青山隧道贯通测量设计张宝测绘

1、本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：青山隧道贯通测量设计学 院：矿业学院专 业：测绘工程班 级：测绘092 学 号：0908010249 学生姓名：张宝指导教师：杜宁年 月 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 青山隧道贯通测量设计摘要为严格控制隧道贯通误差，保证隧道的顺利贯通，需在隧道施工前进行隧道贯通测量设计。一般而言，洞外平面控制方案和高程控制方案均需设计两套不同方案，择优选用；

2、洞内由于可选方案有限，设计一套方案即可。科学的预估隧道贯通误差，合理分配误差是隧道贯通测量的核心内容。本文以青山隧道工程概况和相关规范为依据，为青山隧道贯通设计了多种控制测量方案，分别对所设方案造成的隧道贯通误差进行科学的预估。并以精度为指标，通过对控制网的可靠性等各方面因素的分析和比较，最终确定青山隧道采取三等GPS网为洞外平面控制方案，四等几何水准为洞外高程控制方案，洞内采用四等导线平面控制方案和四等三角高程控制方案。 关键词：横向贯通误差；高程贯通误差；误差估算Design of Qing Shan Tunnel holing through surveyAbstractBy contr

3、olling the magnitude of cross breakthrough error to ensure the tunnel breakthrough successfully，we need do a design about tunnel holing through survey before Tunnel construction. In general By selecting the better between two options for plane controlling and vertical controlling on the ou

4、tside. Restricted by the working environment inside the tunnel, Doing one program could limit the through error, Through predicting error of transfixion measurement, constitutes the scheme of reasonable measurement, By doing reasonable distribution about  the error to ensures the project f

5、avorable transfixion. In this article, Based on engineering of Qing Shan tunnel and related specifications, We had done different Design of Qing Shan Tunnel holing through survey and made prediction of the errors in connecting survey, By comparing the Precision and dependability and so on .It c

6、hoose third order GPS plane control network and fourth order geometric level vertical control network outside, fourth order traverse and fourth order triangle elevation inside.Keywords: lateral piercing errors; ltitude piercing errors; error estimation目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 前言11.1隧道工程的特点11.2 隧道工程中的

7、误差分析11.3隧道贯通控制网的布设21.4青山隧道工程概况31.5设计依据4第二章 洞外平面控制网的建立52.1 四等闭合导线5导线等级的确定和网形设计5横向贯通误差严密预估72.2建立洞外GPS控制网14 洞外GPS网的建立14 横向贯通误差预估182.3洞外平面控制测量方案分析和比较22第三章 洞外高程控制测量233.1光电测距三角高程23三角高程测量原理823三角高程误差分析243.1.3 三角高程控制网布设方案的确定25三角高程控制网对隧道贯通造成的高程误差估计263.2几何水准26几何水准原理826 水准测量误差分析827 洞外高程控制测量水准线路方案的确定29 估算所设水准线路对

8、隧道贯通造成的高程误差303.3两种洞外高程控制测量方案分析和比较31第四章 洞内平面控制测量324.1洞内平面控制概述324.2洞内控制网的确定324.3误差预计344.3.1 GPS5P1部分的横向贯通误差预计35等边直伸导线对隧道贯通造成的横向误差估算35 洞内平面控制对隧道贯通造成的横黄贯通误差预计364.4 洞内平面控制方案总结36第五章 地下高程控制测量385.1 洞内高程方案的确定38三角高程39 几何水准395.2 洞内高程控制测量方案总结40总结41附录43致谢62参考文献63第一章 前言1.1隧道工程的特点隧道贯通测量属于地下工程测量中的地下通道工程，其具有以下特点：1地下

9、工程施工面工作环境差，测量精度难以提高；隧道一般分头掘进，贯通以前不能通视，难以组织检核，因此很难发现错误且点位误差会随隧道的掘进逐渐积累；由于工作环境限制，洞内平面控制测量只适合布设导线；测量工作在整个隧道贯通过程中不间断工作，一般先布设低级导线指示隧道掘进，再布设高级导线进行检核；由于工作需要，经常采用特殊的测量方法和仪器，如联系测量,红外测距仪等。11.2 隧道工程中的误差分析在隧道工程中两个相向开挖的工作面施工中线因测量误差产生贯通误差,其在中线方向上的投影称为纵向贯通误差，在垂直中线方向上的误差成为横向贯通误差,在高程方向上的投影成为高程贯通误差。其中,纵向误差对隧道贯通质量没有影响

