提高隧道橫向貫通精度的測量方法

2023-10-10 13:26:39

專利名稱：：提高隧道橫向貫通精度的測量方法
技術領域：
：本發明涉及用於隧道施工的測量方法，特別涉及一種能夠提高隧道橫向貫通精度的測量方法。
背景技術：
：隧道橫向的精確貫通對各種隧道工程都是至關重要的，其直接影響工程的質量，尤其是穿山越江隧道對貫通精度要求更高。影響橫向貫通精度的因素有很多，其中隧道測量是重要的影響因素之一。導線測量是隧道洞內測量常用的一種方法，其由已知坐標的起始點出發，通過依次在各控制點上利用精密的全站儀進行觀測，測定連接相鄰控制點的各導線邊的長度和各轉折角值，然後根據起始點的起算數據，經平差計算等數據處理後推算得出各控制點的工程坐標。傳統的洞內導線測量受隧道條件的限制屬於支導線布設，其各導線邊的方位是通過多次角度測量傳遞的，所以角度觀測誤差會不斷積累，這必然導致後續控制點的導線方位產生較大的誤差，因此，目前的洞內導線測量具有角度測量結果逐次傳導而引起誤差不斷積累的缺陷，從而導致橫向貫通誤差隨導線在測區內的延伸而不斷增加，形成了降低隧道橫向貫通精度的重大因素。
發明內容本發明所要解決的技術問題是克服現有洞內導線測量具有的角度誤差不斷積累的缺陷，提供一種提高隧道橫向貫通精度的測量方法，在傳統的洞內導線測量過程中，增加陀螺經緯儀對導線邊方位角的測定，並將該值加入到數據處理中，明顯提高各控制點的工程坐標精度，從而達到提高隧道橫向貫通精度的目的。本發明解決其技術問題所採取的技術方案如下一種提高隧道橫向貫通精度的測量方法，基於洞內導線測量，該導線測量通過依次在各控制點上利用全站儀測定各導線邊的長度和各轉折角值，經數據處理後得出各控制點的工程坐標，其特徵在於在部分控制點上利用陀螺經緯儀增加測定導線邊的方位角，並用以在數據處理中得到各控制點的工程坐標。本發明所述的提高隧道橫向貫通精度的測量方法在洞內導線測量的操作過程中增加下列測量操作步驟(1)選擇測量點根據導線測角的精度和陀螺經緯儀的觀測精度確定增加方位角測定的控制點作為測量點；(2)實測前準備在測量點上選擇合適的觀測墩架設陀螺經緯儀，並使陀螺經緯儀的溫度與環境氣溫一致，在測量開始前和過程中停止能產生震動的施工作業；(3)測定測量點上導線邊的方位角首先根據測量點的近似緯度用陀螺經緯儀尋北，然後用全站儀照準取得方位角測量結果；(4)數據處理利用上述方位角測量結果按下式計算該測量點上導線邊的方位角值，並用以推算得出各控制點的工程坐標formulaseeoriginaldocumentpage5，其中，A方位角值，Y子午線收斂角，P常數、儀器校準值，子午線方向與陀螺經緯儀尋北方向的夾角，Z常數、全站儀零方向與陀螺經緯儀尋北方向間的夾角，即全站儀度盤零點與陀螺經緯儀的自轉軸之間的角度差值，R全站儀目標點讀數平均值，^說地面觀測值改化到高斯投影平面上的改化數。上述步驟(1)中所述的測量點應滿足下述要求加測的方位邊較長，通視條件良好、成像清晰、無旁折光影響；所述步驟(3)中，陀螺經緯儀尋北的次數為多次，各次尋北之間相隔一定時間以待陀螺經緯儀完全冷卻，每次尋北經過四個過程步進尋北、測定吊帶零位、預定向、精確定北；陀螺經諱儀各次尋北結果的最大值與最小值的差不得大於12〃，否則重新與現有技術不同的是，本發明所述的提高隧道橫向貫通精度的測量方法在傳統的洞內導線測量的操作過程中，在一些適當的控制點上利用陀螺經緯儀增加對導線邊方位角的測定，並且將該觀測值用在數據處理中以得到各控制點的工程坐標。由於陀螺經緯儀測定方位角是根據地球自轉來獲得觀測結果的，因此定向精度較高，而且各次的測量結果相互間保持獨立，誤差不具有累計性，避免了現有洞內導線測量角度誤差不斷積累導致控制點工程坐標定位精度低的缺陷，從而提高了隧道橫向貫通的精度。圖1為本發明的工作流程圖。圖2為方位角示意圖。圖3為採用傳統方法的測量誤差示意圖。圖4為採用本發明所述方法的測量誤差示意圖。具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。首先請參閱圖3，該圖表示了某17.5km長隧道的測量導線，該導線分東、西兩端，EB為東端洞內控制點，WB為西端洞內控制點，JP為東、西兩端洞外控制點。按照技術設計書，使用瑞士徠卡公司生產的TCA2003全站儀對導線邊、角進行自動觀測、自動記錄。方向觀測按二等導線技術設計要求觀測12測回，測角中誤差為1秒；邊長觀測每條邊往返各測1個時段，每個時段測4測回。