隧道工程施工過程中，從工程開工一直到工程結(jié)束，均離不開工程測(cè)量工作，隧道工程能否按規(guī)范規(guī)定的允許誤差范圍準(zhǔn)確貫通是每個(gè)工程項(xiàng)目管理者和技術(shù)負(fù)責(zé)人重點(diǎn)關(guān)注的問題。長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)高精度控制網(wǎng)測(cè)量很多時(shí)候需要停工通風(fēng)來創(chuàng)造良好觀測(cè)條件，保證洞內(nèi)測(cè)量設(shè)計(jì)所需要的最短邊長(zhǎng)間通視，這又嚴(yán)重影響了工程項(xiàng)目管理者應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的施工工期、施工成本增加問題。這對(duì)矛盾是始終存在的。
作為施工輔助的測(cè)量工作，我們只能從自身想辦法，在保證測(cè)量精度的前提下，如何提高測(cè)量效率、加快測(cè)量進(jìn)度、降低測(cè)量成本，盡量減少停工配合洞內(nèi)控制測(cè)量的時(shí)間，這是本文研究的根本目的。
支導(dǎo)線測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是:布設(shè)簡(jiǎn)單、靈活，測(cè)量工作量小；其缺點(diǎn)是:由于支導(dǎo)線缺乏檢核條件，在觀測(cè)或計(jì)算過程中發(fā)生錯(cuò)誤或粗差時(shí)，無法通過檢核來發(fā)現(xiàn)，而且在計(jì)算坐標(biāo)時(shí)所有觀測(cè)值無法進(jìn)行平差改正，因此僅在地下隧道長(zhǎng)度很短、測(cè)量精度要求較低時(shí)采用。雙導(dǎo)線測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是:可大量增加網(wǎng)的多余觀測(cè)量、增加導(dǎo)線的閉合檢核條件、提高網(wǎng)的整體強(qiáng)度和精度，目前此種 *** 在長(zhǎng)度較長(zhǎng)、精度要求較高的長(zhǎng)大隧道平面控制測(cè)量中被廣泛采用；其缺點(diǎn)是:對(duì)隧道內(nèi)復(fù)雜多變的測(cè)量環(huán)境適應(yīng)性差，選布點(diǎn)困難，相對(duì)于支導(dǎo)線，埋樁數(shù)量、測(cè)量工作量、測(cè)量成本均成倍增加。
過去長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)控制測(cè)量的發(fā)展均圍繞在儀器硬件設(shè)備和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件上，儀器和軟件的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)處于瓶頸，一段時(shí)間內(nèi)再向上發(fā)展已經(jīng)變得非常困難。地下隧道由于其所處位置特殊，洞內(nèi)場(chǎng)地狹窄，無法接收衛(wèi)星信號(hào)，只能采用導(dǎo)線測(cè)量，幾十年來一直沒有新的測(cè)量 *** 替代。因此，在長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)平面控制測(cè)量中，為了提高網(wǎng)的整體精度和可靠性，一般使用傳統(tǒng)的雙導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)量。
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一、隧道洞內(nèi)控制測(cè)量 *** 改進(jìn)方向分析
長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)控制測(cè)量成本主要體現(xiàn)在３ 方面：
１. 選點(diǎn)埋樁布設(shè)控制網(wǎng)
在狹窄的地下隧道里布設(shè)雙導(dǎo)線，既要保證良好的通視條件、躲避障礙物，又要保證導(dǎo)線邊長(zhǎng)度、成對(duì)布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)和構(gòu)網(wǎng)形成閉合環(huán)，選點(diǎn)埋樁非常困難，而且埋樁數(shù)量多，布設(shè)控制網(wǎng)成本高。
２. 外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)收集