10、，一般都按线路定策中线精度给定，如式（1.1） (1.1)若横向贯通误差超限,将引起隧道几何形状的改变,甚至洞内建筑物侵入规定限界而使已衬砌部分重建,造成大量的经济损失。高程贯通误差将影响隧道的贯通质量，故此，隧道贯通过程中的测量工作主要是控制横向误差和高程误差，保证隧道的顺利贯通。为此，需要建立地面和洞内控制网并进行地面和地下联系测量，竣工测量等工作,并预先对其贯通误差做出科学合理的预估。1隧道工程应严格按照先控制后碎部，高级控制低级，对测量成果逐项检核，各项精度符合规范等，以下为JTJ 06199，公路勘测规范对贯通误差所做的规定。隧道内相向施工中线的贯通极限误差：表1.1 隧道贯通极限误

11、差类别两开挖洞口间的长度/m极限误差/mm横向30006000200高程不限70由洞外设置洞口投点桩时，测量误差和洞内支导线放样测量误差引起在贯通面差生的中午应小于表规定。230006000米特长隧道贯通中误差：表1.2隧道贯通中误差分类贯通中误差/mm高程中误差/mm洞内8025洞外6025全部隧道10035基于规范和工程需求，需要在工程投入施工前进行贯通测量设计，选取不同的控制网并对其作出贯通误差预计，择优选用。.为了保证精度，在控制测量中应精良采用先进技术如平面控制采用GPS测量技术，平面联系测量应尽量采用陀螺定向等。1.3隧道贯通控制网的布设洞外控制测量分为平面控制测量和高程控制测量，

12、洞外平面控制测量一般有三角网（锁），电磁波测距导线或GPS网。三角网（锁）在电磁波测距广泛应用以前，是主要的常规布网和加密方式，其图形强度高，可靠性强，灵敏度高，在于各种精度要求较高的工程普遍采用，但其对通视要求较高，图形扩展速度较慢，数据繁杂，工作量大。因此很多简单的小型的工程更多的采用导线网。导线是一种比较简单且实用方便的控制形式，其优点在于图形扩展快，更能适应各种复杂的地形条件，实际操作简单方便，不足之处是其图形强度较低，可靠性差，灵敏度低，随着近年来红外测距仪高精尖仪器的出现，导线在精度方面得到了很大的提高。GPS测量技术因为其不需要通视，布网更加自由，作业时间短，观测精度高（如基线L

13、<50km时，可以实现相对精度1ppm2ppm的相对精度），可以同时得到具有使用价值的三维坐标，不受气象条件影响等优势，在近年来隧道控制测量，特别是特长隧道测量中等到了广泛的应用。洞内控制测量分为平面控制测量和高程控制测量，洞内平面控制测量只布设导线网，其中等边直伸导线是一种典型的地下平面控制导线，由于这种布设方式不需要考虑量边误差，能有效提高地下平面控制的精度，在中长隧道中有着广泛的应用。本文将采用这种控制网来完成青山隧道的洞内平面控制测量并对所设计等边直伸导线对青山隧道贯通造成的横向误差做出科学的预计。无论洞内高程测量还是洞外高程测量，一般均采用传统的几何水准测量，几何水准测量精度较

14、高，对施测环境要求较低，特别是在起伏不大的山区，应用非常广泛，其数据处理方式成熟，有着其它高程测量手段不可替代的优势，特别近年来是随着电子经纬仪的普遍使用，其客观的读数，所获取数据的高精度及其操作的简单方便，施测过程的快速等优势，使其在工程中得到大量应用，在目前的工程应用中占有主导地位。此外，经过理论和实际工程验证，在特定条件下，三角高程可以代替不同等级的水准高程。三角高程对地形的适应和相对几何水准测量低了很多的作业强度，使其在工程中的应用也来越多。本文将同时布设洞外三角高程控制网和几何水准控制网来完成洞外高程控制测量方案设计，分别预估两套方案对隧道贯通产生的高程误差。并比较两套洞外高程控制测

15、量方案的优劣。1.4青山隧道工程概况青山隧道全长3100m，属特长跨岭隧道，隧道从两端相向开挖，不设竖进，两开挖洞口分别位于丁木湾和詹家坳口，高程分别为1225m、1220m左右，期间穿过数座山峰，其中最高峰碑儿山海拔1493m,测区平均高程约1300m，地形复杂，作业条件较差，不利测量工作开展。测区内可用做起算点的已知点有两个，均分布在隧道一侧且都相对靠近于丁木湾洞口，其中已知点A(3127153.930，35616187.133)，高程为1142.280m,位于丁木湾洞口东偏南60°左右的大山（地名）地区，距丁木湾洞口2.5km，点B(3130047.451，35615640.4

