摘要：建立隧道施工控制网在隧道工程中有着不可忽视的重要作用，通常在传统方案中，主要采用三角测量方法，而精密导线法则是近年来采用最多的方法，随着时代的不断发展，地形条件、图形条件、通视条件等都会对建立隧道施工控制网的方法进行影响。因此，为了解决这个问题，对隧道平面控制测量技术中应用GPS技术进行充分的研究与探讨是非常有必要的。基于此，本文以GPS应用在某隧道控制网布测为前提，根据多年从事控制测量的相关经验，对洞内外平面控制测量的流程与方法进行了充分探讨与研究，希望能给业界人士提供一些有价值的参考，从而为我国隧道工程的长远发展提供有力的支持。
关键词：GPS；特长隧道；控制网；贯通误差
1.GPS技术的概念
精密导线法和三角测量方法就是传统隧道施工控制网的两种方法，其中最为传统的隧道施工方法就是三角测量方法，在科学技术的不断发展下，精密导线法逐渐受到了欢迎，也是使用最多的方法。但会受到地形、图形、通视条件等众多因素的影响。由此可见，在建立隧道施工控制网过程中，特别是在观测、选点布网等环节中，控制网会受到一定程度的限制。
在隧道测量中难度较大的就是建立隧道施工控制网的常规测量方法，主要是因素，隧道工程开展区域大多为山区，地形较为复杂，所以，大大增加了常规测量方法的应用难度。若在建立隧道控制网过程中，选择GPS技术，那么会比常规控制更加随意，因为GPS观测受到通视条件的影响较小，所以，隧道控制测量中行之有效的办法之一就是GPS测量。
在测量中应用GPS的优点可体现在以下几个方面：第一，不需要观测站相互通视。与传统方法相比，点位选择更加灵活，可以对选点苛刻增加的时间与经费进行极大地减少；第二，定位精度较高。可实现1～2PPm的相对精度，当基线<50km时，在基线的逐渐加长下，定位精度也会随着提高，对于这新的精度级别，一般测量手段很难达到；第三，对观测时间进行了大幅度缩短。采用经典的静态定位方法，完成一条基线的相对定位时，通常需要1至3个小时，而精度不同，具体时间也会存在一定差异；第四，能一同提供三维坐标与观测成果，主要是GPS可以精确测定站点的大地高程，所以，测站点的大地高程可以在精确提供其平面位置的过程中得到，实现了对地面点高程和大地水准面形状的同时研究，开辟了一条新的途径；第五，GP具有小体积、重量轻、操作简便的特点；第六，与传统测量方法不同，GPS能在任何气候条件下作业，并连续观测，不受天气条件、时间和地点限制的影响。
2.项目概况
主要位于某山脉中段，这条隧道总长4126米，隧道出口在曲线上，进口处于直线地段，缓和曲线长122米，曲线半径为598米，偏角为31°04′30″。出口处和进口处高程分别为2836米和2241米，整个测区高差近1300米左右，通视条件较差，地形极其复杂，山势相对较为陡峻。
3.控制测量隧道口外平面
3.1对测量的精度进行控制
可借鉴《全球定位系统(GPS)测量规范》，以此来提高GPS测量的精度，其中对技术设计方案和隧道长度进行了定义，可按B级施测洞外GPS平面控制网，相邻点间定位精度（标准差）可用σ= 
计算，5到10毫米为式中a的固定误差；b范围是1到2PPm，为比例误差；d≤20Km（点间距）；与10mm±2PPm为基准，要求使用仪器标释精度应更高。
3.2设置点位
通过对方案的反复比选设计，为满足施工引测洞需求，GPS平面控制点在隧道进出品处应设置6个。均采用异步环相联所有控制点，并组成空间大地四边形和三角形，以此来进一步加强GPS网的几何强度。
3.3作业要求与观测方法
在测量隧道过程中，应全面检测接收机在观测前的情况，可选择GPS静态定位进行测量，以此来保证仪器精度符合相关规定。值得注意的是，在观测过程中，要选择最佳时段进行GPS观测，对于观测条件欠佳和一些长边的点位，应适当增加观测时间。主要采用的参数和观测要求为：(1)当1km＜S≤20km时,时段长度为1个半至2小时；当S＜1km时,时间长度则为半至1小时；(2)周边观测时段数不小于2；(3)PDOP不大于6；(4)卫星高度角≥150；(5)卫星个数≥5；(6)连续跟踪每颗卫星的时间要大于15分钟；(7)采样率不小于15秒。
