隧道洞内四种导线布设与测量精度对比分析

隧道洞内四种导线布设与测量精度对比分析

刘照洞

民航机场建设工程有限公司

【摘要】在隧道工程施工过程中，从工程开始至结束均离不开测量工作，隧道能否在规范要求误差范围内顺利贯通是每个项目测量技术人员重点关注的问题。本文根据笔者实践工作经验，以承建工程项目为载体，从点位布设、对观测条件要求、控制网精度等方面就单导线、交叉导线、全导线以及虚拟交叉导线等四种导线模式的精度进行了对比分析。

【关键词】支导线；交叉导线；全导线；虚拟交叉导线；对比分析

1 前言

因隧道场地狭窄，无法接收卫星信号，在进行洞内平面控制测量时只能采用导线测量模式，几十年来还未探寻出一种新的测量方法来代替这种测量模式。在具体的洞内平面控制测量中，为了提高控制网的整体精度与可靠性，多选用交叉导线与全导线进行测量。本文笔者对单导线、交叉导线、全导线以及虚拟交叉导线等四种导线模式进行了对比分析，以点位布设要求、观测要求、控制网精度、观测成本等方面综合考虑，筛选出一种更加合理的导线模式，以更好地适应隧道施工要求。

2 导线类型介绍

本文以蒙文砚高速公路项目经理部二分部蒙文砚高速公路项目的老鹰山隧道出口右幅导线布设为例，就支导线、交叉导线、全导线与虚拟导线的导线类型特点、点位布设及观测要求进行以下介绍：

2.1支导线

支导线是由已知控制点出发，不附合、不闭合于任何已知点的导线。以老鹰山隧道右幅为例，隧道出口LC01、LC02为洞外已知点，如果在洞内布设支导线，即LC02→LCY01→LCY02→LCY03→LCY04导线线路为支导线。在进行点位布设时在每个相应里程位置只需要布设一个控制点，点位埋设工作量低，对于观测条件要求不高，在观测时只需要满足前后两个点之间通视，但是其缺点是缺少检核条件，在观测或计算过程中发生错误或粗差时，无法通过检核来发现，而且在计算坐标时所有观测值无法进行平差改正。

2.2 交叉导线

交叉导线是双导线的一种，对该导线类型在进行洞内导线布设时需在每对应里程埋设2个控制点，控制点埋设工作量是支导线类型的2倍。其特点是可大量增加网的多余观测量和闭合检核条件，能有效提高控制网的整体强度和精度。但是在对该类型导线进行测量时对通视条件要求要高于支导线类型。如图2所示，在LCY02设站时，需要同时满足LCY02→LCY01、LCY02→LCY01-1之间通视距。但是相对于下文将要提到的全导线而言，对通视与环境要求又相对较低。如在LCY03设站时，只需满足LCY023→LCY012-1、LCY03-1→LCY02之间通视即可。而对于隧道施工而言，交叉作业工序繁杂，往往不能够同时满足前后两对控制点之间通视。选用交叉导线模式能在满足控制网精度要求的前提下，根据现场通视条件来进行导线测量，避免受现场施工影响而无法完成导线测量工作。

图1交叉导线布设类型示意图

2.3 全导线

全导线是双导线的另外一种模式，控制点埋设工作量与交叉导线相同。其特点是前后每对控制点之间都有观测量，多余观测量与闭合检核条件优于交叉导线。但是对于通视要求而言，又高于交叉导线，它要求前后每对点之间都满足通视条件要求。这种导线类型控制网精度较高，但是往往受到洞内条件因素影响，无法完成全导线复测，测量效率较低。但是对于现阶段多数长距离隧道而言，为了满足控制精度要求，尽管对测量人员、观测条件、后期数据处理要求较高，但仍多选用该导线模式。全导线布设结构类型如图3所示：

图2全导线布设类型示意图

2.4 虚拟交叉导线

2.4.1虚拟导线介绍

在这里对该种导线模式进行重点介绍。虚拟交叉导线是一种比较新颖的导线模式，它在传统隧道洞内控制测量的基础上，由一条真实存在的支导线与一条内业虚构的虚拟支导线结合组成。它的洞内控制点选点与埋设与支导线完全相同，首先根据有利测量条件选埋一条传统支导线线路。在对其进行观测之前，预先在内业虚构一条支导线与之组合，参照交叉导线网构建一条虚拟双导线，如图4所示：分别在LCY01、LCY02、LCY03的对应里程位置虚拟出LCY01-1、LCY02-1、LCY03-1三个点，之后选用特定方法进行外业测量与内业数据处理，从而获得接近甚至等同于交叉导线精度的控制网成果。从而获得等同甚至超越传统双导线精度的控制点成果。因此，其不仅具有传统支导线布设灵活简便、测量快捷的特点，还能解决隧道洞内效率低、降低测量人员投入等问题。但是对于该种导线类型的研究还有待深入，需要对其进行综合的研究与数据处理对比分析之后才能得以推广。虚拟交叉导线的布设结构类型如图4所示：