16、10)，高程为1380.200m,在丁木湾洞口东偏北25°左右的大坪子地区，离丁木湾洞口约1.2km，两已知点均不能与隧道开挖通视。AB两点间距离2928.114m,通视状况良好，AB间横断面图见附图1。本设计平面坐标系均采用1954北京坐标系，高程采用1956黄海高程系。在本方案设计时将针对青山隧道工程概况合理选择控制网布设布设方案。1.5设计依据GB 5002693，工程测量规范JTJ 06199，公路勘测规范JTJ 07198，公路工程质量检验评定标准青山隧道测区1:5000地形图第二章 洞外平面控制网的建立根据规范要求，在建立隧道洞外平面控制网时需建立两套控制网方案，分别对其

17、进行误差预计，并比较其优劣以保证工程质量，减小工程成本。结合青山隧道工程概况，本文分别布设三等导线网和三等GPS网作为洞外平面控制网。2.1 四等闭合导线导线等级的确定和网形设计青山隧道全长3.1km，根据参考文献2，结合测区地形条件，选择布设为三等闭合导线，其技术要求如下：表2.1 三等导线布设技术要求等级符合导线长度(km)平均边长(km)每边测距中误差(mm)测角中误差()导线全长相对闭合差方位角闭合差()测回数DJ1DJ2DJ6三等302.0131.81/55000610注：表中n表示测站数。受到测区地形条件影响和隧道贯通中线于已知点位置关系的限制，本文所布设网形详见图1.1。为了检查

18、各导线点间的通视状况，对所设导线边分别做断面图。通过断面图即可直观的判断其通视是否良好。断面图见附图2为了满足工程需要，本方案选择使用拓普康GTS-330型号全站仪，该型号全站仪由拓普康公司于2002年投入市场，是一款全中文化全站仪，装有双轴补偿器可提供电子气泡用于整平，并可自动改正由于整平带来的测角误差；有充足的内存空间，可贮存800016000个点的坐标数据，操作版面简单，仪器重4.9kg，结构紧凑，性能良好。该型号全站仪所具有的高速测距功能，精测1.2秒，粗测0.7秒，跟踪0.4秒，最大测距范围3km，标称精度±()。图 2.1 洞外三等闭合导线控制网布设示意图本控制网为三等闭

19、合导线，共设6个控制点，为了满足工程需要，在洞口两端200m范围内各布设一个控制点，其中丁木湾洞口设一点C，距离洞口不到131.73m，与洞口通视良好，詹家坳口洞口设一点F，距离洞口200m左右，通视状况良好，C、F两点均可满足青山隧道贯通施工的施工放样要求，且均不会因隧道施工而造成破会。本导线网导线全长13466.470，最大边长2294.687m，最小边长1592.460m，平均边长1923.782m，各点间通视状况良好，符合规范要求，可以满足工程需要。横向贯通误差严密预估对三等闭合导线对青山隧道贯通产生的横向误差做严密估算。起算数据如下：A(3127153.930 ，35616187.1

20、33)B(3130047.451，35615640.410) 收集整理得各导线点近似坐标值，见表2.2表 2.2三等闭合导线各控制点近似坐标控制点X/mY/mC3129075.08835614947.735D3130100.30135613523.562E3129321.82235612037.338F3127610.23135611575.810G3127012.37035612316.234H3127229693对三等导线的近似边的边长和角度数据收集整理，结果见表2.3对本文所设计三等闭合导线进行间接平差处理，求其坐标协因数：本网存在8个角度误差和7条边长误差，故

21、其共有15个误差方程。.1 确定各边角改正系数坐标方位角改正系数计算如下： (2.1)3将各导线点近似坐标带入式(2.1)，整理得各边坐标方位角改正系数，详见表2.4。表2.3 三等闭合导线导线边数据汇总控制点观测角(° )坐标方位角(° )近似边长(m)边的权()B169 15 3.012944.457A22 4 45327 10 21.72286.2537.5C158 34 35305 44 55.81754.80210.7D116 36 21242 21 16.541677.76511.3E111 52 32174 13 48.22294.6877.5F55 51 1

