羊角隧道贯通测量方案设计.doc

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 羊角隧道贯通测量方案设计

摘要：根据现代测量技术的发展，将测量技术运用到隧道工程控制领域，对隧道贯通误差控制在《规范》范围内，拟定了现在工程中最常用的测量控制方案—地面GPS控制网、洞内导线控制网。重点阐述了控制网不同方案的优缺点，详细介绍和分析了引起贯通误差大小的原因及精度估算，并结合理论知识和实际经验推导出能满足贯通误差要求的理论性方案，指出了运用不同方案测量时所采用的精度要求和注意事项，通过精度估算发现具有较高的精度和较好的实用性。
关键词：羊角隧道 GPS控制网 控制测量设计 主副导线网 测量精度 联测 贯通误差估算

引言：众所周知：隧道贯通面上贯通误差的影响值，由洞外和洞内控制测量两部分组成。为了保证高精度贯通，本设计按《测规》规定横向中误差75mm，高程中误差25mm进行设计，分配给洞外横向中误差为45mm，高程中误差18mm，分配给洞内横向中误差为60mm，高程中误差为17mm。在保证精度足够的条件下，从省时省工和经济合理等角度考虑，本次设计对控制测量的可行方案进行分析，选择其最佳方案，作为该隧道的施工测量方案。对洞外采用GPS控制网，洞内采用环形导线网的形式进行设计。

1 编制依据

㈠、重庆市交通规划勘察设计院设计的《西部开发省际公路通道重庆至长沙武隆至水江段高速公路第B7合同段》两阶段施工图设计文件送审稿第一册、第二册。
㈡、重庆市交通委员会关于《武隆至水江段高速公路初步设计预审意见》。
㈢、交通部“关于武隆至水江公路初步设计的批复”（交公路发[2005]65号）。
㈣、西部开发省际公路通道重庆至长沙公路武隆至水江段高速公路项目《监理实施细则》。

㈤、重庆市交通委员会，沿线地方政府有关的函件、文件、规划资料。
㈥、国家、交通部现行设计规范、施工规范、试验规程、工程质量检验评定标准、验收标准及有关文件。
㈦、重庆市交通委员会有关技术规定及有关会议纪要、规定。

