丰顺莲花山隧道工程gs操纵测量

xx隧道工程GPS控制测量GlobalPositioningSystem(GPS)ControlSurveyforFengshunLianhuaMountainTunnelEngineering206国道梅州xx隧道工程，是广东省粤东地区规划的汕梅高速公路的控制工程，要求先于其他工程动工，任务十分紧迫，工程路线长，工期紧，主线经过山岭重丘地形，山高坡陡，植被茂盛，常规测量手段难以按时建立施工控制网.莲花山隧道工程初测控制点为GPS方法测量的四等三角点及Ⅰ级导线点，在线路主线路段控制点密度基本能满足施工控制测量要求，在柚树下和清潭两隧道洞口外控制点密度却难以满足隧道施工控制测量的要求，虽然有勘察设计院用常规方法建立的专用隧道控制网，但这个网在每个隧道洞口只有一个控制点，且点位处于线路中线附近，当隧道工程施工时，它们将被破坏，隧道控制网的中间过渡点离洞口距离太远，且位于高山上，点位不易到达，当天气不良时，它们与洞口控制点通视困难，若在隧道控制网下加密洞口控制点来指导施工放样，势必降低隧道的贯通精度，加之勘察设计院移交控制网资料时，并未把控制网的基准系统、起算数据的来源和测量精度等必要资料附上.因此，这个隧道控制网难以指导隧道施工放样.为检查原有初测点的稳定性、保证隧道贯通精度和方便施工测量，经研究决定使用GPS技术建立高精度的工程施工控制网.1控制网网形设计GPS控制网的设计，主要以满足柚树下和清潭两隧道的贯通精度为最高要求.两隧道呈东南西北向，横穿树安底至老虎坳清山峰和莲花山主脉，测区主峰海拔高分别为400m和656m，河沟处海拔高分别不足130m和200m，隧道长分别为1500多m和2800多m(其中清潭隧道洞身与已建成的铁路隧道立体斜交)，柚树下隧道出口与清潭隧道进口间线路长约300m，两隧道组成了5000多m的隧道群.根据《铁路GPS测量规程》(送审稿)的有关规定，GPS网一般应由一个或若干个独立观测环构成，根据本工程现场的地形特点，GPS网布设主要以三角形和大地四边形组成的混合网，这样既可保证一定的预估精度，又能保证网的可靠性，防止粗差出现.GPS网在线路主线中两相邻点间距离保证在300m～500m之间且要相互通视，以便常规测量仪器的施工放样，在隧道的进出洞口保证有三个以上的控制点，以便施工放样的检核和控制点稳定性的检验，特别是当个别控制点受到施工影响和破坏时能发现和恢复.为减弱GPS网对常规测量放样手段产生的所谓“垂线偏差”的影响，洞口控制点的高程与隧道路肩高程几乎一致，且保证最少有两个点能直接放出指导进洞的洞口投点.全线的GPS控制点采用原有控制点24个，新增控制点16个.为检验勘测设计院建立的隧道独立网的精度和与设计中线的关系，GPS网把C1、C9、A6、A1纳入控制网中，因C1、C9不能直接观测GPS卫星信号，故C1、C9和B4一样采用方向和边长交会的方法确定其坐标位置.GPS点位应符合施工测量的需要，便于安置GPS接收机和卫星信号的接收，视野开阔、对天空通视情况良好，高度角15°以上不能有障碍物阻挡卫星信号，远离大功率无线电发射台和高压输电线，点位基础稳定，易于保存，便于常规测量方法扩展和联测，附近不应有强烈干挠卫星信号接收的物体，交通方便，易于寻找和到达.柚树下和清潭隧道的洞外GPS控制网如图1所示.图1隧道GPS控制网2GPS网数据处理2.1基线处理GPS网的基线处理使用接收机的随机软件进行计算，解算结果组成WGS-84坐标的三维基线网，然后进行无约束三维平差，求得最或是GPS三维网坐标数据.2.2二维坐标转换GPS网的三维坐标数据在实用上要转换为二维平面坐标.通常采用高斯投影的方法，为与原有的初测控制点坐标更好地符合和比较，又不损害GPS网的精度，GPS网采用1954年北京坐标系分带投影方法，以经度l0=117°为高斯投影的中央子午线，以控制点405的1954年北京坐标为固定数据，405～N84为固定方向，转换后的GPS网1954年北京坐标结果列于表1中.