【摘要】通過3座隧道的控制測量比較及技術介紹，總結隧道控制測量經驗，為隧道控制測量提供方便可行的控制測量方案。
　　【關鍵詞】：中長隧道；控制測量；坐標系；貫通誤差
　　
　　第一章隧道到工程的發展
　　
　　1．1隧道和地下工程的存在意義
　　隧道和地下工程隨著我國經濟和人民生活水平的提高而進一步發展和推廣。隧道和地下工程已經是解決我國交通和工業的和很有前景的一門科學。
　　1．2隧道的概念
　　隧道是一種地下工程結構物，通常是指修筑在地下或山體內部，兩端有出入口，供車輛、行人、水流及管線通過的通道。隧道一般包括交通運輸方面的鐵路、公路、航運和人行隧道；城市地下鐵路和海底、水底隧道；軍事工程方面的各種國防坑道；水利發電工程方面的各種水工隧道或隧洞等。
　　1．2．1隧道工程的概念
　　隧道工程是指從事研究和建造各種隧道的規劃、勘測、設計、施工和養護的一門應用科學和工程技術，它是土木工程的一個分支。
　　1．3修建隧道的目的
　　目前，大部分隧道的設置以交通運輸為主要目的，穿越山嶺、河流、港灣等障礙，修建地下鐵道，縮短交通線路，改善線形，可提到車輛行駛速度，以獲得良好的經濟效益和社會效益。除此之外，在水電工程中設置各類水工隧道可實現引水、排水、通風等目的；在市政工程中，設置各類公共隧道可實現污水排放、管線鋪設等目的。隧道的這些功能，決定了其一般在長度方向上有較大的尺寸，多數長度為幾千米道幾十千米，有的甚至更長。而橫斷面的尺寸則相對較小，一般僅幾米到幾十米。斷面較小的隧道，一般不作為交通設施，僅用于污水排放和水、氣管道、電纜、通訊線路等敷設用途，這些通道常常也被稱為隧硐、導溝、管溝等。斷面較大、長度較短的隧道所形成的地下空間，一般有其專用功能，如作為地下變電站、地下停車場、地下倉庫、地下廣場等。
　　1．3．1：隧道工程的優點
　　隧道之所以在近幾年迅猛的發展，是因為它有獨特的優點：
　　首先，利用隧道可以實現各種運輸線路直線等穿越山嶺而不必盤山繞嶺。
　　其次，隧道還可以改善線路中的車輛運行情況和提高線路的運行能力。
　　其三，隧道是一項隱蔽在地下、水下或山體內部的重要結構。
　　其四，隧道在具有以上功能的同時，還存在有另一重要特點就是它不占據地面空間，這等于無形中增加了城市的有效面積，對于人口擁擠、道路密集、交通繁忙的城市來說，無疑是十分重要的。
　　最后，城市地下隧道的興起，也帶動了整個城市地下工程的發展。
　　
　　
　　第二章隧道控制測量前期工作
　　2．1：隧道盾構控制測量的目的
　　隧道是地下工程的一種，而礦井和巷道同樣是地下工程的重要組成部分。礦井的建設和施工比隧道更困難，因為它位于較深的地下，地質條件更復雜和施工技術不完善！
　　隧道控制測量的主要目的，就是保證隧道在兩個或兩個以上開挖的相向施工中，使其中線符合線路平面和縱斷面的設計要求，在允許誤差的范圍內，在滿足限界要求的條件下正確貫通。多年，在隧道控制測量方向，尤其是中長隧道的控制測量，取得了豐富的測量經驗，每座隧道的貫通，都取得理想的結果。現在結合已經運營的深圳梧桐山隧道、靠椅山隧道還有上海城市交通隧道的控制測量技術，介紹中長隧道控制測量方面的有關經驗和體會。
　　2．2：隧道測量控制測量前的工作準備
　　由于，在隧道工程測量中一多半的工作時間都是在隧道里。但是，隧道里的工作環境一般的比較惡劣，如：光線太黑、空氣惡劣、路面不平有少許暗溝等。因此，在隧道測量時的測量工作人員在上班之前必須要準備以下測量工具，強光探照燈、測量儀器和其它的輔助工具，其強光探照燈是在洞中測量中必不可少的一樣。
　　在溪洛渡工程測量中每個單位用的測量儀器都不相同如葛洲壩測量隊在右岸導流洞測量中用的是徠卡402、405、拓撲康502型紅外線測量儀，而水電六局在左岸導流洞測量中用的是徠卡702、402、1202、等型號的紅外線測量儀。在溪洛渡測量隊中大部分的測量隊都用的是紅外線激光測量儀。以方便在洞中找點。
　　2.3:隧道盾構測量的程序及運用：
　　在測量隧道中由于時代的變化、科學的進步，我們運用的計算工具也在不斷的變化。在如今我們測量工作中一般運用的是CASIO4500、4800、4850等型號的科學計算器還是一種有編程功能的計算器。
　　2.3.1：邊角后方交會（1）
　　在隧洞測量時測量人員要根據現場的要求來進行編程，邊角程序如：