2 工程简述
2 1 工程概况
西部开发省际公路通道重庆至长沙高速公路武隆至水江段，是国家重点干线公路宁波至樟木公路的重要组成部分，重庆市“二环八射”，主骨架公路网中的重要射线之一，是连接我国西南、中南、东南地区的重要横向经济干线，是连接重庆市东南部老、少、边、穷地区的交通要道。本项目的建设是实施国家“西部大开发”战略的需要，它对于加快建设国家重点干线公路，完善重庆市“两环八射”主骨架公路网络的布局，加快重庆东南部地区经济的发展具有重要作用。该合同段位于重庆市东南部的武隆县，南川市境内，总体呈东西走向，起于武隆县城乌江水岸的苏家河，与重庆至长沙公路的彭水—武隆段终点衔接，经过土坎、羊角、白马、长坝、双河口，止于南川水江镇，于重庆长沙高速公路水江—界石段起点衔接。地理位置；东经107º16¹—107º46¹，北纬29º14¹—29º18¹。路线总长51.981公里。该隧道称羊角隧道，为特长双洞单向行车隧道，左线全长6655m，右线全长6676m， B7合同段为K24+500—K27+835，全长3335m，位于重庆市武隆县白马镇境内，左线设计纵坡为+0.84﹪，右线设计纵坡为+0.85﹪，出口段平面线形均为直线，隧道轴线间距为45.57-50.43m，单洞净宽10.79m，净高7.0m，内净空面面积为64.25。隧道设4处车行横通道及相应紧急停车带与9处人行横通道，停车带在主洞行车方向右侧加宽3m。
本合同段总投资为196105700元，于2005年12月开工，预计2008年5月完工，合同工期为30个月。
本合同段由重庆市高速公路发展有限公司南方分公司建设，重庆市交通规划勘察设计院设计，中铁二十二局集团第五工程有限公司施工， 监理单位是西安方舟工程咨询有限责任公司。
2.2 地质
2.2.1 地质构造
隧道区地质构造位处新华夏系第三沉降带之川东褶带东缘之羊角背斜西翼，其西邻北东南西构造体系之白马向斜，东邻冷水垭甘田湾向斜。
羊角隧道位处羊角背斜西翼，隧道穿越地层为单斜岩层，岩层产状290～300°∠20～34°，由进口至出口倾角呈变缓的趋势，受地质构造影响较重。区内构造较简单，未发现有断层通过，隧道轴线与岩层走向呈大角度相交。
2.2.2地层岩性
隧道区表层零星覆盖第四系全新统崩破积层（Q4c+dl）、滑坡堆积体层（Q4del）、残坡积层（Q4el+dl）块、碎石土，下伏岩层为三叠系下统飞仙关组（T1f1～3）一至三段、二叠系上统长兴组（P2c）、二叠系上统吴家坪组（T2w1～2）一至二段、二叠系下统茅口组（P1m）、二叠系下统栖霞组（P1q）、二叠系下统梁山组（P1L）。志留系下统罗惹坪组（S1lz1～2）一至二段、志留系下统小河坝组（S1x）、志留系下统龙马溪组（S1L）、奥陶系中上统五峰组（Q1w）、林湘组（Q3L）、宝塔组（Q2b）、十字铺组（Q2s）、奥陶系下统大湾组（Q1d），岩性主要为灰岩、泥灰岩、白云岩、水云母页岩、炭质页岩、石英粉砂岩等。
2.2.3不良地质现象
隧道区的不良地质现象主要有：采空区、岩溶与岩溶水、穿煤压煤及有害气体等。
① 采空区
主要分布于羊角镇后山，分别为大湾煤矿（武隆县硫铁矿）、朱家湾的石合煤矿以及岩角坪煤矿，均对隧道无影响。
② 岩溶与岩溶水
隧道区岩溶受地质构造及地层岩性控制，分布成带状，与岩层走向近一致，其发育区主要分布于里程ZK24+000～ZK26+700段的P1q、P1m、P2c、T1f1、T1f2、T1f3地层。隧道岩溶地下水丰富，赋存于岩溶管道（暗河、溶洞）中，当隧道通过岩溶及岩溶水发育的地段时，可能发生突发性突水、突泥。
③ 穿煤压煤及有害气体
隧道穿越含煤地层P2w ，其底部仅含一层可采煤层，煤层厚0.30～0.80m，煤层上部为0.40～0.80m，厚的硫铁矿。
隧道区有毒、有害气体主要为P2w，煤层瓦斯和P1q灰岩中浅层天然气，羊角隧道穿过深部K1煤层具有煤与瓦斯突出危险。
2.2.4 地震
根据国家地震局1990年《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)之图A1和图B1，线路所经地区地震烈度为Ⅵ，隧址区地震动峰值加速度0.05g。按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，场地为坚硬土，建筑场地类别为Ⅴ级，为建筑抗震一般地带，设计特征周期0.35s。
2.2.5 水文地质条件
隧道出口的山间冲沟（郭溪沟）和北侧乌江及南侧白果坪～摩子岩一带垄状山脉构成一个相对独立的水文地质单元，单元内植被发育，水土保持较好，雨量充足，分布较丰富的地下水。
2.3 气象、水文
气象：遂址区属亚热带湿润季风气候，冬暖夏热，冻寒期短，且春夏之交多暴雨，湿度大，具有多雨、多雾、寒冷的特点，雨量充沛，境内四季分明。据武隆气象局资料，7至9月时有伏旱、秋旱出现。最冷月为1-2月，最热月为7-8月，年平均气温17.5℃，日最高气温40.7℃（1997.8.31），日最低温-1.8℃（1993.1.24），月平均最低气温6.0℃，月平均最高气温29.2℃，极端最高气温41.7℃，极端最低气温-3.5℃，多年平均气温17.9℃。多年平均降雨量在1082.2-1181.5 mm 之间，雨季降雨（5-8月）约为全年降雨量的40％。1993—2002年历年日最大雨量138.5mm（1998.7.21），年平均降雨量986.82mm,最大年降雨量1417.2mm(1998年)。历年主导风向为E，历年平均雾天数44天，年平均无霜期310天。
水文：遂址区均属乌江水系，其支流在隧道进口为猫儿沟，隧道出口为郭溪沟，其次急水流一般发源于中底山沟谷中，明显受构造控制，多为树枝状水系，局部也形成羽毛状水系。白果坪～郭房子～摩子岩一带山脉为分水岭。总体上区内横向冲沟不发育，垂直隧道轴线南西～北东向发育少量的斜向发育少量的斜向季节性冲沟，冲沟坡度较大，坡角一般为25°～35°，局部为50°。地表冲沟担负起了隧道区内地表水和地下水的排泄任务。由于冲沟不发育且浅切，沟底坡角大，故每当暴雨发生，地表排水通畅，山洪暴发时消涨快。
2.4 隧道施工方案
2.4.1方案概述
采用“新奥法”施工，以 超前预测探测为手段，管超前、短开挖、弱爆破、强支护、勤检查、勤量测，适时衬砌、稳妥前进、不留隐患，确保安全、质量，实现工期的原则，认真贯切“光面爆破是基础，喷锚支护保安全，围岩量测明情况，施工通风出效率，仰拱先行快封闭，衬砌质量树形象”的工作原则。
采用无轨方式实施掘进、喷锚、衬砌三条机械化作业线，开挖利用钻孔台架采用风动凿岩机打眼，光面爆破，装载机装碴，18T自卸汽车出碴。喷砼、挂网、锚杆，并结合钢架、超前支护等；大功率通风布置；电动液压钢模台车（12m）全断面一次衬砌（非标准段采取组合钢拱及大块钢模）；自动计量拌和站集中供应砼，砼罐车运输，泵送入模，附着式、插入式振动器双重捣固，形成机械化作业一条龙施工。及时进行围岩量测，并根据量测反馈的围岩变形信息，调整支护参数，确定二次模筑混凝土时间等。
对不良地质地段，切实做好超前钻探、预测、预报，超前支护等工作。做到先固结，后开挖，同时搞好控制爆破及沉降监测工作。
ZK24+707～ZK27+687为Ⅴ级围岩，采用分部短台阶开挖（台阶长不超过3m），每循环进尺1.0～1.2m，每0.8m支立一榀I18工字钢支撑，并进行洞身超前及初期支护，形成一个完整封闭洞内支护体系。其中洞口施作时，要快速支护，快速封闭，形成体系，并建立一个完整的监测体系，确保安全进洞。
2.4.2 钻孔
组织经验丰富、技术精湛有爆破证的工人操作钻爆作业。使用自制简易台车配多台7655型风动凿岩机钻孔。
钻孔前，先进行钻爆设计，钻工要熟悉炮眼布置图，施工时严格按钻爆设计实施，钻工要熟悉炮眼布置图，定人、定位，周边眼、掏槽眼由经验丰富的司钻工司钻确保位置和角度的正确。
严格控制炮眼间距，误差不得大于5cm，特别是掏槽眼和周边眼，采用斜眼掏槽时，外插角必须控制好，严禁相互交错穿孔。
周边眼数量，间距要严格按照钻爆设计施作。爆破后要求硬岩残眼率达80%以上，中硬岩达到70%以上，软岩开挖轮廓要圆顺，符合设计轮廓，周边眼外插角应严格控制，并根据钻孔深度进行调整，使相应邻两茬炮之间错台不大于15cm。
钻孔施工时，应满足以下要求：
a.掏槽眼眼口间距和眼底间距误差控制在5cm以内。
b.辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于5cm。
c.周边眼沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差不大于5cm，外斜率不大于5cm/m，眼底不超出开挖轮廓线10cm，最大不得超过15cm。
d.内圈炮眼到周边眼的排距误差不得大于5cm，炮眼深度超过2.5m时，内圈炮眼与周边眼应采用相同斜率。
e.当开挖面凹、凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度和装药量，力求除掏槽眼外的所有炮眼底部处于同一垂直面上。
2.4.3 爆破
采用光面爆破，并按微震控制爆破设计，塑料导爆管非电起爆。
施工中根据预裂爆破设计，结合现场地质情况进行爆破试验，并不断修正设计参数，以达到最佳爆破效果。成立爆破小组，实行定人、定位、定标准的岗位责任制，精细正规实施。
2.4.4出碴
隧道出碴采用无轨运输方式,装载机装碴,自卸汽车运输。
2.4.5测量放线
洞内施工测量采用中线法，中线测桩间距不短于50m，每100m设一水准点，根据需要适当加密。在每排炮开钻前准确绘出开挖轮廓线，周边眼、掏槽眼的位置。
每次测量放线的同时，对上一次爆破断面进行检查,利用我局自行开发的4850型计算器软件，《隧道开挖断面量测系统》对测量数据进行处理。及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。
2.5隧道测量方案
　2.5.1 施测程序

