隧道双导线测量及虚拟双导线的应用

鲍兵毅 应霖锋 卞启松

摘要：长隧道施工过程中，为了控制隧道的超欠挖和符合测量精度要求以及提高测量效率，采用合适的方法提高效率，可以加快测量进度、保证精度，从而间接影响工程成本。

关键词：长隧道；精度要求，双导线，虚拟导线

1 引言

长隧道施工过程中，从工程开工一直到工程结束，均离不开测量工作，隧道工程是否能按规范规定的允许误差准确贯通是每个项目重点关注的问题，长大隧道洞内高精度控制网测量很多时候需要停工通风来创造良好观测条件，保证洞内测量设计所需要的最短边长间通视，应在保证测量精度的前提下，提高测量效率，加快测量进度，降低测量成本，尽量减少停工配合洞内控制测量的时间，所以需要有虚拟双导线的应用。

2 工程概述

本项目位于台州市，为分离式长隧道，隧道左线里程为LZK1+120.464～LZK2+905，左线全长1805m；右线里程为 LK1+124.566～LK2+885，右线全长1786m。本隧道有以下特点：

（1）隧道洞口围岩稳定性较差，地形环境复杂，尤其隧道进洞口存在一定偏压，安全风险较高。

（2）地下水位埋深浅，动态随季节变化明显，雨季可接近地表。施工期间雨水浸泡地表影响土体稳定，施工安全风险大。

（3）隧道地处丘陵斜坡地带，山顶沟谷纵横，局部区域埋深浅，且穿越破碎带，开挖、支护施工风险大。

3 测量工艺

3.1 传统隧道支导线和双导线测量的特点

（1）支导线测量的优点：布设简单、灵活、测量工作量小；其缺点：由于支导线缺乏检核条件，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，因此仅在短距离隧道测量精度要求低时采用。

（2）双导线测量优点是：可大量增加网的多余观测量，增加导线的闭合检核条件，提高网点整体强度和精度，目前此种方法在长度较长、精度要求较高的长大隧道平面控制测量中被广泛采用；其缺点是对隧道内复杂多变的测量环境适应性差，选点布点困难，相对于支导线埋桩数量、测量工作量、测量成本均成倍增加。

3.2 虚拟双导线的应用

（1）虚拟双导线测量技术是在传统的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拟的虚拟支导线结合组成的虚拟双导线测量技术方案；在进行长大隧道工程控制测量过程中，首先按最有利的测量条件埋设一条传统支导线，对传统导线预先在内业虚构一条支导线与之组合，按双导线网规则构造一条虚拟双导线，然后严格按采用特定的方法进行外业测量，比传统隧道支导线更具显著优势。

（2）将支导线和双导线优点有机结合；现场控制网为一条传统的支导线，选点埋桩不受通视、组网、边长等诸多因素的限制，能最大限度保证选取最优的测量观测点位。虚拟的支导线和真实存在的支导线结合可以满足成环构网需要，达到传统双导线的多余观测、检核条件、高精度、高可靠性效果，同时提高测量作业效率。

（3）测量方法的实质改变，提高测量成果精度；在传统的导线测量中，因为无多余的观测组成平差条件，导线成果直接按外业测量得到的边角数据推算得到各支导线点坐标成果，对含有误差的角度、边长观测值不作有益的改正，所得结果精度上受到限制。虚拟双导线测量技术不但使传统的支导线可以用严密平差理论进行平差，而且因为虚拟双导线一实一虚成对，导线点本身就是同一控制点位，实际是对同一支导线进行独立的多余观测。

（4）不增加任何投入即可降低测量成本，减小对施工工期的影响，从选点埋桩的角度可以直接节省40%测量选点埋桩费，可以减少30%直接测量人员投入，提高20%-40%的测量工作效率，可以降低30%直接测量成本。

3.3 虚拟双导线的测量工艺流程

（1）隧道洞内选点埋桩

如图1所示，长大隧道工程一端洞口外有A₁、A₂、A₃、A₄隧道洞外控制点，沿隧道开挖掘进方向选择最有利的测量条件选埋一条支导线，避免旁折光等不利因素，依次编号B₁,B₂,.....B_n标识清楚，画出所布设的支导线示意图。由于是简单的单点连接，可最大限度选择好的通视条件和观测条件。

图1 支导线示意图

（2）内业构建虚拟双导线

图2 虚拟双导线示意图

在原实际埋设支导线B₁,B₂,.....B_n的一侧内业构建一条虚拟支导线C₁,C₂,....C_n,两者一一对应。编号无特殊要求，只需要与原支导线点明显区分开来，画在示意图上一一对应，虚拟导线点与原实际埋设支导线按规范要求4-6点构成一个闭合环，组成虚拟双导线。

（3）虚拟双导线外业观测

1）严格按图2内业构建的虚拟双导线进行外业测量，收集水平角度、导线边长等导线测量外业数据。

2）依据相关测量规范、隧道长度、洞内测量等，选取测量外业相关技术指标和测量设备进行外业观测。

3）清理点位测量环境和测量视线上的障碍物。将测量仪器架设在B₂测站上，辅助人员将测量反射镜分别架设于B₁和B₂上，整平对中，测量仪器和测量反射棱镜各自记下光学对中器对中时的方向和整平时的水准管方向。

4）起始观测方向选为B₁，按盘左照准B1读数、盘左顺时针转到B₃照准读数、倒镜盘右照准B₃读数，盘右逆时针转到B₁照准读数的顺序完成一个测回，并记录水平角度、导线边长等数据，依次类推，完成B₂测站其余测回工作。

5）C₂测站与B₂虽为同一控制点，但要将其当做独立点重新架设仪器，独立完成数据观测。此站原始数据观测时要调换后视控制点，即起始观测方向选为B₃,目的是为了对照拟定的示意图与前后视配合测量人员核对记录的方向顺序和点号是否正确。

6）将测量仪器和测量反射棱镜对中方向和水准管整平时方向均旋转180度进行重新对中整平，即完成C₂测站仪器的架设，然后按盘左照准B₃读数、盘左微动仪器照准C₃读数，盘左顺时针转到C1照准读数、倒镜盘右照准C₁读数，盘右逆时针转到C₃照准读数、盘右微动仪器照准B₃读数的顺序完成了一个测回，并记录水平角度，导线边长等数据，依次完成其他测站的测回工作。

7）图中每一条连线即代表一个观测方向，B₃和C₃名为两个点，实际为同一点位，但观测时按两个独立控制点进行独立照准观测，实际测量结果下C_n可能处于B_n周围随机位置，并不影响控制网的构成测量和计算。

（4）导线测量内业计算

外业观测得到的边长数据一般经过了仪器加常数改正和温度气压改正，内业还要进行高程投影改正、高斯投影改正和导线闭合环闭合差检验，确认观测数据满足规范要求后才能平差计算。其计算方法、原理、技术指标和平差软件均与传统相同，但测量精度等同甚至超过了传统双导线的精度。

4 结语

隧道双导线测量及虚拟双导线已经在项目投入使用，既确保了测量精度，又节约了工期，间接降低了成本。

参考文献

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[4]孙立业.论工程测量在施工质量管理中的重要性[J].世界有色金属，2017,04:203-204.

作者简介：鲍兵毅（1989-） 男  本科   中级工程师，通信地址：浙江省临海市石年村中国建筑项目部，邮编：315400，邮箱：[e-mail]，