表1xx隧道工程GPS网1954年北京坐标比较表铺点名广GP曲S梅网纹5批4练北京坐勿标交原有坐管标撞两套坐庸标较差枪X(m沉)候Y(m俱)尚X(m程)眠Y(m皮)糖Δ骑X(m馅m)林Δ乡Y(m保m)厉B5扇264厨039赠4.3们374脉407女483烧.21脏59蜡264滴039筐4.3腐36题407虏483胸.23叛0芹1.4敬-14惰.1量N45暴264笛664屿9.5啊894靠404娱093趁.27可52访264豪664甘9.5斤66牛404忆093射.29篮2蚀-23划.4灵-16汉.8免N47睬264锋556掠0.9童537往404慰601速.82线24旱264家556宿0.9锅57何404蜜601背.79恰1顾-3.焰3嘴31.想4尺D1混264罪523概9.1耍220武404都879粱.84撒42筋D3阁264虽542麻2.7银139号404缝476厚.15欺20唐B46丽264晋600眯1.0齐268型404飘487狂.99现32劲264葡600召1.0舌18扯404抱488盯.00愿8帖8.8魄-14循.8芝D2示264夜508掠2.6炭146绪404僚410仁.41覆93己D4悼264肯229虾8.7萄752趴406岔141掀.77震43严D5胜264辉251钻7.4垦980胆406洋471咸.94渗24赏D6性264纳204迁1.5牲244伟406题116辩.77剖59种A6饮264呆238亭9.5纱428砖406隶313军.05奇24摩264怠238姐9.4衰93百406族312忆.97怠6拐-50犹.2赞76.枝4熔D7足264哪223逆8.3竭071库406野589圆.33春60游D8安264遇082最8.2季512删407戴851墨.89黎46位A1猴264汪040叫2.9晕601瘦407装478蔬.15必74和264应040捏2.9饥68架407交478倡.17宽5赢-7.侦9尤-17绩.6缠B79跑264羊066符0.6校535知407企475维.98尺56蠢264吗066葡0.6令37涝407腥475痒.96心3询16.讯5询22.活6鬼N77残264蠢021而3.6很504桨407值670多.71唯32里264块021额3.6样17闪407刮670己.69具4丹33.厅4烫19.汤2蚕D9委264再003敞2.7小553塞408沈391毁.65哭14佛D10河263铅983芽3.6振424直408米875真.29甲51妻N76胆263毫998孩6.6哥716雀408祸004锻.18短01田263既998帝6.6做24旗408绵004垄.16刮9事47.促6甩11.碌1训B2者264猎471抬5.5沈269撞404衰948嚷.77闸80营264榨471逼5.5竭94温404穴948晓.72晨3戴-67保.1笑55.驰0滔B3闭264具234越8.0合941削406粥337罪.41好55辰264规234旱8.0真80土406壳337灵.31歼9沿14.汗1动96.管5谋B1服264逢524康8.2椅958立404烫799淡.35读45蚂264窄524昌8.3三33侨404骆799扛.32弄9如-37划.2雁25.幼5胃406柄264晃492祖7.8虏141道404键537迟.96耐83段264库492换7.7驴93得404比537肤.95曲1染21.赏1宇17.有3刮N48随264浴525稠1.4真586爱404家659齐.57比63茂264智525戒1.4凶52屯404守659线.54亩9豪6.6挣27.如3揉N68受264辜241据5.1肠632剃406廊423予.01避62擦264朗241欧5.1消28宴406插422礼.99鸭2戚35.趟2托24.驻2抖N72览263知884返1.2买238裤409暴588雷.12向99探263柜884蒸1.2萝02汇409新588处.11怕5握21.龟8拾14.劈9臣N74腔263冠950盛3.5蹄544逆409害172爷.54猫19势263塔950李3.5叼39性409肃172扒.52除0傍15.