22、650 5 5.161920.3489.5G289 57 22160 2 26.91592.46012.1H98 40 1578 42 41.61940.1579.4A68 27 40据参考文献3可知： (2.2)结合表2.4,式(2. 1)列出各导线边的误差方程，整理如下： (2.3)表2.4 坐标方位角改正系数边名AC-0.840310.542110.84031-0.54211CD-0.584230.811590.58423-0.81159DE0.464000.88584-0.46400-0.88584EF0.99493-0.10053-0.99493 0.10053FG-0.64165-

23、0.766990.64165 0.76699GH0.93994-0.34135-0.93994 0.34135HA-0.19575-0.980650.19575 0.98065计算角度误差方程系数各转向角角度改正系数详见见表2.5表2.5转向角角度改正系数角XjYjXkYkXhYh1 0.35904 0.06984 0.13005 0.68828-0.48909-0.758122 1.44305 1.44485-0.48909-0.75812-0.95396-0.686733-2.04301-0.11628 1.08905-0.57044 0.95396 0.686734-0.99869 1.

24、46477-0.09037-0.89433 1.08905-0.570445 0.91420 0.20513-0.82383 0.68920-0.09037-0.894336 1.26597 0.52826-0.44214-1.21746-0.82383 0.689207 1.48471 1.00936-1.04257 0.20811-0.44214-1.217468 0.55381-0.96652 0.48901 0.75830-1.04282 0.20821表中: (2.4) 3据题可知误差方程常数项为0据参考文献3有： (2.5)列出误差方程 (2.6)据式(2.3)、式(2.6)即可得

25、出系数B,详细结果见附表1.2确定三等别和导线各边各角的权(1)导线各边权的确定根据规范要求和三等闭合导线本身的数据，利用仪器标称精度即可确定所有导线边的权，定权公式如下： (2.7)式中为固定误差（单位：mm）b为比例误差（单位:ppm即）所求边的权（单位：）为边长（单位：km）3结合本控制方案数据，计算各边的权，结果整理详见表2.3(2) 三等闭合导线各转向角的权的确定据三等闭合导线设计方案可知，其角度观测为等精度观测，故：综上，整理可得误差方程权阵如下：.3 解算、 (2.8) 3结果详见附表2，附表3.4 求点C点F 的误差椭圆参数并做出误差椭圆 (2.9)式中: (2.10) 3按上

26、式(2.9)、式(2.9)，利用已解算出来的求解点C点F的误差椭圆参数，所得结果如下：C点误差椭圆参数：F点误差椭圆参数：求CF两点的相对误差椭圆参数并作出相对误差椭圆，其参数计算公式为式(2.11)、式(2.12)。3 (2.11)解得： (2.12) 将附表3中数据带入式(2.12)，解得参数如下：综上,利用椭圆参数画出点C点F的误差椭圆和相对误差椭圆。详图见图2.2、图2.3图 2.2 误差椭圆和相对误差椭圆.5 利用相对椭圆求解三等闭合导线对隧道贯通产生的横向贯通误差通过参考文献3可知：图中OA的长度即为平面控制道贯通造成横向误差，通过在图中量出OA的长度，可以知道CF两点相对于整个贯

27、通面的横向贯通误差。对本文而言：其符合规范要求，可以满足工程需要，此方案可行。图 2.3 相对误差椭圆及横向误差2.2建立洞外GPS控制网2.2.1 洞外GPS网的建立.1 GPS(Global Positioning Systen,即全球定位系统)技术及其在工程中的应用自从1996年美国宣布实行新的全球定位系统政策以来，民用GPS技术得到了长足的发展。经过多年的发展，伴随着GPS技术应用越来越广泛，各种用途和型号的GPS接收机纷纷出现，其数据处理软件越来越科学和合理，对误差分析和处理越来越成熟。特别是差分GPS技术，可以有效的提高卫星定位精度，可以说GPS技术的出现为测绘行业带来了一场革命性

28、的发展。从2000年以来，我国陆续发射多颗定位卫星，建成区域性定位系统北斗系统，其除了具有传统卫星定位导航系统所具有的导航和定位功能外还兼备授时功能。预计2020年我国自行研制的北斗系统将作为新的全球定位导航系统正式投入使用。4 届时其精度和可靠性将大大提高，使用更加方便，更适合我国地形环境。极大的提高了工作效率，降低了测量工作劳动强度。其数据处理也将更加的成熟，其将成为工程测量的主要手段之一。由于隧道大多在地形起伏较大的山区，交通不便，通视困难，给全站仪作业带来很大困难。用GPS建立隧道控制网, 不仅较常规方法精度高、 速度快、 费用低、 效率高，而且由于 GP S采集数据无需点间通视，可以

