大阳山隧道独立控制网布设方案

一、工程概况：大阳山隧道起迄里程为DK104+100～DK113+500，全长9400米，大阳山隧道DK104+254.866～DK104+744.866和DK105+096.817～DK105+586.817段位于缓和曲线上，DK104+744.866～DK105+096.817段位于半径R=9000的圆曲线上。隧道纵坡为人字坡,坡度为4‰和7.5‰。二、地形地貌：〔LXS-3〕标段线路走行于湟水河河谷、黄土塬、梁、峁及低中山，地势西高东低，河谷阶地地势较平缓，低中山地势起伏较大，地面高程介于1850-2200m之间，沿线多为村庄或耕地。相对高程20-150m，区内黄土广布。相对位置：大阳山隧道包括芦草沟斜井及脑沟斜井，隧道进口位于青海省民和县境内，隧道出口、芦草沟斜井、脑沟斜井位于青海省乐都县境内。三、测量依据《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》〔铁建设[2006]189号〕；《新建铁路工程测量标准》〔TB10101-99〕；《工程测量标准》〔GB50026-2007〕；《国家一、二等水准测量标准》〔GB/T12897-2006〕；《全球定位系统GPS铁路测量规程》〔TB10054-97〕；《兰新第二双线精密工程控制测量网LXS-3标段测量网设计文件》；四、测量仪器及人员隧道洞外GPS测量采用Trimble5700接收机1套、TrimbleR7接收机3套标，称精度：5+0.5ppm×D；水准测量采用TrimbleDiNi数字水准仪，标称精度：0.3mm，在使用前必须经专门机构检测，测量精度满足施工要求。大阳山隧道施工独立控制网的测设由中交一航局兰新铁路甘青段工程经理部一工区精测队组织施测。五、隧道洞外控制测量大阳山隧道测区范围内交通不便，通讯不畅，气候枯燥，温差变化大，工作条件艰苦。洞外控制网假设采用常规测量方法建立，不仅难以实现，而且建网效率低、费用高。全球定位系统GPS由于其具有较高的相对定位精度、控制点间无须通视，在隧道施工控制中只需在洞口处及其附近布点和建网速度快、效率高等优点，在隧道施工洞外测量控制中已被普遍应用，因此大阳山隧道施工的洞外控制，也采用GPS方法建立该隧道施工的洞外平面控制网。1．洞外平面控制测量隧道洞外、洞内控制测量技术要求测量部位测量方法测量等级测角精度〔〃〕适用长度〔km〕边长相对精度洞外导线测量二1．06～201/200000三1．84～61/150000四2．5＜４1/100000GPS测量B1．5≥６C2．0＜６洞内导线测量二1.07～201/100000三1.85～71/50000四2.5≤51/20000注：1.本表所列适用长度系指相邻两开挖洞口间的长度；导线测量的使用长度系按导线边、角独立测量2组计算。2．GPS测量栏内测角精度指进洞联系边方向中误差。1.1洞外平面控制测量精度：隧道平面控制网布设的目的，是保证地下两相向开挖工作面的正确贯穿，控制网的测量精度主要取决于隧道贯穿精度、隧道长度与形状、开挖面的数量以及施工方法等因素。综合考虑以上因素，根据上表隧道洞外、洞内控制测量技术要求中的相关规定和类似长大隧道测量控制的成功经验，本次大阳山隧道洞外平面控制网的精度等级设计为GPSB级网。1.2隧道洞外控制网布设：隧道GPS施工控制网一般由洞口点群所组成的洞口网和两洞口之间的联系网组成。在进行大阳山隧道控制网网型设计前，应详细收集大阳山隧道所在地的地形图、已有的控制测量等资料，并实地踏勘了大阳山隧道进、出口、芦草沟斜井及脑沟斜井的地形概貌。根据以往长大隧道洞外控制网布设的经验，对于直线隧道，洞口点应选在隧道进出口处附近的中线上，另外再布设至少两个定向点，除要求洞口点与定向点通视外，定向点间不要求通视，但定向点至洞口点间的距离应在400m上，而且各个定向点应选在大致相等的高度(程)上，以消除或减小垂线偏差对联系进洞观测方向的影响。