摘4葱21.讽9据N73词263择915峡9.3箱676勇409跳556亿.23污68绢263厘915锹9.3通47禽409班556芳.23仔1经20.拳6戚5.8初B6捕263爹773圆7.1武561哄409屯869蒸.26帜37葛263瞎773易7.1黄36坝409广869挡.23诸5迷20.坝1伤28.冠7椅N75阿263纳744泻8.2劈868搬410愧047要.09粉38科263乳744坐8.2唇63蒜410昌047例.08哪3辣23.婶8衡10.垃8炊N71教263潮666拢1.7碰110非410贡255烛.61亡80浓263腰666刑1.7钳00拔410异255奔.62狠8第11.彻0讽-10闹.0值N89间263捏791代6.8务614昂409浪798节.23产98羊263抛791原6.8枯47画409仔798汁.24径2皱14.倒4臭-2.程2叙N84踏263种557吸6.8壁927恼410件430区.50薄55棉263蜘557折6.8科75剂410芬430趁.51惠5港17.券7结-9.恭5覆N85旺263剥617迷2.3刚663邀410汇654旱.50厌43赶263配617只2.3料53帅410察654矛.51出6戒13.招3段-11化.7傍N87净263初640侨3.4箱520熊410楼556柜.00殊00幻263杜640蜓3.4折54释410健556曾.98饶5割-2.哨0户15.厨0骆N92走263林523有2.0隙842担410汽692涛.56陪85示263津523徒2.0灭61侨410刚692宅.59旨3恒23.影2连-24福.5少405胆264易647间7.3参300乱404坦604灿.26虑90项264钉647乖7.3盒30稿404呈604边.26秃9并0.0酸0.0教C1冲264尘213舰1.6壶100站406卧464魔.29械98改264料213按1.5省00诚406逆464傅.27锦0篮110编.0北29.啄8图C9我264叔516刊5.1毅476灭404榜843舰.44间20倒264援516怜5.1静42泛404注843窄.42投9写5.6脉13.案0私B4业264锋213登6.8部094象406射461供.34扒22趴264戴213备6.7桶47给406牺461坦.27裤0裳62.悲0侄72.泥0表中同时列有原有控制点坐标和勘察设计院提供的隧道独立网坐标，以及GPS网与两套坐标数据的较差.由表中数据可以看出：GPS网与原有的坐标没有明显的尺度变化；坐标较差最大的是N76，ΔX=47.6mm；ΔY=11.1mm，GPS网与勘察设计院提供的独立网坐标，在清潭隧道出口的C9和柚树下隧道进口的A1较差较小，最大较差为C9，ΔX=5.6mm；ΔY=13.0mm，而在清潭隧道进口C1和柚树下隧道出口的A6较差偏大.最大较差为C1的ΔX=110.0mm；ΔY=29.8mm，由此说明勘察设计院提供的隧道独立网坐标数据在两隧道连接处与初测控制网偏差较大，若使用其数据指导进洞，将会使线路中线偏离设计中线.GPS网的平均经度约为116°，与1954年北京坐标系的中央子午线经度117°相差近1°，在地面上的距离约100多km，同高斯投影产生的投影变形约为每km10.6cm(1.3059m/12358.5m=105.7ppm)，已超出现行《公路勘测规范》允许的投影变形限值，它给施工放样带来许多困难，尤其是对柚树下和清潭两长大隧道的正确贯通将产生不利的影响.为此，在柚树下和清潭两隧道的GPS网中，以网的平均经度l0=116°05′30″为高斯投影的中央子午线，采用WGS-84椭球为参考椭球，并把转换后的GPS二维网归算到隧道路基的平均高程面210m.