2.5.2施工测量部署
施工测量组织工作由项目技术部专业测量人员成立测量小组，根据设计院给定的坐标点和高程控制点进行工程定位、建立轴线控制网。按设计要求和方法进行施测并按规定程序检查验收，对施测组全体人员进行详细的图纸交底及方案交底，明确分工，所有施测的工作进度及逐日安排，由组长根据项目的总体进度计划进行安排。
　　2.5.3施工测量的原则和基本要求
　　Ⅰ 严格执行测量规范；遵守先整体后局部的工作程序，先确定平面控制网，后以控制网为依据，进行各局部轴线的定位放线。
　　Ⅱ 必须严格审核测量原始数据的准确性，坚持测量放线与计算工作同步校核的工作方法。
　　Ⅲ 定位工作执行自检、互检合格后再报检的工作制度。
　　Ⅳ 测量方法要简捷，仪器使用要熟练，在满足工程需要的前提下，力争做到省工省时省费用。
　　Ⅴ明确为工程服务，按图施工，质量第一的宗旨。紧密配合施工，发扬团结协作、实事求是、认真负责的工作作风。
2.6 准备工作
⑴熟悉设计图纸，仔细校核各图纸之间的尺寸关系，全面了解设计意图。
⑵对业主给定的现场平面控制点和高程控制点进行查看和必要的检核及现场踏勘。全面了解现场情况，了解工程总体布局，工程特点，周围环境，建筑物的位置及坐标，了解现场测量坐标与建筑物的关系，水准点的位置和高程。
⑶ 根据设计要求、定位条件、现场地形和施工方案等因素，制定测设方案，包括测设方法、测设数据计算和检核、测设误差分析和调整、绘制测设略图等。
⑷ 对参加测量的人员进行初步的分工，并进行测量技术交底，并对所需使用的仪器进行重新的检验。
2.7 测量仪器的选用
本隧道控制测量采用仪器应满足下列精度要求：测角精度小于或等于±1″，测距精度不大于±(2 mm+2×10-6D)，水准仪的精度应高于或等于±1 mm/km，采取铟钢水准尺。
测量中所用的仪器和钢尺等器具，根据有关规定，每年送国家授权检定部门进行校验，合格后方可投入使用。
现场测量仪器一览表
序号
器具名称
型号
单位
数量
1
徕卡智能全站仪
TCRA1102
台
1
2
托普康全站仪
332
台
1
3
经纬仪
J2
台
2
4
水准仪
DS3
台
4
5
钢 尺
30m
把
4
6
对讲机