　　邊角后方交會
　　BJHFJH
　　L1ABCD：Lbl5：{KSP}
　　L2pol(C-A，D-B)
　　L3Q=90(1-K)+KSIN-1(SSINP/V)
　　L4T=W+180-P-Q
　　L6Rec(S，T):X=A+V◢Y=B+W◢
　　L7Goto5
　　說明：
　　
　　1、測邊的已知點作為P1（A，B），未測邊的已知點作為P2（C，D）。
　　測邊對角為銳角時K=1，測邊對角為鈍角時
　　2、K=-1。
　　3、角度P是以測邊方向為起始方向，順時針觀測另一個已知點方向的右角。
　　注：理想圖形要求實測的S邊相對于已知邊P1P2越短越好，角P越接近180°越好。
　　
　　邊角后方交會（2）
　　（Filename）9BJHFJH
　　L1ABCD：Lbl5：{KSP}
　　L2pol(C-A，D-B)
　　L3Q=90(1-K)+KSIN-1(SSINP/V)
　　L4T=W+180-P-Q
　　L6Rec(S，T):X=A+V◢Y=B+W◢
　　L7Goto5
　　說明：
　　
　　1、測邊的已知點作為P1（A，B），未測邊的已知點作為P2（C，D）。測邊對角為銳角時K=1，測邊對角為鈍角時。
　　2、K=-1。
　　3、P是以測邊方向為起始方向，順時針觀測另一個已知點方向的右角。
　　4、理想圖形要求實測的S邊相對于已知邊P1P2越短越好，角P越接近180°越好。
　　以上使在測量過程中的準備條件和程序下面要說的就是具體做法。
　　2.3.2:坐標反算
　　ZBFS
　　L1AB：Fixm：{CD}
　　L2pol(C-A，D-B)◢
　　L3W＜0W=W+360
　　
　　L4lntW+0.01lnt(60FracW)+
　　0.006Frac(60FracW)◢
　　說明：
　　1、本程序用于計算直角坐標值已知的兩點間的邊長和坐標方位角。
　　2、起算點和目標點的坐標分別為（A，B）、（C，D）。
　　3、起算點改變時應重新調用程序以改變A、B的值。
　　4、邊長值和方位角值分別自動存放在“V”和“W”中。“W”的單位為：度“°”。
　　
　　
　　2.3.3:直線斷面放樣程序
　　ZXFY2
　　L1Lbl0：{ABH}：ABH:POL(A-X，B-Y):
　　L2L=ICos(J-G)◢
　　L3M=Isin(J-G)◢
　　L4V=H-N◢
　　L5V=16.83W=
　　（(V-16.83)2＋M2）◢
　　Goto5
　　說明：
　　1.本程序用于計算直線段的如圖斷面樣式的隧洞程系放樣程系。
　　2.坐標A，B，H，是測算出來的坐標數據。
　　3.已知的坐標X，Y是從圖紙上的起算點坐標。
　　4.J是方位角，是隧洞的軸線方向。
　　5.M是偏中，V是實際高程，W是實際測量出來的頂拱位置。
　　后方交會3HFJHCX
　　L1ABCDEF：Lbl5：{OPQ}
　　L2I=-O+P：J=Q-P
　　L3G=Abs（I/90）:H=Abs（J/90）
　　L4G=1I=I+0.01″
　　
　　L5G=2I=I+0.01″
　　
　　L6G=3I=I+0.01″
　　
　　L7H=1J=J+0.01″
　　
　　L8H=2J=J+0.01″
　　
　　L9H=3J=J+0.01″
　　
　　L10K=(A-C)+(B-D)/tanI
　　L11L=(D-B)+(A-C)/tanI
　　L12M=(C-E)+(F-D)/tanJ
　　L13N=(F-D)+(E-C)/tanJ
　　L14U=(K+M)/(L+N)
　　L15X=C+(K-UL)/(1+U2)◢
　　L16Y=D+U(K-UL)/(1+U2)◢
　　L17Goto5
　　1、本程序用于利用3個合適的已知點進行方向后方交會法計算測站坐標。
　　2、觀測、計算時將3個已知點按順時針方向對應排列，已知點的直角坐標分別為（A，B）、（C，D）和（E，F）。對應3個已知點的方向值分別為O、P、Q。
　　3、L3至L9行的作用是當兩相鄰方向間的夾角出現直角或平角時將導致不能計算時進行自動處理。
　　4、為提高解算精度和防止錯誤，宜盡可能使測站點與3個已知點組成較理想的圖形，如采取測站點靠近3個已知點組成的三角形的中心區域、避免出現“危險園”圖形和增加已知點組成多組后交圖形比較計算等措施。
