控制测量技术在复杂地形特长大黄土隧道施工中的应用

控制测量技术在复杂地形特长大黄土隧道施工中的应用

张露

中铁十一局集团第一工程有限公司湖北襄阳441000

摘要：现阶段，随着社会的发展，控制测量技术的发展也突飞猛进。本文以银西高铁彬县隧道为例，探讨分析了复杂地形地貌地段的特长大黄土隧道测量过程中，提高测量精度的技术方法。为以后特长大黄土隧道技术测量提供参考依据。

关键词：控制测量技术；复杂地形；特长大山岭隧道施工；应用

引言

彬县隧道全长14251.32米，线路纵坡依次为0.00‰/23.42米、3.00‰/9950米、20.00‰/4277.9米，进出口高差有115.4米。该隧道穿越陇东黄土高原塬梁沟壑区，山势陡峻，地下埋有煤矿，地形和矿会影响GPS接收的信号，势必增加测量难度。

1工程测量中GPS控制测量操作分析

在实际工程测量中，GPS控制测量主要包括以下内容：（1）资料收集。确定测量区域范围后，相关工作人员应做好资料收集和检核工作，主要对测量区域中的起算点数据和地形地貌特征进行分析，以确保后续测量的顺利进行。（2）选点布网。GPS技术在工程测量中的应用最重要的环节是选点和布网，需要测量工作人员严格按照相关规范和标准进行测区地形的分析，在考虑众多因素后进行选点布网设计。（3）踏勘埋石。完成选点和布网操作后，需要工作人员按照调度情况和点位设计，进行踏勘埋石，为下一步观测奠定基础。（4）外业观测。应用GPS技术的过程中，需要获取大量的实物数据信息，而通过GPS定位功能，可以快速获取目标的位置信息，以便于工作人员的下一步分析和操作；（5）数据处理。完成外业观测后，会获得大量的数据信息，相关工作人员要对这些数据进行有效的传输和保存。（6）修补测量。由于GPS技术在实际测量过程中偶尔会出现测量不达标的情况，需要进行修补测量，并对数据进行平差处理，以判断测量是否达到规范要求，如果没有达到要求，必须根据卫星时段情况进行补测。

2GPS高程精度分析

2.1GPS高程误差的影响因素

GPS测量技术在实际工程测量中会由于高程误差问题而影响测量进度，而导致高程误差出现的原因通常包括以下2点：（1）水准测量精度的影响。由于工程测量中需要对观测点的高程的异常值和大地高程测量值进行控制，以确保测量精度符合实际需求。而高程异常值的获取通常要利用数学方法进行计算，其计算的准确度受几何水准高程测量值的影响较大，因此，必须进行严格控制。（2）高程拟合法。GPS技术在实际应用过程中需要进行高程拟合，其原理主要是利用GPS测量方法获取大地高程值和水准测量值，二者之间的差值叫作高程异常。获取高程异常后，可以根据相关数据进行大地水准面的拟合。由于拟合过程过于复杂，且成本较高，因此，很难得到高精度的几何水准高程值，特别是在一些复杂的区域地形中，对于高程精度的控制更加困难。

2.2提高GPS高程测量精度的对策研究

2.2.1优化大地高测量方法

在实际的工程测量过程中，为了确保GPS高程测量精度达到相关标准，必须对大地高程测量方法进行优化和改进，具体包括以下几点内容：（1）合理设置观测点。由于工程测量中观测点的设置对测量结果影响较大，因此，为了提高GPS高程测量的精度，需要工作人员在测量前，对测区环境进行有效的分析和评估，同时合理设置观测站，以确保后续测量的高效进行。（2）同步求差法的应用。在实际测量过程中，为了尽可能地减少高程计算误差，需要应用同步求差法，但是同步求差法的应用需要满足2个条件，即观测站之间必须保持同步，且观测距离要在20km以内[3]，一旦不能满足这2个条件，该方法求取的差值没有任何意义。（3）正确量取天线高。由于GPS高程精度受天线高测量误差的影响较大，因此，实际测量中要对该因素进行有效控制，具体控制措施如下：工作人员要将天线斜高作为测量值，同时把天线圆盘分为3个角度均匀的方向，按照3个方向进行天线高的测量，最终对3个测量结果求平均值，这样可以保证测量结果的误差小于3mm。另外，由于野外工程测量中天线的类型使用不确定，因此，为了避免这一因素的影响，需要合理控制相位中心的高度，以确保GPS高程精度达到相关标准。