个
9

3 羊角隧道GPS控制网的方案设计
3.1 GPS控制网选择说明
根据洞外导线控制测量设计方案和GPS控制测量设计方案的对比，拟定最终确定采用GPS 控制测量的布设方案。
因为：1.导线测量网形设计太单一，多余观测条件少，不足宜检核。外业观测时间较长，局部导线边离隧道中线较远和相临点间无法通视的困难，有时可能还要受到天气的影响。而GPS技术不仅具有精度高，工期短的优点，而且由于GPS 测量本身的特点，网型结构简单，点的疏密和边长的长短都可适当选取，既保证了两边洞口各点的GPS 点间通视又解决常规测量中点位之间无法通视的困难，选点灵活，不需要高标，同时还可解决外业施测受天气影响的困难。
2.由于现在GPS 测量技术要求高，作业周期短，并且有两台接收机同时作业，在作业前有周密的计划，和有完善的协调组织工作，能合理安排，协调作业，认真细致地进行工作，使观测工作有条不紊地进行等等，从而为高精度、高效率的成果得到更充分的保证。虽然导线测量的经费比GPS网的经费低，但是相差不多，从精度的角度和各方面的因素考虑导线方案不如GPS方案，为了满足施工测量精度，达到预定的贯通误差值，从而拟定GPS控制网作为该隧道的洞外控制测量。
3.2 控制网的精度要求
根据《规范》的规定，该隧道的横向贯通误差应为以内。测量误差的配置为：地面控制测量的横向中误差应为以内，联系测量和地下导线测量的横向中误差应分别为以内。通常分两级布设，即首级为控制网，二级为精密导线网，GPS控制网的主要技术指标为；平均边长2km，相邻点的相对点位中误差规定在以内，最弱点点位中误差在以内，最弱边相对中误差高于1/90000，与原有控制点的坐标较差小于。
3.3 设计依据
(1)《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T 18314-2001。
(2)《公路全球定位系统(GPS)测量规范》JTJ/T066-98 (简称《公路(GPS)规范》。
(3)《公路勘测规范》JTJ061-99。
3.4 投入人员及仪器设备
参加野外工作人员5名，其中高级工程师一名，工程师一名，技术员2名，技工一名。仪器设备∶四台套Smart2001AS GPS单频接收机，静态基线精度∶平面5mm+1ppm，高程10mm+1ppm。
3.5 选点与埋石
3.5.1 点位选择的原则
控制点的选点除应满足GPS信号接收的需要外，还应满足地面精密导线布设的需要，具有其特殊性，即除原控制点位不要求通视，隧道进出口的各三点控制点点间距不低于500m，并且其至少有两个通视方向，以便检核。
3.5.2 GPS点位的埋设
点位选好后，按照规范中的标石埋设要求，埋设具有中心标志的标石，以精确标点点位。点的标志与标石必须稳定，坚固，以利于长期保存与利用。
3.6 GPS控制网的测设
羊角隧道洞外GPS控制网的布设，即要满足最近地区长期规划的需要，又要满足近期规划建设的需要，本着确保测量精度高、进度快，费用省的原则布设。
武水高速公路羊角隧道B6、B7合同段属重山岭地区，地形起伏较大，海拔高程在500—1000m,，相对高差在200-700m，测区内有白马至武隆二级公路及山区简易便道，GPS14-GPS18，在公路附近，交通方便，除了个别原有控制点遭破坏外，标面、标架仍保存完好，平面基准为：1954北京坐标系，中央子午线为108°，抵偿高程面为300米，高程采用1956年黄海高程基准，在实施中均把原控制点将其纳入新布设的控制网中。
GPS观测采用静态相对定位模式，严格按《公路GPS规范》5.1.1条要求执行，其GPS控制网观测基本技术指标如下：
卫星高度角
(º)
数据采集间隔
(s)
静态定位观测时间
(min)