外業(yè)測(cè)量時(shí)，當(dāng)準(zhǔn)備工作做好后，每測(cè)站測(cè)量的時(shí)間是相對(duì)固定的，對(duì)于不同操作人員測(cè)量時(shí)間也沒有多大差別，大部分時(shí)間用在了找點(diǎn)、清理視線上障礙物、連接照明設(shè)備、架設(shè)測(cè)量設(shè)備等準(zhǔn)備工作上。外業(yè)測(cè)量與隧道施工相互交錯(cuò)影響，測(cè)量效率極其低下，地下隧道洞內(nèi)控制測(cè)量使測(cè)量和施工成本、進(jìn)度都受到嚴(yán)重影響。
３. 內(nèi)業(yè)成果數(shù)據(jù)處理
由于計(jì)算機(jī)和測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)軟件的快速發(fā)展，各種成熟的軟件繁多，如武漢大學(xué)、清華大學(xué)、各設(shè)計(jì)院、南方測(cè)繪等開發(fā)了多種平差軟件，本質(zhì)上無大的差異，使不同的測(cè)量人員在處理內(nèi)業(yè)成果數(shù)據(jù)時(shí)效率相差無幾。
綜合以上分析，要想使長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)控制測(cè)量成本得到控制，測(cè)量效率得到提高，減小測(cè)量造成的對(duì)施工工期、施工成本的影響，只能在選點(diǎn)、埋樁、布設(shè)控制網(wǎng)和外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)收集兩個(gè)環(huán)節(jié)上尋找突破。為此，本文研究一種長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)控制測(cè)量方案，提出了一種創(chuàng)新的虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)方案，克服了現(xiàn)有地下隧道洞內(nèi)控制測(cè)量技術(shù)上的缺點(diǎn)，能快速準(zhǔn)確地完成長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)控制測(cè)量工作。
二、虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新
１. 關(guān)鍵技術(shù)
虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)是在傳統(tǒng)隧道洞內(nèi)控制測(cè)量的基礎(chǔ)上，由一條真實(shí)存在的支導(dǎo)線與一條內(nèi)業(yè)虛構(gòu)的虛擬支導(dǎo)線結(jié)合組成的虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)方案。
在進(jìn)行長(zhǎng)大隧道工程控制測(cè)量過程中，首先按最有利的測(cè)量條件選埋一條傳統(tǒng)支導(dǎo)線，對(duì)傳統(tǒng)支導(dǎo)線預(yù)先在內(nèi)業(yè)虛構(gòu)一條支導(dǎo)線與之組合，按雙導(dǎo)線組網(wǎng)規(guī)則構(gòu)建一條虛擬雙導(dǎo)線，然后嚴(yán)格按構(gòu)建的虛擬雙導(dǎo)線采用特定的 *** 進(jìn)行外業(yè)測(cè)量及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，從而獲得等同甚至超越傳統(tǒng)雙導(dǎo)線精度的控制點(diǎn)成果，使長(zhǎng)大隧道導(dǎo)線控制測(cè)量同時(shí)兼具傳統(tǒng)支導(dǎo)線布設(shè)靈活簡(jiǎn)便、測(cè)量快捷與雙導(dǎo)線精度高、可靠性高的特點(diǎn)，有效解決地下隧道導(dǎo)線控制測(cè)量點(diǎn)位布設(shè)、測(cè)量效率、測(cè)量成本、隧道施工工期、施工成本間相互矛盾的問題，可用于各種工程控制測(cè)量，特別是在地下隧道越長(zhǎng)、測(cè)量環(huán)境越困難的控制測(cè)量中更具顯著優(yōu)勢(shì)。
２. 技術(shù)創(chuàng)新
(１) 將支導(dǎo)線和雙導(dǎo)線優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合
本文測(cè)量方案是采用一條支導(dǎo)線與一條虛擬支導(dǎo)線相結(jié)合組成虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)方案。現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)實(shí)際為一條傳統(tǒng)的支導(dǎo)線，選點(diǎn)埋樁不受通視、組網(wǎng)、邊長(zhǎng)等諸多因素限制，能更大限度保證選取更優(yōu)的測(cè)量觀測(cè)條件點(diǎn)位；虛擬的支導(dǎo)線和真實(shí)存在的支導(dǎo)線結(jié)合可以滿足成環(huán)構(gòu)網(wǎng)需要，達(dá)到傳統(tǒng)雙導(dǎo)線的多余觀測(cè)、檢核條件、高精度、高可靠性效果，同時(shí)提高測(cè)量作業(yè)效率。