对于曲线隧道，还应把曲线的主要控制点，如曲线的主点、切线上的两点包括在网中。隧道GPS网的布设，一般应遵循“网中每个点至少独立设站观测两次〞的原那么，此外还取决于所具有的接收机的数量和精度要求等因素，选点时应使所选点位的环境适合GPS观测，为了便于GPS接收机的安置和卫星信号的接收，控制点周围应视野开阔、高度截止角15度以上不应有障碍物；同时应远离强电磁源，周围没有大面积反射面等，以减弱多路径效应。我工区大阳山隧道进口端是以188.866m长的直线接1331.951m长度的曲线进洞，为此分别在隧道正洞洞外的直线段的延长线DK103+820处布设了1个投点GPS01；大阳山隧道出口端为直线段，为此在隧道正洞洞外布设了1个投点GPS14，另在芦草沟斜井、脑沟斜井洞口各布设3个GPS平面控制点，除了上述的2个投点外，隧道控制网在进出洞口新布设了4个GPS平面控制点，同时也将设计院提供的局部CPI控制点也一并纳入了两个洞口子网，然后通过大地四边形联测将两洞口的GPS子网联系成一个整体的平面网。大阳山隧道进出洞口及斜井联测的GPS网网形如图1、图2、图3、图4所示。图1大阳山隧道进口侧GPS网形示意图图2大阳山隧道出口侧GPS网形示意图图3芦草沟斜井GPS联测网形示意图图4脑沟斜井GPS联测网形示意图上图中，GPS01、GPS14分别为点分别为大阳山隧道进、出口处线路中线上的洞口投点。其中新埋设平面控制点14个，利用设计院提供的平面控制点4个。1.3控制点标志及控制点标石规格：控制点标志上部采用直径为12～20mm，长度为20～30mm的不锈钢材料,下部采用普通钢筋焊接而成。其规格如图5所示；图5不锈钢标志控制点标石埋设规格如图6所以：图6控制点标石埋设图1.4GPS控制网施测：GPS野外数据采集采用静态测量模式，大阳山隧道GPS控制网采用B级网观测，GPS控制网测量的精度指标如表1所示，GPS测量作业的根本技术要求〔表1〕级别工程BCD静态测量卫星高度角(°)≥15≥15≥15有效卫星总数≥5≥4≥4时段中任一卫星有效观测时间(min)≥30≥20≥15时段长度(min)≥90≥60≥45观测时段数≥21～21～2数据采样间隔(S)15～6015～6015～60PDOP或GDOP≤6≤8≤10GPS接收机的精度指标〔表2〕级别BCDa〔mm〕≤8≤10≤10b〔mm/km〕≤1≤5≤10a—接收机固定误差〔mm〕；b—接收机比例误差系数。1.5GPS作业前准备工作应符合以下规定：①根据网的技术设计所确定的作业模式，在接收机或控制器上配置预制参数，参与作业的接收机所配制的参数应相同。②每天出工之前，必须检查电池容量是否满足作业要求，数据存储设备应有足够的存储空间，仪器及其附件必须齐全。③天线安置应符合以下要求：a〕天线应利用脚架直接对中。b〕需在觇标的基板上安置天线时，应先卸去觇标顶部，将标志中心投影至基板上，依投影点安置天线。c〕天线定向标志宜指向正北方向。d〕天线圆水准气泡必须居中。e〕雷雨季节架设天线时，要注意防雷击。雷雨过境时，应停止观测，并卸下天线。1.6保证GPS测量精度的操作要点①观测组必须严格遵守调度命令，按规定时间同步观测同一组卫星。当没按方案到达点位时，应及时通知其他各组，并经观测方案编制者同意对时段作必要调整，观测组不得擅自更改观测方案。②经检查，接收机的电源电缆、天线电缆等项连接正确，接收机预置状态和工作状态正常后，方能启动接收机开始测量。③每个时段观测前后，应各量取天线高一次，两次量测值互差不得大于2mm，取平均值作为最后天线高。当互差超限时，应查明原因，提出处理意见并记入测量手簿。观测中，作业员应逐项填写测量手簿。④接收机开始记录数据后，应及时将测站名、测站号、时段号、天线高等信息记录在手簿上。同时应注意仪器的警告信息，及时处理各种特殊情况。