GDOP
重复测量的最少基线数％
施测时段数
有效观测卫星总数
≥15º
≥15
≥60
≤6
≥5
≥2
6

3.7 外业观测与数据处理
3.7.1 外业观测
GPS数据采集使用四台套Smart2100AS单频接收机进行同步静态观测，标称精度：平面为5mm+1ppm，高程10mm+1ppm。GPS观测采用静态相对定位模式，首先根据GPS卫星星历预报制定GPS外业观测调度表，进而进行有计划作业。天线安置严格对中，整平，并使定向标志指向磁北。观测历元间隔15°，卫星截止高度角15°，同步时段观测时间骨架网为90分钟，其余时段为60分钟。在天线板上互隔120°的三处量取天线高，互差少于3mm，并在观测前后各量一次取中数。采集的数据及时传输到计算机存储并备份保存，及时检查外业观测时点名、仪器高、观测时间等相关记录有无错漏.天线高在观测前量取3次，读数至毫米记入手簿，天线高互差不得大于3mm，取平均数记入手簿。测后再量取一次天线高作为检核.并记入手簿。
3.7.2 基线解算
基线向量解算和网平差采用中海达HD2003数据处理软件进行数据处理，及时进行基线向量解算，共解算30 条静态基线，在基线解算的基础上进行同步环、异步环闭合差检核、重复基线检核。其大致平差精度统计如附表1
3.7.3 GPS数据处理
① GPS外业数据质量检核
每天采集的GPS外业数据采用中海达HD2003数据处理软件进行数据处理，及时进行基线向量解算，共解算30 条静态基线，均符合要求，在基线解算的基础上进行同步环、异步环闭合差检核、重复基线检核。
1） 同步环闭合差检核
基线自动组成15个同步环，各闭合环的X，Y，Z方向和全长绝对闭合差和相对闭合差均小于相应的限差要求。 同步环各分量闭合差
全长坐标闭合差
其中n─同步环的边数， σ─-相应等级规定的精度即弦长标准差(mm)

a─固定误差(mm) b─比例误差(ppm) d─相邻点间的距离(km)
经分析计算15个同步环中最大相对闭合差为2.87ppm.即1/348432
该同步环由: G4─GPS17─G5─G4基线边组成，总长10872.7647m.经计算该同步环Wx、Wy、Wz均小于。
全长坐标闭合差W=10.40mm，小于限差12.42mm。
2） 异步环闭合差检核
共组成16个异步环，各闭合环X、Y、Z方向和全长绝对闭合差和相对闭合差均小于相应的限差要求。异步环各分量闭合差
全长坐标闭合差
经分析计算，16个异步环中，最大相对闭合差为6.96ppm 即1/143678
该异步环由G5─GPS16─G4─G5基线边组成，总环长6360.7967m，经计算该异步环全长坐标闭合差V=14.76mm，小于限差131.13mm。
3） 重复边较差检核
全网共有6条重复基线，重复基线长度较差ds均小于相应允许较差，即
6条重复基线中相对误差最大值为8.18ppm，SW409—SW408边长为759.557m。
经计算SW409—SW408重复边长较差允许值，即限差要求。
从以上几次检核可知，GPS外业数据质量可靠，同步环，异步环坐标闭合差，重复边较差均满足《公路GPS规定》规定的限差要求。
② GPS控制网平差及精度分析
1） WGS-84坐标系下的三维无约束平差，精度情况详见下表：
点号
最弱点点位中误差m
最弱边边长相对中误差
边名
边长
G6
0.0052
1/112005
GPS18-GPS17
456.7007
从上表知，GPS空间网符合精度良好，满足规范要求。
2） GPS控制网二维约束平差
为了保持与原控制网的坐标系统统一，并达到检核原控制网的目的，GPS网的二维约束平差以原控制网点GPS14，GPS16，GPS17等3点作为起算点进行平差计算。平差精度详见下表：