29、克服山岭隧道地形陡险、 树木茂密、 通视条件差的弊病,能省去大量的两开挖洞口间的导线网联测的困难“ 中间过渡点”, 仅需在洞口附近根据需要布测少量的供引测进洞的有效点(本文为23个)即能满足工程需要, 从而大大提高了工作效率，节约了成本，缩短了工期。.2 洞外GPS控制网方案的确定根据参考文献5，结合青山隧道本身长度(L=3.1km)，初步确定布设为三等GPS网，规范对其具体技术指标如下:表2.6卫星定位测量控制网等级洞外平面控制网类别洞外导线网测量等级测角中误差( )隧道长度L(km)GPS网二等-L5三等-L5卫星定位测量控制网的布设，应符合下列要求：1 应根据测区的实际情况精度要求卫星状

30、况接收机的类型和数量以及测区已有的测量资料进行综合设计。2 首级网布设时，宜联测2个以上高级国家控制点或地方坐标系的高级控制点；对控制网内的边长，宜构成大地四边形或中点多边形。3 控制网应由独立观测边构成一个或若干个闭合环或附合路线：各等级控制网中构成闭合环或附合路线的边数不宜多于6条。4 各等级控制网中独立基线的观测总数，不宜少于必要观测基线数的1.5倍。5表 2.7卫星定位测量控制网的主要技术要求等级平均边长(km)固定误差A(mm)比例误差系数B(mm/km)约束点间的边长相对中误差约束平差后最弱边相对中误差二等910212500001120000三等4.5105115000017000

31、0四等210101100000140000GPS 控制测量作业的基本技术要求: 4表 2.8 GPS 控制测量作业的基本技术要求等级二等三等四等接收机类型号双频双频或单频双频或单频仪器标称精度10mm+2ppm10mm+5ppm10mm+5ppm观测量载波相位载波相位载波相位卫星高度角(°)静态151515快速静态-有效观测卫星数静态554快速静态-观测时段长度(min)静态309020601545快速静态-数据采样间隔(s)静态103010301030快速静态-点位几何图形强度因子PDOP666结合上述原则，最终GPS控制网布设如图2.4。图 2.4 洞外GPS平面控制网布设方案本

32、设计拟定采用3台仪器同时观测，重复设站数2.采用HD8200G蓝牙静态GPS接收机进行GPS静态观测，该仪器由中海达公司潜心研制，采用一体化设计理念，机体高度密封，防尘、防水、防震。引入国际流行的蓝牙通讯方式，随机配置远距离蓝牙控制终端，十分适合在青山隧道工程测区作业。该仪器操作简单，数据储存量大,传输方便，配有高性能锂电池，可长时间作业，且厂家提供成熟的专业数据处理软件，十分实用于本工程。本网共有6个同步环组成，图形采用边连式的方式进行扩展，图扩展速度较快，图形强度适中，能够有效抵抗出差，为工程提供足够精度的数据。本控制网将已知控制点点A、点B作为一条基线边纳入控制网作为起算数据，在洞口附近

33、各布设23个控制点。各相邻洞口之间，网点与洞口之间通视状况良好，其中丁木湾端GPS2点可直接用作进洞点。本网最大基线边长3397.814m,最小基线边长458.651m，平均基线边长1776.576m。GPS网的特征值和部分精度指标计算公司如下：4理论最少观测数段数： (2.13)式中：n 为GPS网点总数m 为重复设站数N 为同时作业的仪器总数设计时段数：基线总数： (2.14)独立基线总数： (2.15)其中：必要基线数： (2.16)多余基线数：2.2.2 横向贯通误差预估.1,确定误差预估模型GPS用于隧道贯通误差预计的平差模型，是目前国内为研究的热点课题，基本可以归纳为三种方法: 一

34、是国外有利用控制网的相对精度估计横向贯通误差的影响值; 二是由两相向开挖口控制点放出中线时理论角度中误差近似估计法; 三是利用各控制点的坐标及方差一协方差来确定横向贯通误差。6本采用参考文献7所建立的模型,模型如下：7因横向贯通误差只与平面坐标有关，据参考文献7建立如图2.5所示下平面坐标系：图 2.5 贯通中线贯通面坐标系图2.5中X为贯通面方向，Y为隧道前进方向。则贯通点的横向误差为： (2.17)对其求全微分，将AE.CE的测边和测角误差归算入洞内误差，整理后可得： (2.18)忽略基线和方位角观测间的协方差，则隧道贯通横向误差的方差为： (2.19)利用GPS接收机标称精度： (2.2

