內(nèi)延伸導(dǎo)線測量，主要受測角誤差影響。要求現(xiàn)場測量時(shí)，不同的測量過程要側(cè)重削弱不同的影響因素。

2)導(dǎo)線測量從行車道轉(zhuǎn)中管廊并延伸到隧道末端與行車道的導(dǎo)線測量相比，會(huì)引入±1 cm左右的橫向誤差。

［1］ 李巍，趙亮，張占偉，等．常用全站儀放樣方法及精度分析［J］．測繪通報(bào)，2012(5):29-32．

［2］ 岳建平，高永剛，謝波，等．利用全站儀坐標(biāo)法放樣橋梁高塔柱的精度分析［J］．測繪通報(bào)，2005(8):39-41．

［3］ 武漢大學(xué)測繪學(xué)院．誤差理論與測量平差基礎(chǔ)［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2003．

［4］ 張正祿．工程測量學(xué)［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2002．