点号
最弱点点位中误差（m）
限差

（m）
最弱边边长相对中误差

限差

边名

SW边长
SW406
0.0195
0.050
1/150441
1/70000
GPS18-GPS17
456.3709
从上表GPS网二维约束平差结果说明GPS网精度达到二级以上GPS网的精度要求满足《规范》要求。GPS控制点成果资料（见附表2）
3.8 GPS控制网的复测
3.8.1平面系统和高程系统
平面坐标系统∶原控制网采用1954年北京坐标系，中央子午线为108º， 抵偿高程面为300m，本次GPS控制网复测与之一致。
高程系统∶采用1956年黄海高程基准。
3.8.2控制网复测的精度等级
武水高速公路羊角隧道B6、B7合同段GPS控制网内部复测精度，按《公路GPS规范》二级精度指标和基本技术指标执行(不考虑原控制网的实际精度等级)。但为了与原控制网成果比较，选择了3个原控制点作为起算点进行约束平差，并进行分析比较。
3.8.3GPS控制网复测的网形设计
GPS控制网复测按二级精度要求施测，网形布设为大地四边形，以边连式布网，即相邻同步图形之间有两个公共点相连的布网方法，详见附图一：GPS控制网网形示意图。
3.9 GPS网复测成果与原控制网成果比较
我们选择两种方案，方案一：平面采用GPS14，GPS16，GPS17三点作为起算点，高程采用G4，G5，GPS14，GPS16四等作为高程起算点。方案二：采用GPS14，GPS16，GPS17，GPS18四点作为平面起算点，高程采用G4，G5，GPS14，GPS16，GPS18五点作为起算点。
3.9.1平面坐标成果比较
选择方案一进行比较。GPS控制网复测10点，其中GPS14，GPS16，GPS17三点为起算点，其余7点平面坐标比较详见下表：

点号
原控制网坐标
GPS控制网复测坐标
△ X
X1-X2
△ Y
Y1-Y2
X1
Y1
X2
Y2
G4
3251504.177
36458181.343
3251504.1715
36458181.3322
0.0055
0.0108
G5
3252007.111
36457634.473
3252007.1181
36457634.4796
-0.0071
-0.0066
G6
3251267.459
36456273.730
3251267.4654
36456273.7239
-0.0064
0.0061
GPS18
3252888.944
36463225.253
3252888.9405
36463225.2492
0.0035
0.0038
SW406
3251401.220
36465807.533
3251401.3716
36465807.5208
-0.1516
0.0122
SW408
3251738.817
36464441.004
3251738.9002
36464440.9976
-0.0832
0.0064
SW409
3252025.230
36463740.784
3252025.2914
36463740.7556
0.0614
0.0284
从上表看出：
① G4，G5，G6，GPS18四点坐标差值较小，除G4点y方向差值为0.0108m外，其余互差均小于1cm，特别是GPS18点作为检核点，原坐标与复测坐标x方向仅差3.5mm，y方向仅差3.8mm说明复测网成果可靠，同时也说明原控制网GPS14，GPS16，GPS17，GPS18， G4， G5， G6点成果可靠。
② 原一级导线点SW406， SW408， SW409三点坐标与GPS网复测坐标差值较大，最大值：SW406点x方向为-0.1516m，达到分米级。说明原控制网一级导线点（SW406， SW408， SW409）精度较差，使用原成果时应予注意。
3.9.2高程成果比较
选择方案二进行比较。高程采用G4，G5，GPS14，GPS16，GPS18五点作为起算点，其余五点高程比较详见下表：
点号