(２) 測(cè)量 *** 實(shí)質(zhì)改變提高測(cè)量成果精度
在傳統(tǒng)支導(dǎo)線測(cè)量中，因?yàn)闊o多余觀測(cè)組成平差條件，導(dǎo)線成果直接按外業(yè)測(cè)量得到的邊角數(shù)據(jù)推算得到各支導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)成果，對(duì)含有誤差的角度、邊長(zhǎng)觀測(cè)值不作有益的改正，所得結(jié)果精度上受到限制。傳統(tǒng)雙導(dǎo)線有大量多余觀測(cè)組成閉合條件，按照測(cè)量平差理論可以進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算，使含有誤差的角度、邊長(zhǎng)觀測(cè)值得到最有益的改正，導(dǎo)線使用的是嚴(yán)密平差后成果，精度和可靠性與支導(dǎo)線相比均得到明顯提高。
本文虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)，不但使傳統(tǒng)的支導(dǎo)線可以用嚴(yán)密平差理論進(jìn)行平差，而且因?yàn)樘摂M雙導(dǎo)線一實(shí)一虛成對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)，本身就是同一個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)位，對(duì)虛擬雙導(dǎo)線的觀測(cè)，實(shí)際是對(duì)同一支導(dǎo)線進(jìn)行獨(dú)立的多余觀測(cè)，在測(cè)量過程中由于不可避免地測(cè)量誤差，使原本重合的一實(shí)一虛導(dǎo)線點(diǎn)一分為二不再重合，并按組網(wǎng)方案形成閉合環(huán)，得到等同于傳統(tǒng)雙導(dǎo)線精度的結(jié)果。最后通過將支導(dǎo)線點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的虛擬導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)成果取加權(quán)平均值又將其合二為一，在傳統(tǒng)雙導(dǎo)線基礎(chǔ)上又一次提高了導(dǎo)線精度和可靠性，因此虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量成果等同甚至超越了傳統(tǒng)雙導(dǎo)線精度。
(３) 不新增任何投入即可降低測(cè)量成本，減小對(duì)施工工期的影響
長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量方案構(gòu)建的虛擬雙導(dǎo)線，現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)實(shí)際為一條傳統(tǒng)的支導(dǎo)線，從選點(diǎn)埋樁的角度可以直接節(jié)省50%測(cè)量選點(diǎn)埋樁費(fèi)用，按本文測(cè)量技術(shù)進(jìn)行隧道洞內(nèi)控制測(cè)量，可以減少40％直接測(cè)量人員投入，提高30％ ~50％測(cè)量工作效率，可以降低40％直接測(cè)量成本。
高精度的長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)控制測(cè)量，需要施工現(xiàn)場(chǎng)局部停工或全部停工來保證必要的測(cè)量條件，因此測(cè)量速度的快慢，直接影響隧道控制測(cè)量對(duì)隧道施工的時(shí)間占用，進(jìn)而消耗工期時(shí)間，直接影響施工進(jìn)度和施工成本。直接測(cè)量成本的高低在施工企業(yè)也許不太引人注目，但由于采用了新的洞內(nèi)測(cè)量技術(shù)，測(cè)量占用長(zhǎng)大隧道施工時(shí)間越短越有利于隧道工期的保證，在此雖不能直接計(jì)算對(duì)綜合施工成本的影響有多大，但效果是顯而易見的。
三、虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量工藝流程
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本文技術(shù)方案工藝流程作進(jìn)一步說明。
１. 隧道洞內(nèi)選點(diǎn)埋樁
如圖１所示，長(zhǎng)大隧道工程一端洞口外有K1、K2、K3、K4 隧道洞外控制點(diǎn)，沿隧道開挖掘進(jìn)方向選擇最有利的測(cè)量條件選埋一條支導(dǎo)線，避免旁折光等不利因素，依次編號(hào)D1，D2，...，Dn標(biāo)識(shí)清楚，畫出所布設(shè)的支導(dǎo)線示意圖。