35、0)得： (2.21)利用式(2.21)可得： (2.22)将式（）代入式（）并统一纲量：(2.23)对于长直隧道： (2.24)故式(2.23)可简化为： (2.25)用L代替，则： (2.26)式中：，长度单位km，横向贯通误差单位mm。7 此模型从实际出发，充分利用GPS接收机标称精度已知的条件，推导GPS隧道控制网产生的隧道贯通横向误差，科学合理且十分适用于预估横向贯通误差。7参考文献7对以上模型经行了科学的推导并进行了实例验证，证明了其科学性和可行性。.2 计算本文所设计的三等GPS洞外平面控制网对青山隧道贯通造成的横向贯通误差对于本设计而言，选取洞口附近的GPS5和GPS2两点作为

36、洞内导线的布设依据，GPS2可后视GPS1，GPS5可后视GPS3.收集整理其相关数据，各点近似坐标如表2.9。表 2.9三等GPS平面控制网部分网点及贯通点坐标点X/mY/mGPS13129324.62335615314.13GPS23129185.73835614876.25GPS33127386.85535612595.45GPS53127013.09135612315.87S3128203.44735613650.03注：S点为贯通点。根据设计要求，结合规程规范，为了满足工程需要，最终选用的HD8200G蓝牙静态GPS接收机标称精度如下：利用横向贯通误差估算模型，求得本文所设计三等GP

37、S洞外平面控制网对整个青山隧道隧道贯通造成的横向误差：其满足规范要求。本方案可行。2.3洞外平面控制测量方案分析和比较本文在做洞外平面控制时所设计的两套方案：三等闭合导线和三等GPS网，二者精度均可满足隧道贯通需要，满足规范要求，二者比较各有优劣，从精度方面来看，故GPS网更有能保证隧道的贯通质量，但GPS网过分依赖于起算数据。其点位精度将受到已知点客观精度影响，难以提高；四等闭合导线则由于其本身的特点，起算数据不会影响隧道的贯通，从而很大的减少了工作量。从可靠性来看，通过对两种方案的比较可以发现，相对于四等闭合导线，三等GPS网有更多的多余观测值，其网形相对于闭合导线几何强度更高，更能抵抗粗

38、差，且其数据处理均通过软件完成，能更恰当的分配误差，可靠性更高，四等导线由于其本身特点，很多误差或是粗差，特别是测角误差，由于很难检核，难以得到有效的处理。从费用方面考虑，四等闭合导线测区范围较大，且由于点间通视需要，控制点均布设在山顶等地势较高的地方，交通困难，为埋石造标和实际实测等工作带来了较大的困难，增大了工作成本。GPS网测区较小，网点靠近隧道开挖洞口，方便工程后期施工。更利于埋石造标等工作，此外,GPS操作简单，收集数据更快，对实测人员素质要求相对较低，更利于节省工程成本。在数据处理上，导线作为传统的控制方式，其数据处理理论成熟，GPS为新发展的技术手段，虽然其数据处理理论不如导线处

39、理理论那样成熟，且数据多，工作量大，但优在很多GPS接收机厂家同时提供GPS数据处理软件，能很大的提高工作效率。综上，本文选用三等GPS网做外青山隧道贯通测量设计洞外平面控制网最终方案。第三章 洞外高程控制测量高程贯通误差对隧道贯通造成的影响是影响隧道贯通质量的一个重要因素，因此需要建立完善的高程控制网以保证隧道的顺利贯通。由于青山隧道不设竖井，无需联系测量，故根据参考文献1，高程测量对隧道贯通高程误差可由下式计算 (3.1)式中对于四等水准1S为光电测距导线长度或水准路线长度。3.1光电测距三角高程三角高程测量原理8如图：图 3.1 三角高程原理A点高程已知，若AB间水平距离已知，则仅需测出