图3 虚拟交叉导线结构类型

2.4.2虚拟导线技术创新

( 1) 现场实际只布设一条传统支导线，观测条件只要求与支导线测量条件相同。在提高了观测精度的前提下，对于点位布设无过高要求，同时也基本不影响现场交叉作业的施工进度。

( 2)虚拟支导线与真实存在的支导线结合满足构网需求，达到满足多于观测条件与高精度要求效果。对虚拟双导线的观测实际是对同一支导线进行独立的多余观测，在测量过程中由于不可避免的测量误差，使原本重合的一实一虚导线点一分为二不再重合，并按组网方案形成闭合环，得到等同于传统双导线精度的结果。

( 3) 测量方法发生实质改变，虽然是对同一个支导线观测，但是测量结果中含有多余边角观测值，在计算时具备平差条件，对含有误差的角度、边长观测值进行平差，并推算得到各支导线点坐标成果。最后通过将支导线点及其对应的虚拟导线点坐标成果取加权平均值又将其合二为一，提高了导线精度和可靠性。

隧道洞内导线测量工作多年来只是在测量仪器与平差计算软件上有所突破，而虚拟交叉导线测量模式则是在测量方法上的突破。

2.4.3虚拟导线内外业操作过程

内业构建虚拟双导线如图4 所示，虚拟支导线点号编号并无特殊要求，只需要与原支导线点明显区分开来，与示意图对应，后面实际观测时测量人员应根据测站编号所对应的前后视点号，与测站工作人员核对清楚即可。

3 四种不同类型导线控制网精度对比分析

3.1观测数据及单位权中误差对比分析

笔者针对上文提到的四种导线类型，分别根据示意图中对应的网形进行了数据观测。在对观测数据进行平差处理时，统一选用的是科傻COSA-CODAPS控制测量数据处理软件进行处理，4种类型导线观测数据及单位权中误差对比分析结果如表1所示：

表1 四种类型导线观测数据及单位权中误差对比分析结果

从表1中可以看出，从观测值总数、方向观测值数、方位角条件数、多余观测值总数、边长观测值数和后验单位权中误差，全导线的各项数据都是最优，支导线数据最差。而就交叉导线与虚拟交叉导线而言，二者观测数据情况较为相近，后验单位权中误差的差值也较小。但是就导线点位埋设、外业观测而言，交叉导线的作业量是虚拟交叉导线的2倍左右。

3.2方位角边长平差值及其精度分析

对四种导线类型的观测数据进行平差分析，从方位角中误差、边长中误差以及相对中误差的数值来看，控制网整体精度的优劣情况依次为：全导线、交叉导线、虚拟交叉导线、支导线。通过上文对4种导线类型的对比分析，可以得出这样的结论：全导线的网形控制、多余观测量复核、控制网精度最好。同时，其对点位布设、观测条件要求条件也最高。对于长距离隧道（3Km≤L≤10 Km）而言，全导线测量方案应作为首先洞内导线测量方案；支导线虽然对点位埋设以及观测条件要求不高，但是网形精度较差，尽可能不使用该种导线类型；交叉导线与虚拟交叉导线网形精度相近，且对控制点点位埋设要求相同。如选用交叉导线测量时，若隧道洞内观测条件、通视条件不能满足交叉导线测量时，可考虑选择虚拟交叉导线测量模式，同时也可考虑选择交叉导线与虚拟交叉导线相结合的导线模式。

4 结语

因笔者所负责承建项目所用导线类型是全导线，对于指导隧道精确贯通发挥了重要作用。在此基础之上通过对其他3种不同类型导线数据点位埋设、观测条件要求、观测

数据量、控制网精度等方面进行综合分析，认为虚拟交叉导线可以作为一种具有较高综合实用价值的导线测量模式进行深层次探讨。当然这一结论仅代表笔者个人见解，结论的正确与否还有待进一步的研究与验证。但是值得一提的是，在今后的隧道洞内导线测量工作开展过程中，作为测量专业技术人员 ，应敢于创新，对导线测量模型与方法进行不断完善与创新，以使用更加精确、高效、快捷的测量方式，为长距离隧道精准掘进与贯通奠定良好基础。

参 考 文 献