【正文】 地下工程測(cè)量 第二章 地下工程控制測(cè)量 欒元重 山東科技大學(xué) 2 地下工程控制測(cè)量 ? 地下工程測(cè)量地面控制網(wǎng)是為地下工程服務(wù)的，應(yīng)在地下工程開始前完成。地面平面控制網(wǎng)的基本特點(diǎn)是： ? (1)控制網(wǎng)的大小、形狀、點(diǎn)位分布，應(yīng)與地下工程的大小、形狀相適應(yīng)，點(diǎn)位布設(shè)要考慮施工放樣的方便，隧道控制網(wǎng)一定要保證隧道兩端有控制點(diǎn)； ? (2)地面控制網(wǎng)的精度，不要求網(wǎng)的精度均勻，但要保證某一方向和某幾個(gè)點(diǎn)的相對(duì)精度高，如隧道控制網(wǎng)要能保證隧道橫向貫通的準(zhǔn)確性； ? (3)投影面的選擇應(yīng)滿足 “控制點(diǎn)坐標(biāo)反算的兩點(diǎn)間長(zhǎng)度與實(shí)地兩點(diǎn)間長(zhǎng)度之差應(yīng)盡可能小” 的要求。如遂道施工控制網(wǎng)一般投影到隧道貫通平面上，也可以將長(zhǎng)度投影到定線放樣精度要求最高的平面上； ? (4)坐標(biāo)系應(yīng)采用獨(dú)立的建筑坐標(biāo)系，其坐標(biāo)線應(yīng)平行或垂直于建筑物的主軸線。主軸線通常由工藝流程方向、運(yùn)輸干線或主要廠房的軸線所決定的。 地下工程地面平面控制網(wǎng)的種類和特點(diǎn) ? 地面控制網(wǎng)是保證地下工程，尤其隧道貫通工程的正確性的基礎(chǔ)。隧道施工至少要從兩個(gè)相對(duì)的洞口同時(shí)開挖三長(zhǎng)隧道的施工需要通過(guò)豎井、斜井、平峒等多通道開挖，以增加工作面，加快施工速度。為了保證隧道最后正確貫通，必須在相應(yīng)的開挖點(diǎn)建立控制點(diǎn)。由于地下工程的大小、長(zhǎng)度、形狀和施工方法不同，地面控制網(wǎng)的布設(shè)方案也有所不同，下面逐一進(jìn)行討論。 ? 導(dǎo)線測(cè)量是地面控制的一種重要方法，隨著測(cè)距儀． (全站儀 )精度的提高，給導(dǎo)線測(cè)量提供了十分方便的條件。導(dǎo)線測(cè)量相對(duì)于三角測(cè)量具有更大的靈活性，作業(yè)方便、計(jì)算簡(jiǎn)單，在隧道的地面控制中廣泛應(yīng)用。 在特別困難地段布設(shè)導(dǎo)線，也至少布成主、副導(dǎo)線的形式，以主導(dǎo)線測(cè)距測(cè)角，而副導(dǎo)線上僅測(cè)定轉(zhuǎn)折角，如圖 21所示，其中角，為主、副導(dǎo)線之間的連接角。但導(dǎo)線平差計(jì)算后，可增加主導(dǎo)線的檢核條件和進(jìn)一步提高對(duì)橫向誤差的控制。 圖 21主、副導(dǎo)線布設(shè) 圖 21主、副導(dǎo)線布設(shè) ? 特點(diǎn)： 三角鎖相對(duì)導(dǎo)線網(wǎng)而言，檢核條件多、精度可靠。隨著高精度的測(cè)距儀的廣泛應(yīng)用，不需用因瓦基線尺丈量基線，大大減少了野外測(cè)量工作量。 在隧道的每一個(gè)入口處都要布設(shè)一個(gè)三角點(diǎn)，該點(diǎn)最好納入同級(jí)網(wǎng)，與主網(wǎng)一起平差，如果無(wú)法納入主網(wǎng)內(nèi)，也可以是低一級(jí)的插點(diǎn)。洞口三角點(diǎn)設(shè)置便于引測(cè)進(jìn)洞。三角鎖形狀與大小應(yīng)與工程大小直接對(duì)應(yīng)，如圖 22所示，為洞口點(diǎn)。 圖 22 三角鎖布設(shè)方案 ? 隧道三角鎖的觀測(cè)精度，應(yīng)根據(jù)橫向貫通誤差的允許值和布設(shè)圖形確定。精度要求不宜太高，但應(yīng)留有一定的余地。當(dāng)經(jīng)誤差預(yù)計(jì)，地面控制網(wǎng)精度不能滿足貫通的精度要求時(shí)，可加測(cè)邊長(zhǎng)，組成邊角網(wǎng)。 