40、竖直角，B点高程即可据式(3.2)求得： (3.2)式中：为仪器高为目标高在实际工程应用中，由于目前集电子经纬仪和光电测距仪于一身电子全站仪，本身具备记录和计算等功能，能过通过一次作业获得所需距离和角度数据，操作简单，测量做小效率高，速度快。兼其观测数据的精度高，仪器本身市场售价越来越低，有着很高的性价比，故而在现代民用工程中普遍使用的，由于目前的全站仪一次测量所直接观测的测距离为AB间的斜距，故实际运用中使用式(3.3)进行计算： (3.3)式中：D为AB间斜距三角高程误差分析三角高程误差来源主要在于对竖角的测角误差和对仪器高目标高及其D或S的测距误差，对于仪器高和目标高，钢尺量距可达到&#

41、177;1mm或是更高的精度，对高程数据影响轻微，可以忽略。故此认为其误差主要来源于对竖角的观测误差和距离测量时的大气折光误差，由于现代高精度仪器的引进，竖角观测误差对高差的影响主要推算寓边长相关，边长越大造成的三角高程误差越大，实验表明，当时，在边长2km范围内光电测距三角高程可以完全代替四等水准测量，当，边长在1.2km范围内可以代替三等水准测量，并在各类工程中大量使用。在实际应用中，规范对边长做了严格的规定。关于大气折光带来的误差，其影响因素众多且难以人为的控制，如测区的温度，空气的湿度等，但总体上而言，研究表明：选择适当的观测时间，能极大的缩小大气折光的影响，一般认为10时至16时为最

42、佳观测时段。8 三角高程控制网布设方案的确定根据规范及工程本身状况，选择四等光电测距三角高程即可满足工程精度要求。参考文献5中关于四等光电测距三角高程的技术要求如下：5表 3.1光电测距三角高程技术指标等级边长(km)每公里高差中误差(mm)对向观测高差较差(mm)符合或环线闭合差(mm)测距边测回数仪器精度级别仪器等级指标差较差()垂直角较差()垂直角测回数四等110往返各一次10mm2级773注：D为测距边边的长度(km)另规范要求垂直角不得超过15°，并 与高一级的水准点联测，对向观测宜在短时间内进行，计算时考虑适当考虑地球曲率和大气折光，仪器高度，反射镜高度或是觇标高度应在观

43、测前测量，四等应采用量杆测量，其精度精确至1mm，当较差不大于2mm时，取平均值。在内业计算时垂直角度应精确至0.1，高程值精确至1mm。5三角高程控制网如图所示：本网共设17个观测点，有16条边，线路全长 12686.401m，最大边长981.972m，最小边长469.991m，平均边长792.900m，大多控制点均匀分布在隧道两侧，方便隧道的施工，两洞口附近各设23个控制点，其中詹家拗口洞口处点布设在洞口，可直接用在进洞点。四等三角高程控制网各控制点点间通视良好，洞口点到洞口之间通视状况良好，符合规范要求，具体断面图见附图3。可以满足工程需要。此外，在布设三角高程控制网时合理的选用了部分平

44、面控制网网点兼做高程点，大大缩减了工作量，提高了工作效率。图 3.2 洞外四等三角高程控制网布设方案三角高程控制网对隧道贯通造成的高程误差估计预计四等三角高程控制网对隧道贯通造成的高程误差据公式(3.1)得：其符合规范要求，本方案可用于青山隧道贯通洞外高程控制测量。3.2几何水准几何水准原理8如图3.3图 3.3水准测量原理若A点高程已知，则可据式求出B高程。 (3.4)若AB间距离较远或不能直接通视，则可通过在AB间插入水准测站点的方式来延伸水准线路，最终获得目标点的高程数据。 水准测量误差分析8水准客观上受到大气折光和地球曲率的影响，经分析，二者在一根水准尺读数上的影响如下: (3.5)式

45、中:为地球曲率对一根水准尺读数的影响为大气折光对一根水准尺读数的影响为仪器到水准尺的弧长R为水准面半径K为折光系数实际上，在测量过程中，我们所需要的数据仅是前后两尺读数的差值，综合上式分析，可得其差值为: (3.6) 可以看出，水准测量的精度取决于其前后视距之间的差值，当前后视距相等时，地球曲率和大气折光对其对数造成的影响是完全抵消的。8由于实际工作中不可能使前后视距完全相等，故规程规范对水准测量前后视距差做了明确规定，当测量工作符合规范要求是，可将这两种误差要素限制到满足工程需要的范围之内。以下是参考文献2中对各等级等水准测量做出的技术要求:表3.2 水准测量技术指标等级水准仪型号视线长度/