現(xiàn)有的傳統(tǒng)支導(dǎo)線布置 *** ，樁點(diǎn)位置選定、埋設(shè)與支導(dǎo)線完全相同，如圖１中D1，D2，...，Dn為實(shí)際選埋導(dǎo)線點(diǎn)。支導(dǎo)線布設(shè)簡(jiǎn)單、靈活，由于只是簡(jiǎn)單的單點(diǎn)連接，可更大限度選擇好的通視條件和觀測(cè)條件，避免了地下洞室內(nèi)雙導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)因場(chǎng)地狹窄、施工干擾、通視條件、旁折光影響等因素造成選點(diǎn)布設(shè)困難的問題，而且大大減輕了樁點(diǎn)埋設(shè)的工作量，降低了50％埋樁的成本。
２. 內(nèi)業(yè)構(gòu)建虛擬雙導(dǎo)線
如圖２所示，在原實(shí)際埋設(shè)支導(dǎo)線D1，D2，...，Dn的一側(cè)內(nèi)業(yè)構(gòu)建一條虛擬支導(dǎo)線XD1，XD2，...，XDn， D1，D2，...，Dn與XD1，XD2，...，XDn一一對(duì)應(yīng)。虛擬支導(dǎo)線點(diǎn)號(hào)編號(hào)并無特殊要求，只需要與原支導(dǎo)線點(diǎn)明顯區(qū)分開來，畫在示意圖上一一對(duì)應(yīng)，后面實(shí)際觀測(cè)時(shí)測(cè)量人員應(yīng)根據(jù)測(cè)站編號(hào)所對(duì)應(yīng)的前后
視點(diǎn)號(hào)，與測(cè)站工作人員核對(duì)清楚即可。虛擬導(dǎo)線點(diǎn)與原實(shí)際埋設(shè)支導(dǎo)線一起按規(guī)范要求4~6個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)，組成虛擬雙導(dǎo)線。
內(nèi)業(yè)構(gòu)建的虛擬支導(dǎo)線XD1，XD2，...，XDn實(shí)際點(diǎn)位就是D1，D2，...，Dn，可以假想為無限接近的成對(duì)控制點(diǎn)，通過本文技術(shù)方案，可達(dá)到既節(jié)省50％埋樁成本，又能有足夠的點(diǎn)組成雙導(dǎo)線的目的。
３. 虛擬雙導(dǎo)線外業(yè)觀測(cè)
嚴(yán)格按圖２內(nèi)業(yè)構(gòu)建的虛擬雙導(dǎo)線進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，收集水平角度、導(dǎo)線邊長(zhǎng)等導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)。
依據(jù)相關(guān)測(cè)量規(guī)范、隧道長(zhǎng)度、洞內(nèi)測(cè)量設(shè)計(jì)等，選取測(cè)量外業(yè)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和測(cè)量設(shè)備進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，以圖２ 中D2和XD2一對(duì)點(diǎn)觀測(cè) *** 加以說明，其余測(cè)站類推。
清理點(diǎn)位測(cè)量環(huán)境和測(cè)量視線上的障礙物，將測(cè)量?jī)x器架設(shè)在D2測(cè)站上，輔助人員將測(cè)量反射鏡覘標(biāo)分別架設(shè)于D1和D3上，整平對(duì)中，測(cè)量?jī)x器和測(cè)量反射鏡覘標(biāo)各自記下光學(xué)對(duì)中器對(duì)中時(shí)的方向和整平時(shí)水準(zhǔn)管方向，連接好測(cè)量反射鏡覘標(biāo)照明燈光。
起始觀測(cè)方向選為D1，按盤左照準(zhǔn)D1讀數(shù)、盤左順時(shí)針轉(zhuǎn)到D3照準(zhǔn)讀數(shù)、倒鏡盤右照準(zhǔn)D3讀數(shù)、盤右逆時(shí)針轉(zhuǎn)到D1照準(zhǔn)讀數(shù)的順序完成一個(gè)測(cè)回，并記錄水平角度、導(dǎo)線邊長(zhǎng)等數(shù)據(jù)。依此類推，完成D2測(cè)站其余測(cè)回工作。這樣在記錄上反映測(cè)出來的水平角度為∠D1-D2-D3，即以D2為頂點(diǎn)，D1順時(shí)針轉(zhuǎn)到D3的水平夾角。
XD2測(cè)站與D2雖是同一控制點(diǎn)位，但要將其當(dāng)作獨(dú)立點(diǎn)重新架設(shè)儀器、獨(dú)立完成數(shù)據(jù)觀測(cè)。此站原始數(shù)據(jù)觀測(cè)時(shí)要調(diào)換后視控制點(diǎn)，即起始觀測(cè)方向選為D3，目的是為了對(duì)照擬定的示意圖與前后視配合測(cè)量人員核對(duì)記錄的方向順序和點(diǎn)號(hào)是否正確。