2.2.2高程拟合方法的选取

高程拟合方法的选取对GPS高程精度的控制十分关键，常见的高程拟合方法包括以下几种：平面拟合法、二次曲面拟合法以及样条函数法。其中，二次曲面法的应用最为广泛，因为该方法可以更准确地获取高程异常值，对高程精度控制十分有效。但是需要注意的是，该方法并不适用于所有的地形测量，所以实际工程测量中，工作人员需要根据测量环境和测区地形情况，选择合理的高程拟合法，确保GPS高程精度符合相关标准。

2.3短边测角精度提高的基本策略

综上所述表明，下列几个方法可以将短边角度测量精度提升：1）测角受仪器误差的干扰降低；2）将偏心与对中误差干扰选择相应方法弱化。对于测角精度提升来说，3）的影响最为明显，实现途径也最简单。将测角精度受偏心与对中误差的影响削弱的办法有2个，第一，将整平与对中精度提高；第二，将对中次数降低，以免重复对中在同一测量点发生。1.三联脚架法将对中次数降低，能把测角受对中误差的影响减小，通过三联脚架法进行主设备微网测量，能将重复对中导致的偏心与对中误差有效消除。2.整平与对中精度提升整平一般采用管水准器（每格2O"精度）完成，对中则以投点器（基座附带）展开，镜高（仪器高）取值1.5m，严格校正条件下，能够让其实现0.4毫米的对中精度。为将测角精度受对中误差与偏心的影响削弱，测量时，通过1／200000对中精度徕卡NIJ天底仪对觇标、仪器进行协助，以此展开精确对中，采用全站仪电子水准器精确整平目标点、设站点等所有基座，镜高（仪器高）取值为1.5m时，它的对中精度可以超过0.1毫米。

2.4数据处理流程

采用标准rinex数据在徕卡的LGO软件中解算基线，从LGO软件中输出的基线向量在铁四院SYGPS处理软件中进行后处理，进行各项检查和平差处理，最后计算出结果。数据处理中基线解算的重复基线，闭合环检查都符合规范要求；最弱点LX-2点位误差2.7mm，小于限差10mm，最大方位角中误差1.43″（0001--JF-6），满足限差1.7"的要求；最弱边相对中误差1/129048（JF-3--JF-2），满足规范要求的1/100000的精度要求；各限差都满足规范要求。2.注意事项（1）GPS数据转换成标准rinex数据时，天线高要改正到天线相位中心，观测记录必须有观测日期、观测时间、观测点号、天线高、量测位置、量高方式，并附加密点平差技术报告。（2）在测量过程中时刻注意GDOP是否小于5，若数值大于5则这段时间不计入有效观测时间，继续观测直到有效时间达到2个时段。

结语

综合以上分析针对银西高铁彬县特长大黄土隧道，地质条件较为复杂，设计GPS点投影变形值较大；斜井内转弯处导线边短的等不利因素，导致测量导线的精度降低的情况，在隧道测量的过程中，我们分别采取高斯投影改化、高程投影改化和边长改化等方法。来解决以上存在的测量精度低的难点，使测量误差控制在合理的范围内。

参考文献：

[1]TB10601-2009.高速铁路工程测量规范[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[2]GB/T12897-2006.国家一、二等水准测量规范[S].北京：中国标准出版社，2006.

[3]周志鸿.浅谈测距边长改化在地铁R2线（机场段）精密导线测量中的运用[J].城市道桥与防洪，2009（8）：127-130.

[4]王珍.距离归化改正在地铁精密导线测量中的应用[J].工程勘察，2010（s1）：670-676.

[5]尤潇华.大伙房输水工程TBM2标隧洞测量贯通控制技术研究[J].东北水利水电，2017，35（1）：8-10+71.

[6]汤进九.精密方位与高程传递方法应用研究[D].郑州：解放军信息工程大学地理空间信息学院大地测量学与测量工程，2012.

[7]张项铎.隧道GPS网布测中有关问题的探讨[J].中国铁道科学，2001（6）：74-80.