⑤一个时段观测过程中严禁进行以下操作：关闭接收机重新启动，进行自测试，改变接收设备预置参数，改变天线位置，按关闭和删除文件功能键等。⑥静置和观测期间应防止仪器震动，不得移动仪器，要防止人员或其他物体碰动天线或阻挡信号。⑦在作业过程中，不应在天线附近使用无线电通讯。当必须使用时，对讲机应距天线10m以上，车载电台应距天线50m以上。⑧经检查，调度命令已执行完毕，所有规定的作业工程已完成并符合要求，记录和资料完整无误，且将点位标识和觇标恢复原状前方可执行下一个调度命令。1.7内业平差计算GPS平面控制网采用Trimble公司随机配备的TGO数据处理软件进行基线处理，检查基线质量是否符合标准和技术设计要求后，导出基线解，再导入武汉大学CosaGPSV5.0工程测量控制网通用平差软件包中先在WGS-84坐标系进行无约束平差，以检查GPS基线向量网本身的内符合精度，并剔除含有粗差的基线边。然后进行控制网的二维约束平差。大阳山隧道独立施工控制网测量的坐标系统与设计相同，椭球采用国家2000大地坐标系参考椭球，边长投影在隧道内线路平均高程面上。所以，大阳山隧道独立施工控制网坐标系统的中央子午线经度为102°45′，投影面大地高为1924米，控制点GPS01与GPS14的方向为坐标系统的X轴，里程增加的方向为正向，由X轴顺时针旋转90°的方向为Y轴正向，起算点的X坐标为改点在线路上的定测里程。2．洞外高程控制测量根据有关标准中规定：洞外高程控制测量应根据设计精度，结合地形情况，水准线路长度以及仪器设备条件，采用水准测量或光电测距三角高程测量，大阳山隧道洞外高程控制网采用二等水准测量。2.1高程控制测量适用长度如下表所示：2.2各级水准测量精度指标水准侧量等级每公里水准测量偶然中误差〔mm〕每公里水准测量全中误差〔mm〕限差〔mm〕检测已测段高差之差〔即复测值与设计值不符值的限差往返测不符值附和路线或环闭合差左右路线高差不符值二等≤1.0≤2.06√L4√L4√L—三等≤3.0≤6.020√L12√L12√L4√L四等≤5.0≤10.030√L20√L20√L14√L二等水准测量必须往返观测，不允许采用两台仪器同方向左右观测，三、四等均可以左右路线观测，计算结果单位为毫米。2.3各级水准测量主要技术要求。等级水准尺类型水准仪等级视距〔m〕前后视距差〔m〕前后视累积差〔m〕视线高度〔m〕二等铟瓦尺、条码尺DS1≤50≤1.0≤3.0下丝读数≥0.3DS05≤60三等双面DS3≤65≤3.0≤6.0铟瓦、条码尺DS1、DS05≤80四等双面DS3≤80≤5.0≤10.0铟瓦条码尺DS1≤1002.4高程测量方法二等水准测量，路线采用往、返观测。控制测量时一般采用附合水准路线和支水准路线，由此计算增设的新水准点高程。大阳山隧道洞外高程控制网使用TrimbleDiNi数字水准仪，按二等水准测量的标准要求进行施测。利用设计院提供的二等水准点4个，并在大阳山隧道进口处及出口、芦草沟斜井、脑沟斜井处共增设8个水准点，SZ02、SZ03、SZ06、SZ07、SZ08、SZ09、SZ10、SZ11、。水准路线为从设计院提供的二等水准点CPI041出发，芦草沟斜井、脑沟斜井的水准路线为支水准路线，大阳山隧道进出口的水准路线为附和水准路线。大阳山隧道洞外高程控制网水准路线示意图2.5水准测量有关精度计算。外业、内业完成后，应进行精度统计、分析及评定。〔1〕、往返闭合差计算，如超限必须查找原因或重测。〔2〕、每千米水准测量高差的偶然中误差或全中误差。M△=√1/4n×［△△/L］△——水准路线测段往返高差不符值(mm)；L——水准测段长度〔km〕；N——往返测的水准路线测段数。首先检查往返测量高差不符值，超限的重测，在允许范围内的取其中数，采用南方平差易2005软件进行平差。六、总结：(1)由于GPS定位技术具有较高的相对定位精度、控制点间无须通视、网形布设简单、可全天候作业和建网