將測(cè)量?jī)x器和測(cè)量反射鏡覘標(biāo)光學(xué)對(duì)中器對(duì)中方向和水準(zhǔn)管整平時(shí)方向均旋轉(zhuǎn)180°進(jìn)行重新精確對(duì)中整平，即完成XD2測(cè)站儀器架設(shè)，然后按盤左照準(zhǔn)D3讀數(shù)、盤左微動(dòng)儀器照準(zhǔn)XD3讀數(shù)、盤左順時(shí)針轉(zhuǎn)到XD1照準(zhǔn)讀數(shù)、倒鏡盤右照準(zhǔn)XD1讀數(shù)、盤右逆時(shí)針轉(zhuǎn)到XD3照準(zhǔn)讀數(shù)、盤右微動(dòng)儀器照準(zhǔn)D3讀數(shù)的順序完成一個(gè)測(cè)回，并記錄水平角度、導(dǎo)線邊長(zhǎng)等數(shù)據(jù)。依此類推，完成XD2測(cè)站其余測(cè)回工作。這樣在記錄上反映測(cè)出來的水平角度為∠D3-XD2-XD3和∠D3-XD2-XD1，即以XD2為頂點(diǎn)，D3順時(shí)針轉(zhuǎn)到XD3和XD1的水平夾角，如圖３所示。
圖２中每一條連線即代表一個(gè)觀測(cè)方向，D3和XD3名為兩個(gè)點(diǎn)，實(shí)際為同一個(gè)點(diǎn)位，但觀測(cè)時(shí)按兩個(gè)獨(dú)立控制點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立照準(zhǔn)觀測(cè)，進(jìn)行虛擬雙導(dǎo)線內(nèi)業(yè)構(gòu)網(wǎng)時(shí)將XDn全部畫在了Dn的一側(cè)只是便于查看，由于測(cè)量誤差偶然性，實(shí)際測(cè)量結(jié)果下，XDn可能處于Dn周圍隨機(jī)位置，如圖４ 所示，但這不影響控制網(wǎng)的構(gòu)成、測(cè)量和計(jì)算。
在觀測(cè)過程中，Dn測(cè)站和XDn測(cè)站，測(cè)量?jī)x器和測(cè)量反射鏡覘標(biāo)光學(xué)對(duì)中器對(duì)中方向和水準(zhǔn)管整平時(shí)方向均旋轉(zhuǎn)180°進(jìn)行重新精確對(duì)中整平，測(cè)量水平角度分別為Dn的左角和右角，不但額外增加左角＋右角＝360°、∠D3-XD2-XD3＝0等檢核條件，還因?yàn)楹竺鎸n和XDn取加權(quán)平均值使用，可以抵消大部分因設(shè)備校正不完全而引起的測(cè)量誤差，從而提高導(dǎo)線精度。
４. 外業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)處理、平差
外業(yè)觀測(cè)得到的邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)一般經(jīng)過了儀器加乘常數(shù)改正和溫度氣壓改正，內(nèi)業(yè)還要進(jìn)行高程投影改正和高斯投影改正、導(dǎo)線閉合環(huán)閉合差檢驗(yàn)，確認(rèn)觀測(cè)數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求后才能用于平差計(jì)算。
計(jì)算 *** 、原理、技術(shù)指標(biāo)、平差軟件等均與傳統(tǒng)雙導(dǎo)線相同，因此無須進(jìn)行任何新的投入，本文技術(shù)方案虛擬雙導(dǎo)線測(cè)量結(jié)果，具有傳統(tǒng)雙導(dǎo)線的所有特征。
５.虛擬雙導(dǎo)線融合還原為支導(dǎo)線
本文技術(shù)方案提供的虛擬雙導(dǎo)線不但可以按傳統(tǒng)雙導(dǎo)線平差，得到等同于傳統(tǒng)雙導(dǎo)線精度的結(jié)果，而且因?yàn)樘摂M雙導(dǎo)線一實(shí)一虛成對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)，本身就是同一個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)位，在測(cè)量過程中由于不可避免的測(cè)量誤差，使原本重合的一實(shí)一虛導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)成果一分為二不再重合，通過將支導(dǎo)線點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的虛擬導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)取加權(quán)平均值又將其合二為一，融合還原為一條支導(dǎo)線，在傳統(tǒng)雙導(dǎo)線基礎(chǔ)上又一次提高了導(dǎo)線精度和可靠性。因此本文技術(shù)方案測(cè)量成果等同甚至超越了傳統(tǒng)雙導(dǎo)線精度。