　　5、當已知點發生變化應重新調用程序。
　　
　　第三章 隧道平面控制測量
　　
　　3.1：隧道平面控制測量控制網布設
　　由于隧道使一各狹長的構筑物，布易布設成三角網或三邊網等其他形式、因此多采用導線環或導線網。
　　
　　3.1.1：洞內導線布設
　　前面所述的3座隧道洞外都有控制點，深圳梧桐山隧道與靠椅山隧道洞外已布設可精度效高的導線環、導線網，交接樁后，進行可復制，這些控制點精度效高，可作為隧道的控制點；下面僅以株六復線新倮納隧道為例，介紹隧道洞內外控制測量。
　　株六復線新倮納隧道洞外有JD107、ZD106—4、ZD106—3、ZD106—2、JD106—4五個點，其中JD107、ZD106—4為曲線交點，在隧道進出口兩端，與洞門位置布通視，洞外導線布網時，未采用這兩個點，新增兩個控制點處理口A、進口E作為進洞口；ZD106—4、ZD106—3、ZD106—2三點在線路中線上，布設洞外導線環時保留這三個點，由于這三個點在同一直線上，為了提高觀測精度，避免人為誤差產生，洞外導線布設成折線直伸形導線環，導線等級為四等，見圖1.
　　
　　由于受地形、地物的影響，洞外導線邊長度隨現場情況具體確定。依據現場通視條件，按照《工程測量規范》（GB50026—93）要求，選擇核實的長度，滿足相鄰邊長比布大于1：3即可。選點確定后，可埋預制混凝土樁，鋼筋頭刻十字，也可以刻石。
　　
　　為保證隧道準確貫通，增加洞內導線的檢核條件，洞內布設成符合導線。為減少觀測誤差及布點工作量，可將洞內部分中線點作為導線點，導線易布設成折線直伸形，按照由高級到低級的控制原則，洞內導線為一級導線，按四等導線技術要求進行觀測，布設見圖2。
　　
　　
　　
　　洞內導線控制形式均采用上述方法。這種布設方法的優點是，將部分中線點納入導線中，一可以檢查中線點精度（根據中線點里程，推算中線點的設計坐標，與實測坐標進行比較）；另外，由于采用了部分中線點，減少了埋點的工作量。
　　洞內導線邊長度的確定：由于隧道空間有限，加上隧道的通風設施，施工設備干擾，曲線段最大的通視距離及洞內目標清晰情況影響，導線邊長一般在250~350M。
　　3.2：導線觀測方法
　　3. 2.1:角度觀測
　　按《工程測量規范》（GB50026-93要求，將已檢定過，在檢定、期內的全站儀進行下列檢查：照準部旋轉軸、光學測微行差、水平軸與豎軸垂直、垂直微動螺旋的水平偏移、儀器底部雜照準部旋轉時的位移及光學對點器的對中檢查。
　　觀測時，為提高觀測精度，在通視好、無風或微風的條件下，前后視架角架，吊垂球，以垂球線作為觀測目標，同時增加照明（可用碘鎢燈在觀測線上，背向測站照垂球線。碘鎢燈距垂球線1.5~2M），確保目標視象清晰。
　　角度測量采用方向測回法，使用“1”或“2”的全站儀，依據《工程測量規范》四等導線技術要求，左角觀測4測回，右角觀測4測回，個別測回超限時，適當增加測回數。計算左右角的觀測平均值及左右角閉合差ü，ü＝左角平均值+右角平均值-360度，本站最終角值為平差后化規到左角的角值。
　　3.2.2:邊長觀測
　　出測前，對測距系統進行檢查，合格后進行外業測量。按四等導線技術要求施測，邊長觀測采用對向觀測，觀測前，測量測站、鏡站的溫度和氣壓，計算兩地的平均溫度和氣壓值，將平均值輸入儀器中。每方向觀測2到3測回，對向觀測4到6測回，取互差滿足規范要求的兩測回作為單方向邊長觀測值，計算平均值；比較往返兩方向測距效差d，由于觀測條件基本相同，相鄰邊長相差滿足規范要求，因此計算出平均測距中誤差m，最終邊長為往返測距平均值。
　　3.3:平面控制測量內業計算
　　因為上海城市交通隧道沒有坐標系，因此在計算前必須確定一個坐標系。由于坐標系的建立直接影響到貫通的精度及計算工作量。為提高貫通精度，要求在選軸時應使各控制點在橫軸上的投影越小越好。為此選定JD107、ZD106—4、ZDI106—3、ZDI106—2四點所在的直線為X軸，方向指向線路前進的反方向，垂直X軸、方向背向既有線為Y軸。因此ZD106—4、ZDI106—3、ZDI106—2三點在Y軸上的投影理論值為零；由于A、B、C、D、E五點離中線點效近，所以這五個點在Y軸上的投影長度業比較效。理論坐標為ZDI106—2。見圖3.