高程
GPS17
G6
SW406
W408
SW409
原高程
225.948

735.852
521.996

589.320
复测拟合高程
225.9424
591.6078
735.8511
521.9858
589.3080
差值
0.0056

0.0009
0.0102
0.0120
从上表看出：因G6点缺原高程外，其余4点原高程与复测高程比较，相差较小，仅在厘米级，最大差值：SW409为1.2cm，说明GPS复测拟合高程可供参考使用。
3.10 结论和建议
武水高速公路羊角隧道B6，B7合同段GPS控制网复测按《公路GPS规范》二级精度指标和基本技术指标执行。GPS控制网复测的内符合精度和外符合精度均达到二级GPS网精度要求，说明GPS控制网复测精度优良成果可靠，满足规范要求，可供施工单位使用。
通过GPS控制网复测平面坐标成果与原控制网平面坐标比较， G4，G5， G6，GPS14，GPS16，GPS17，GPS18计7点平面坐标差值较小，说明GPS复测成果可靠，同时表明原控制网（上述7点）成果可靠。但原控制网中一级导线点SW406，SW408，SW409三点，平面坐标精度较差，无论采用3点约束平差（方案一）还是采用4点约束平差（方案二），与原平面坐标比较，其坐标差值均较大，达分米级（SW406点），说明一级导线点SW406，SW408，SW409三点平面坐标存在一定问题。建议施工单位使用该三点平面坐标成果时慎用。
GPS控制网复测二维约束平差，采用的两种方案平差，其平面坐标两套成果，基本一致。故方案一、方案二的平面坐标成果，均可供使用。
4 羊角隧道贯通测量方案设计
4.1洞内导线点的设计情况
4.1.1导线点选点及埋设
导线点选点一般选用石桩或砼桩（桩顶嵌入金属标志，顶部刻有十字线以表示点位）。埋设应在无积水、无行车碾压和其它干扰地带。相邻之间应通视良好，便于测角和量距，导线边长宜大致相等，边长之比不宜超过1:3，以免影响测角精度。高程点可以直接利用导线点做为水准点。
4.1.2平面控制测量
① 洞内外联测
洞内外联测，应选在阴天，气温稳定，无风情况下进行。水平角观测在不同时段采用方向观测法测2组，每组15个测回。测距采用对向观测，其中竖直角观测四个测回，测距6次，边长归算考虑气象改正，投影改正。投影面高度最好为隧道中线平均高程(GPS网投影高程面)。
高程测量严格按照《铁路测量规则》二等水准测量要求进行，采用往返不同线路进行施测，在往返闭合差满足要求时，取返往平均值。
② 洞内控制测
1） 洞内导线测量
根据《规测》的要求测设隧道中线时，通常每掘进20m埋设一个中线桩。由于定线误差，所有中线桩不可能严格位于设计位置上。所以，隧道每掘进400米布设一个导线点，也可以利用埋设的中线桩作为导线点，组成洞内施工导线网。测角使用TCRA1102+2″型全站仪观测9-12测回，测距对象观测3测回。其精度要达到测角中误差Mβ=1.3″，测边的精度相对中误差为ML/L=1/3.5万，边长取平均值，并考虑气象和仪器加、乘常数改正，并归算至椭球面上。转折角应观测左角和右角，边长应往返测量。根据导线点的坐标来检查和调整中线校位置。随着隧道的掘进，导线测量必须及时跟上，以确保贯通精度。
2） 洞内水准测量
用洞内水准测量控制隧道施工的高程。隧道向前掘进，每隔50m应设置一个洞内水准点，并据此测设腰线。通常情况下，可利用导线点作为水准点。洞内水准线路可是支水准线路，除应往返观测外，还须经常进行复测。
洞内控制测量应在施工不影响时进行，并加强通风，保证照明充分，提高清晰度。以良好的施测环境，确保测量的精度。
洞内导线向前延伸，施测时必须联测两个以上同等级控制点，在确定前面点位正确无误后方可向前延伸。
4.2平面控制网布设原则
　　⑴ 平面控制应先从整体考虑，遵循先整体、后局部、高精度控制低精度的原则。
　　⑵ 平面控制网的坐标系统与工程设计所采用的坐标系统一致。布设呈矩形。
　　⑶ 布设平面控制网首先根据设计总平面图、现场施工平面布置图情况，选择最合理的布设方案。
　　⑷ 选点应在通视条件良好、安全、易保护的地方。
　　⑸ 桩位必须注意保护，并用红油漆作好标记。
4.3 导线测量的技术要求
① 导线测量应符合以下导线的技术要求规定：
导线测量技术要求
等级
测距中误差
测角中误差(″)
导线全长相对闭合差
方位角闭合差(″)
测回数
三等
13
1. 8
1/55000