46、m前后视的距离较差/m前后视距离较差累积/m视线离地面最低高度/m基、辅分划或黑、红面读数较差/mm基、辅分划或黑、红面所测高程较差/mm二等DS150130.50.50.7三等DS1100360.31.01.5DS3752.03.0四等DS31005100.23.05.0五等DS3100近似相等水准点点间间距以11.5km为宜，并在隧道两端洞口附近各至少布设一个，以便为后期工程提供水准依据。水准观测应符合以下规范：1 水准仪视准轴与水准管轴的夹角i，DS1型不应超过15秒，DS3型不应超过20秒。2 补偿式自动安平水准仪的补偿误差对于二等水准不应超过0.2，三等不应超过0.5。3 水准尺上的

47、米间隔平均长与名义长之差，对于因瓦水准尺，不应超过0.15mm；对于条形码尺，不应超过0.10mm；对于木质双面水准尺，不应超过0.5mm。2 三、四等水准采用变动仪器高度观测单面水准尺时，所测两次高差较差，应与黑面、红面所测高差之差的要求相同。3 数字水准仪观测，不受基、辅分划或黑、红面读数较差指标的限制，但测站两次观测的高差较差，应满足表中相应等级基、辅分划或黑、红面所测高差较差的限值。5根据规范要求，结合青山隧道本身工程概况，选择四等水准测量即可满足工程要求。 洞外高程控制测量水准线路方案的确定结合以上规范要求和青山隧道本身工程概况，最终确定布设四等水准网，参考文献2对四等水准线路技术要

48、求如下：表3.3水准测量精度等级每公里高差中数/mm往返较差，符合或环线闭合差/mm检测已测段高差之差/mm水准线路最大长度/km偶然中误差全中误差平原微丘区山岭重丘区四±5±10或16注：S为水准路线总长，n为测站数，为已测水准路段长度。四等水准线路布设如图3.4：图 3.4 洞外几何水准高程控制布设示意图本控制网全长11391.45m，以已知点A作为起算点，沿线路前进方向共设12个高程控制点，无跨河水准测量等特殊工作，水准线路尽量沿已有的可通行公路或山路前进，作业方便。在隧道两端洞口各设23个水准控制点，其中点和点位于开挖洞口两端，可直接用作进洞点，点和点附近均有在同一

49、线路内的数个水准点，以便随时检核和校对，以免工程施工对其带来的影响，避免造成错误。洞口附近的水准点与洞口之间通视良好，相邻两控制点间水准线路最长1000.443m，最短400.438m，符合规范要求，可以满足工程需要。 估算所设水准线路对隧道贯通造成的高程误差本方案对隧道贯通差生的高程误差预计如下：据式(3.1)可得：其满足规范要求，本方案可行。3.3两种洞外高程控制测量方案分析和比较通过对高程控制测量对隧道贯通造成的高程贯通误差估算公式分析，我们可以发现，估算高程贯通误差时，在精度等级相同的情况下。其数值仅仅与水准路线或三角高程路线的总长度有关，其实洞内高程控制造成的高程误差估计与洞外一样，

50、在精度等级相同的情况下，仅于线路长度有关。本文布设了的四等三角高程网和四等水准线路两套洞外高程控制测量方案并对其对隧道贯通造成高程上的误差进行估算，就在精度方面而言，本文所设计的两套方案中，,即几何水准网要优于三角高程。但在实际工作中，由于全站仪的数据收集自动化和数据处理智能化，电磁波测距的高精度等，其精度往往要优于同等级几何水准，同时几何水准需要大量的转点以支持水准路线的延伸，需要进行大量的外业测量工作和繁冗的内业计算。而三角高程则仅测量少量的高程点，数据计算简单方便。在两种方案对粗差的抵抗能力方面，二者均难以组织检校，很难发现某一单个点的粗差，可靠性相对较低。对本文而言，由于测区位于山区，地形起伏极大，另已知点的位置也极大的限制了布网方案，为了满足通视需要，三角高程高程控制方案所布设的高程点多位于山顶等地势较高的地方，交通困难，为测量工作开展带来了极大的不便。由于水准线路沿已有路线布设，交通方便且没有相对严格通视要求，且在工程后期应用频繁的高程点均分布在隧道连两开挖口附近，故其工作量并不比三角高程多出太多，结合精度比较，考虑到成本因素等各方面因素，对青山隧道贯通工作而言，几何水准方案优于三角高程方案，故本最终选取四等几何水准作为青山隧道洞外高程控制方案。第四章 洞内平面控制测量4.1洞内平面控制概述为了放样中线，指示隧道掘进，必