　　
　　有了坐標系，依據布同要求，可以進行簡易平差，也可使用PCE500或計算機平差軟件進行嚴密平差。計算出各點的點位精度及測量角中誤差、坐標增量閉合差和相對閉合差等。
　　深圳梧桐山隧道采用獨立坐標系，京珠高速公路靠椅山隧道采用高斯投影坐標系，這兩座隧道直線部分效長分別為1337.6m和3010m，在計算中也可采用假定坐標系。以直線段為x軸，方向指向里程增加，垂直x軸，方向為x軸逆時針轉90°為y軸。進行坐標軸換算后，為以后放樣，計算提供方便條件。在直線段，X坐標值為里程，Y坐標值可直接反應點位偏位情況，非常直觀。
　　
　　第四章隧道高程控制測量
　　4.1:外業測量
　　依據現場地形條件及水準點的等級，一般采用四等水準測量。目前，高精度全站儀使用比較普遍，可以用四等三角高程測量來代替四等水準測量，業可以兩種測量方法結合。
　　根據多年測量經驗，地表起伏效大或水準測量站效多時（往返測站80站以上），宜用三角高程代替水準測量。
　　進行三角高程測量可隨平面控制測量一起測量。采用對向觀測4到6測回。取互差小于規范要求的兩測回的平均值作為該方向的觀測高差；在測前，測后量取儀器高，鏡高，精確到1mm。
　　水準測量采用雙鏡法，按四等水準技術要求進行水準測量，測閉合水準線路。
　　4. 2:高程測量內業計算
　　水準測量，由于采用閉合水準線路，每臺儀器獨立計算，計算高程線路閉合差m，高程全中誤差M，水準線路測段往返高差不符值�迹�高差偶然中誤差ü。
　　鐵道標準設計RAILWAYSTANDRDDESIGN1004(10)中，L為水準測段長度，n為往返測的水準線路測段數。按距離成比例進行閉合差分配，計算出各測點高程。
　　三角高程計算方法基本與水準測量計算方法相同，在此布再多說述。
　　
　　第五章總結
　　根據隧道測量經驗，有一下幾點體會。
　　（1） 長度在500m以下的隧道，洞內外可用線路中線控制，在洞口處確定中線點，選后視距離效長、通視良好的兩個點作為后視方向，一點放樣，一點檢查。
　　（2） 長度在1000m以下500m以上的隧道，洞內外可用線路單導線控制；長度在4000m以下1000m以上的隧道，洞外可布設導線環，洞內可布設附和導線；長度在4000m以上的隧道，洞內外可布設導線網。
　　（3） 依據設計情況，建立假定坐標系，選取適合的坐標軸，使洞內外各導線邊在坐標軸上的投影盡可能小，以提高貫通精度。在已完成的幾座鐵路長隧道控制測量中，均采用這種方法。
　　（4） 將部分中線點納入導線中，即可檢查中線點精度，又減少布點工作量。
　　（5） 用垂球線作為測量目標，減少照準誤差。
　　（6） 適當增加測角的測回數，提高測角精度，以減少由于測角對橫向貫通誤差的影響。
　　參考文獻：
　　1、JTJ026-90,公路隧道設計規范[S]
　　 2、CB50026-93,工程測量規范[S]
　　3、《測量學基礎原理》
　　4、《現代測量學基礎》
　　5、《控制測量學》
　　6、《盾構隧道施工手冊》