10
四等
13
2.5
1/35000

6
② 导线应尽量布设成直伸开状，相邻导线边长不宜相差过大，点位能长期保存。
③ 水平角观测的各项限差要求
水平角方向观测法的各项限差
等级
仪器型号
再次重合
读数差
半测回
归零差
一测回中两倍照准差(2c)较差(″)
同一方向各测回间较差(″)
四等
DJ2
3
8
13
9
4.4平差方法
因羊角隧道为特长隧道，根据《公路勘测规范》（JTJ061-99）规定，采用严密平差。测量成果见附表3。
4.5 隧道平面控制网布设方案设计
由于隧道内施工场地狭小，控制网布设难度较大，为了提高导线端点的精度，在不增加较多工作量的前提下，结合洞内施工条件和以往洞内导线控制网布设经验，我们提出几个方案以便对比选择，并根据实际现场情况进行布控，以期提高导线端点的精度。
4.5.1方案一:支导线法（单导线）
传统的支导线布设方案（图1）简单，观测工作量较少，布设灵活，但由于没有多余观测和其他约束条件，在实际工作中即使发生错误也无法检查，同时随导线长度的增加，端点横向误差迅速增大。
G5-1
G5-2
右洞中线
左洞中线
B7Y-1
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
B7Z-1
贯
通
里
程
1
车
行
通
道
车
行
通
道
车
行
通
道

图1：单导线法闭合环布置图
单导线法导线网布置对隧道贯通的影响：
结合洞内施工条件，洞内导线平均边长250m，从K24+500~K27+739各洞分别设14个导线点，按四等导线测量技术要求，测角中误差2.5″，测边中误差1/35000。
1）测角中误差对贯通的影响：

2）测边中误差对隧道贯通的影响：
因为羊角隧道出口为直线隧道，导线基本在隧道中线附近布置，测边中误差对贯通误差的影响极小，以最大影响布设方式：假定导线点交错偏离中线5m，每条边在贯通方面投影长度为最大10m，则：

3）洞内测量误差对贯通误差的影响：

4.5.2方案二:主、副导线法
左右洞各自独立形成闭合导线环，沿隧道中线布设主导线，在其旁布设副导线，构成主、副导线环，并每隔2~3条边组成一个闭合导线环。观测闭合环的所有内角，进行角度检核，只测主导线的边长而不测副导线的边长，通过角度闭合差可以评定角度观测的质量和提高测角的精度，对提高导线端点的横向点位精度有利（见图2主、副导线网布置图）。

图2：主、副导线环导线网布置图

主、副导线环导线网布置对隧道贯通的影响：
结合洞内施工条件，洞内导线平均边长250m，从K24+500~K27+739各洞分别设14个导线点，按四等导线测量技术要求，测角中误差2.5″，测边中误差1/35000。
1）测角中误差对贯通的影响：

2）测边中误差对隧道贯通的影响：
因为羊角隧道出口为直线隧道，导线基本在隧道中线附近布置，测边中误差对贯通误差的影响极小，以最大影响布设方式：假定导线点交错偏离中线5m，每条边在贯通方面投影长度为最大10m，则：

3）洞内测量误差对贯通误差的影响：

4.5.3方案三:环形导线法
根据隧道实际情况，并在车行通道处左、右洞形成闭合导线环，该方法比较实用，且效率高，并具有相互联测、校核的作用（见图3单导线法布置图）。

图3：单导线法闭合环布置图
布网原则：主导线网在隧道两洞口之间沿中线纵向布设，每个环中导线点的数目不宜过多，环的横向连接一般应设在岩石稳定，无积水的地方，导线边长也不宜相差达大，应避免设置过短的边，一般情况不应小于200m。
环形导线法导线网布置对隧道贯通的影响，测量误差可参照主、副导线控制贯通误差。
根据以上综合分析可得出以下结论：
① 导线横向误差随导线延伸成递增趋势，导线越长增加速度越快，当采用改进方案时，横向误差明显提高。在上述方案中，支导线的精度最低，主、副导线及环形导线法较高。
      ②在工作量方面，主、副导线法最高，环形导线其次，支导线最小。
综上所述，我们决定在隧道洞内施工控制过程中采用比较适中环形导线法。
4.6 高程控制网的布设
　　4.6.1 高程控制网的布设原则
　　为保证隧道竖向施工的精度要求，首先对G5导线点的三等高程点与羊角隧道进口端SW406点进行闭合测量，校测合格后在场区内以出口左、右洞洞口桩建立高程控制网，以此作为保证施工竖向精度的首要条件。
　　4.6.2 高程控制网的等级及技术要求
　　⑴ 高程控制网的精度，不低于三等水准的精度。
　　⑵ 半永久性水准点位处于永久建筑物以外，一律按测量规程规定的半永久。
　　⑶ 桩的方式埋设，并妥善加以保护。
　　⑷ 引测的水准控制点，需经复测合格后方可使用。
⑸ 高程控制网技术要求 高程控制网的等级拟布设三等附合水准，水准测量技术要求如下表：
等级
高差偶然误差(mm/km)
高差全中误差(mm/km)
往返较差、附合闭合差(mm)
与已知点联测次数
附合或环线次数
检测已测段高差之差(m