3.4数据处理
在测量隧道过程中，可选用WILD200的软件处理数据，采用下列参数进行基线解算：采用标准模型作为电离层模；采用Hopfield作为对流层模型；采用码和相位数据，采用广播星历作为星历；使用＜20km作为解模糊盾的边长限制,采用L1+L2频率,控制检验中误差为±10mm。对于平面网平差、坐标转换以及GPS基线网平差等数据可利用计算机程序软件计算。为了保证数据的准确无误，可通过两组审核、复核、对算等方式，计算观测数据资料。
3.5精度测量
应采用一些手段进一步GPS测量可靠性，比如，对出口GPS点群组成的局部小网，采用全站仪测导线方法，对比两成果，水平角相差1.53″,Y坐标相差为1.7mm,X坐标相差为1.5mm,对数据可靠性进行了有效证实。
4.控制测量隧道口平面
4.1确定施测等级
对于17到20kM范围的隧道，《铁路测量技术规则》已经明确规定了洞内外贯通中误差不可超过250毫米，洞内通视情况按照这一规定可进行设定，平均边长为500米。经大量的实践研究，项目组决定采用导线闭合环网在隧道内架设导线，并按一级导线的精度指标和要求进行导线测量，保证横向贯通误差小于100mm。
4.2设置控制桩点
作为隧道内外的平面控制导线，等边闭合导线的环导线平均长度设为500米。闭合导线由十个边组成，并将四个闭合环布置在出口段。在距隧道壁1-2米处设置一根导线，沿隧道方向设置另一根导线。在此设置中，导线不会破坏导线点，也可以用于放样。
4.3预计贯通误差
由式m2洞内=(mβ×Ｌ/ρ)2×(n+3)/12其中n=38,p=206265″,L=19km,mβ=0.7″,代入上式,得m洞内=±119mm。
可按两条单导线计算贯通精度，因为洞内导线为等边导线闭合环网,双导线在贯通点的精度，根据误差传播理论，即m内=m洞内/ 
=84mm，比单导线在贯通点精度大幅度提高了 
倍。
结合上述计算结果，不仅小于了《铁路测量技术规则》的规定，还对横向贯通中的误差要求进行了有效满足。
4.4数据处理
主要可从四个方面入手：第一，测站平差，通常在水平角每测站测完后进行；第二，仔细检查其中存在的闭合差粗差，以此来更好地对每个闭合环的角度闭合差进行计算；第三，通过加、乘常数改正投影，改正气象，在隧道统一高程面中归算所有测量边长值；第四，用导线网平差程度在计算机上完成计算，包括计算整个闭合环网平差，计算出每个控制点坐标值。
5.结语
综上所述，首先，采用GPSB网测量隧道平面，从精度分析而言，能达到隧道贯通要求，结果较为可靠，不仅缩短了测量周期，还大大节省了费用；其次，在布设隧道洞内平面控制测量网时，可采用等边闭合导线环网，但在设计导线测量精度时，必须符合隧道贯通精度要求。同时，施测过程中，对于设计精度要求，精度控制指标不能过低；再次，测量洞内高程可采用II等水准进行控制，贯通精度较高，值得进一步推广与应用；最后，对隧道洞内控制测量观测数据进行处理，在此过程中，可采用平差计算方法，结果表明纵向贯通误差125mm,高程误差1mm,横向误差12mm。
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[5]刘吉章,全球定位系统原理及应用[M].北京:测绘出版社,2008.
论文作者:郭亚东
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/25
标签：隧道论文; 导线论文; 测量论文; 精度论文; 误差论文; 高程论文; 平面论文; 《基层建设》2019年第24期论文;