为使GPS隧道网的平面坐标数据与主线采用的1954年北京坐标系更好地连接，避免由于两套坐标系统的差异引起线路中线的偏移，GPS隧道网以A1、D1的1954年北京坐标系平均坐标为起算坐标，以A1～D1为固定向，其方位角αA1～D1=331°45′08.28″，这样，GPS隧道网在点位A1和D1处的坐标与1954年北京坐标系的坐标较差分别为：ΔX=0.1833mΔY=0.0983m并呈对称符合在隧道两端洞口的线路中线上，两控制点由于GPS隧道网坐标与1954年北京坐标系统的不一致产生的误差分别为：柚树下隧道进口：切线方向误差207.9mm，线路横向误差7.9mm；清潭隧道出口：切线方向误差203.0mm，线路横向误差45.2mm.由此可知，GPS隧道网采用的坐标系统不但保证了主体工程——柚树下和清潭隧道施工的正确贯通，而且避免了因使用两套坐标系统引起线路设计中线横向偏移过大或使用便于施工的独立坐标系统引起更改设计等问题.在线路主线K78+700～K85+200;K90+200～K91+960.28两段上，采用1954年北京坐标系的坐标，可保证莲花山隧道工程起、终点更好地与后续工程连接，在施工放样中，对放样边长增加一个尺长改正数，以减弱高斯投影变形和高程面不同引起的长度变形.测距改正数为：(1)式中，H为放样点的高程，单位为m.为更方便地施工放样，在主线K78+700～K85+200，取线路设计的平均高程126m为投影水准面，则该段的测距改正数为：(2)即每km的测距读数增加86mm.在主线K90+200～K91+960.28，取线路设计的平均高程200m为投影水准面，则该段的测距改正数为：(3)即每km的测距读数增加74mm.3隧道横向贯通精度估算用GPS技术建立隧道施工控制网，是近年来发展起来的新技术，尽管在全国目前最长的铁路隧道——秦岭隧道(近20km)已成功地应用GPS技术建立高精度的隧道测量控制网，在8km长的军都山和云台山隧道的GPS控制网已确保了这两个长大隧道的正确贯通，但从目前国内外的可参阅文献资料中，还未有成熟的计算方法，也没有相应的规范遵循，参照西安安康铁路秦岭隧道GPS平面网的贯通精度估算方法和现有《铁路测量技术规则》中采用导线法估算隧道贯通精度计算公式，并按最不利的情况进行计算：1.按最不利的进洞方向计算横向贯通精度横向贯通的中误差估算公式为：m2Δ=m2a1.S21+m2a2.S22+m21+m22(4)送式中筒，甲m宴a1丹、帜m过a2连为隧道欲进、出袭口控制刮点后视午方向的户中误差镇；易S亭1谣,S底2微为隧道捏进、出妖口控制沾点到贯斯通面的枪距离置；际m支1杰,m鸣2鸽为隧道窑进、出劝口控制译点的点案位中误管差游.踢按购最不利恶的后视饭点方向钳中误差绑计算，挤清潭隧致道迷GP油S男网的横趁向贯通伤中误差术为乘±26雁.7梁m嗓m捐，柚树茫下隧递道午GP不S狼网的横疼向贯通商中误差跑为朵±21社.2数mm挑.陈其计算脖数据列疮于哥表标2州和座表带3.贝表培2获清潭墙隧道刷点位顽后视点止方向中给误差掉到贯通歇面距离式测站点舌位中误窄差奉横向贯淋通中误过差阶D6奥D4乱1丝″衔.59忙156删0m宇9.3工9m摧m艰15.亭26欣mm溪26.欺7m初m凤D3嫂D2帐2灯″段.13湿200夸0m握7.3泛8m卡m唱21.贪93欢mm断表释3患柚树舅下隧道背点位缺后视点烦方向中顽误差床到贯通恳面距离选测站点致位中误元差痒横向贯迹通中误妖差促D4佳D6反1宇″求.59恭108唤0m兰9.1续1m嫌m垒12.恋34肚mm霜21.书2m以m料N77道A1赌1本″骂.80活156戏0m碌10.稍48恭mm寄17.卫18婚mm且2.秘根据《栗铁路测催量技术澡规则》警有关规抽定，采陆用单导绑线形式析，由最资弱边相迈对中误感差和最邀弱方向令中误差霞估算掠的蜂GP次S胞网横向出贯通精抢度，清洽潭隧锄道踪GP呢S欢网的横臂向贯通夜中误差错为稻±27秀.3扮m岗m容，柚树进下隧吉道霸GP火S萄网的横伶向贯通钳中误差毅为虹±17项.8亲m灯m肢，其计贝算数据财列于长表循4宅和总表慧5.蓄表膏4驳清潭菊隧道阻点名邀角顶投突影的垂绕线长琴边长投谋影的线草段长鼠m党β息∑创a吴2购m增β贵/s仙∑遮b枕2午横向贯攻通中误牺差蕉D4鲁220家m挥D6