地下工程較小時(shí)，地面控制可采用插點(diǎn)或插網(wǎng)的形式。當(dāng)?shù)叵掠兄匾こ虝r(shí)，一般不宜采用插點(diǎn)插網(wǎng)形式。由于條件關(guān)系，必須采用插點(diǎn)插網(wǎng)時(shí)，應(yīng)與原網(wǎng)一起觀測(cè)，一起平差，以防原網(wǎng)的誤差影響。 ? GPS測(cè)量的特點(diǎn)是對(duì)點(diǎn)間的邊長(zhǎng)沒有限制，也不要求兩點(diǎn)間通視，而且所測(cè)的點(diǎn)位精度均勻，與常規(guī)方法相比，具有很大的優(yōu)越性和靈活性，適合各種地下工程的地面控制測(cè)量，尤其適合山嶺地區(qū)大型隧道和跨河、跨海隧道的地面控制測(cè)量。 ? 2）遵循統(tǒng)一的測(cè)量規(guī)范、按等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和作業(yè) ? GPS測(cè)量定位速度快、相對(duì)定位精度高、工作時(shí)間短、效益好，是現(xiàn)代化的測(cè)量方法，必須遵循統(tǒng)一的測(cè)量規(guī)范，按等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和作業(yè)。國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 20220305發(fā)布的 《 全球定位系統(tǒng) (GPS)測(cè)量規(guī)范 》 中； GPS測(cè)量按其精度劃分為六個(gè)等級(jí)，如表 2l所示。 ? 工程控制網(wǎng)一般屬 D級(jí)或 E級(jí)，相當(dāng)于國(guó)家三等網(wǎng)和四等網(wǎng)。GPS網(wǎng)布設(shè)時(shí)，除了聯(lián)測(cè)測(cè)區(qū)內(nèi)高級(jí) GPS點(diǎn)外，不必按常規(guī)測(cè)量方式逐級(jí)布網(wǎng)，可根據(jù)實(shí)際需要，采用相應(yīng)的等級(jí)規(guī)定一次完成全網(wǎng)的布點(diǎn)和施測(cè)。當(dāng)測(cè)區(qū)內(nèi)無(wú)高級(jí) GPS點(diǎn)時(shí)，可與測(cè)區(qū)內(nèi)或附近的國(guó)家大地控制點(diǎn)連測(cè)。 ? 3）網(wǎng)形設(shè)計(jì) GPS網(wǎng)形設(shè)計(jì)是施測(cè)方案的基礎(chǔ)，它側(cè)重考慮如何檢核 GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量和保證點(diǎn)位精度。為了檢核 GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量， GPS網(wǎng)應(yīng)當(dāng)構(gòu)成閉合環(huán)狀。 將不同時(shí)段觀測(cè)的各基線構(gòu)成的閉合環(huán)叫做 異步環(huán) 。 由若干條獨(dú)立基線構(gòu)成的閉合環(huán)也叫 異步環(huán) 。 設(shè)計(jì)中總的觀測(cè)點(diǎn)為 m，用尼臺(tái)接收機(jī)，在各點(diǎn)作 n次觀測(cè)，則同步觀測(cè)的次數(shù) s=m*n/k，獨(dú)立基線向量數(shù) b=(k1)s=(k1)*m*n/k。 在 GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行 時(shí)段設(shè)計(jì) . 在 GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能多與高級(jí) GPS控制點(diǎn)或國(guó)家測(cè)設(shè)的三角點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行連測(cè)，以便提供數(shù)據(jù)處理的基準(zhǔn)值和成果質(zhì)量的外部檢核。 ? 地下工程地面平面控制網(wǎng)的精度問(wèn)題 地面控制網(wǎng)的誤差是通過(guò)地下支導(dǎo)線傳遞的，對(duì)地下各種工程都可能產(chǎn)生影響，但影響最大的是貫通工程。從測(cè)量學(xué)科來(lái)講，貫通工程是地下測(cè)量精度要求最高的重要工程。 只要地面控制網(wǎng)精度能滿足貫通工程的精度要求，就能滿足地下所有工程精度的需要。 ? 如圖 24所示為一地面單導(dǎo)線，點(diǎn)號(hào)分別為 1， 2， … ，觀測(cè)水平角分別為， ,… ，測(cè)距邊長(zhǎng)分別為， ,… ，為邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差，測(cè)角中誤差。和的邊長(zhǎng)分別為正和，并以此表示為地下導(dǎo)線。為了討論問(wèn)題方便，假設(shè)地下導(dǎo)線沒有誤差。，為地下導(dǎo)線與地面導(dǎo)線的聯(lián)系角。設(shè)點(diǎn)為導(dǎo)線的坐標(biāo)起算點(diǎn)， A－ 1方向的方位角為起算方位角，為導(dǎo)線出口點(diǎn)，為貫通相遇點(diǎn) 。 圖2 4 地 面單導(dǎo)線分析圖進(jìn)口1 2出口( 0)( )212111 2 1? 由圖可知，地上地下導(dǎo)線共同形成一個(gè)平面的貫通閉合環(huán)。由于測(cè)量不可避免地存在誤差，致使在貫通相遇點(diǎn)處，產(chǎn)生坐標(biāo)閉合差（ ）和 ( )。當(dāng)坐標(biāo)軸平行于貫通面方向時(shí)， ( )的中誤差為貫通中誤差。為推求 ( )的中誤差，需首先列出（ ）的函數(shù)式。 通過(guò)進(jìn)口導(dǎo)線得到 M點(diǎn)的 x坐標(biāo)值為 （ 21） MMxx?出 進(jìn)MMxx?出 進(jìn)MMyy?出 進(jìn)MMxx?出 進(jìn)MMxx?出 進(jìn)AMAMM Lxx ?c o s0 ??進(jìn) 通過(guò)出口導(dǎo)線得到 M點(diǎn)的 x坐標(biāo)值為 ? ? ? ? ? ?1 2 1 1c o s c o s c o sn n N M N Mn n n nS S L? ? ?? ? ? ? ?? ? ?0 1 1 2 2c o s c o sAAMx x S S??? ? ? ? ?出（ 22） 于是 ? ? ? ? ??????? ??? 12122110 c o sc o sc o s nnnAAMM SSSxxx ???進(jìn)出? ? 01c o s c o s c o sn N M N M A M A MnnS L x L? ? ??? ? ? ?（ 23） 對(duì)式 (23)全微分，并把式中與地面導(dǎo)線無(wú)關(guān)的各項(xiàng)舍掉，等式左邊用 d ? ?MMxx?出 進(jìn)外表示，即 ? ? ? ? ? ? ? ?1 2 101 12 2 1 11 2 1d d d dd nnMM n n n nnnS S S Sx x x x x xS S S S?? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?出 進(jìn) 外? ? ? ? ? ?1 1 2 2 2 2d d dM M M n ny y y y y y? ? ???? ? ? ? ? ?? ?11dM n nyy ???? （ 24） 式 (24)中， 表示 j點(diǎn) i對(duì)點(diǎn)的坐標(biāo)增量， Sj和 Si 為獨(dú)立觀測(cè)量，假定為等精度觀測(cè)，按誤差傳播定律轉(zhuǎn)換成中誤差，同時(shí)假設(shè)地面控制網(wǎng)誤差對(duì)地下貫通橫向誤差影響為 ，則 式中 d， R可由圖上直接量取， 采用網(wǎng)中最弱邊相對(duì)中誤差， 用測(cè)角中誤差。 ? ?? ? ????????????????2212122012smsxx