按照測角中誤差l秒、測距精度為lmm+lppm以及實際的導線網型進行點位誤差的估算，圖3表示了應用傳統洞內導線測量得到的各控制點的誤差橢圓，從圖中可以看出點位誤差主要是表現在隧道橫向貫通方向上，而且數值較大，因而將在很大程度上影響隧道橫向貫通的精度。為確保該隧道的順利貫通和建設質量，決定採用本發明所述的測量方法，利用陀螺經緯儀加測導線邊的方位角。傳統的洞內導線測量是通過依次在各控制點上利用全站儀測定各導線邊的長度和各轉折角值，經數據處理後得出各控制點的工程坐標，而本發明所述提高隧道橫向貫通精度的測量方法是在洞內導線測量的基礎上，選擇部分合適的控制點，利用陀螺經緯儀增加測定導線邊的方位角，並用以在數據處理中得到各控制點的工程坐標。請結合參閱圖1和圖4，本實施例採用本發明所述方法的具體操作過程如下1、選擇測量點首先根據導線測角的精度和陀螺經諱儀的觀測精度確定若干增加方位角測定的控制點作為測量點，該若干測量點應滿足下述要求加測的方位邊較長，通視條件良好、成像清晰、無旁折光影響。本實施例所用的陀螺經緯儀為用於尋北的GYROMAT-2000型陀螺儀，其尋北的中誤差為3"，以及用於目標瞄準的T1800電子經緯儀，其方向測量精度為1〃。一般來說，如果控制點很多，則可以從導線洞外控制點開始每隔10-15個轉折角加測一條陀螺方位邊；如果轉折角較少，可以只測定支導線末端的邊；而對於聯繫測量精度較差的洞內導線，則應該在開始時就加測陀螺方位邊。本實施例根據東西端導線的實際觀測條件，在東、西端導線內部各選擇2個測量點加測2個陀螺方位角，東端中部選擇了EB24-EB22，尾部選擇了EB46-EB47;西端中部選擇了WB11Y-WB12Z，尾部選擇了WB25Z-WB26Y。為了計算常數需要，另外在洞外控制點上也進行了陀螺方位測量，根據東西端導線的實際觀測條件，在東端洞外選擇了JP140-JP129，西端洞外選擇了JP112-JP117。2、實測前準備在測量點上選擇合適的觀測墩架設陀螺經緯儀，並使陀螺經緯儀的溫度與環境氣溫一致，在測量開始前和過程中停止能產生震動的施工作業。在進行陀螺經緯儀測量前，應該首先將儀器箱打開一段時間，使得儀器與周圍環境的溫度相一致，避免溫度的變化對陀螺經緯儀測量結果產生影響。因為GYROMAT-2000型陀螺儀本身比較重且其上部為T1800電子經緯儀，所以儀器安裝後本身的高度已經達到半米，因此選擇合適的觀測墩有利於提高觀測成果的精度。為了避免震動對測量結果產生不良影響，在在測量開始前和整個測量過程中停止能產生震動的施工作業。3、測定測量點上導線邊的方位角首先根據測量點的近似緯度用陀螺經緯儀尋北，然後用全站儀照準取得方位角測量結果。觀測開始前需要給定測量點的近似緯度，將陀螺經緯儀的指向與北方向大致相同。陀螺經緯儀尋北的次數為多次，本實施例中每條方位邊觀測6測回，即尋北6次。各次尋北之間相隔一定時間，如10分鐘，等待陀螺經緯儀完全冷卻後再進行下一次尋北測量，以保證各次觀測結果的相互獨立，提高觀測的精度。每次尋北經過四個過程，即，步進尋北(粗找北)過程、測定吊帶零位、預定向過程和精確定北過程(測量殼體北向剩餘偏差)，整個過程大致10分鐘左右。每個方向陀螺經緯儀6次尋北的結果，按照儀器的精度，其最大值與最小值的差不得大於12",否則重新測定。尋北完成後用全站儀瞄準目標，每照準一次均將度盤讀數輸入到陀螺經緯儀中，經過2個測回共4次的照準後可以獲得1個方位角測量結果。4、數據處理利用上述方位角測量結果按下式計算該測量點上導線邊的方位角值，並用以推算得出各控制點的工程坐標A"+P+Z+R+c5汰，其中，A方位角值，Y子午線收斂角，卩常數、儀器校準值，子午線方向與陀螺經緯儀尋北方向的夾角，Z常數、全站儀零方向與陀螺經緯儀尋北方向間的夾角，即全站儀度盤零點與陀螺經緯儀的自轉軸之間的角度差值，R全站儀目標點讀數平均值，t5議高斯改正數。請參閱圖2方位角示意圖，圖中表示了方位角A的計算值與各參數的幾何關係。其中Y為子午線收斂角，可以由己知控制點的平面坐標(X,Y)通過精確計算得到，具體的計算公式可以參考有關的資料和書籍。卩為子午線方向與陀螺經緯儀尋北方向的夾角，是儀器常數即儀器校準值，其一般通過儀器檢定獲得，為了避免儀器常數檢定的剩餘誤差和該常數隨時間變化的影響，儀器常數P也可以利用已知點上進行方位測定的結果，按照以距離的倒數為權的加權平均來求得常數。z為全站儀零方向與陀螺經緯儀尋北方向間的夾角，即全站儀度盤零點與陀螺經緯儀的自轉軸之間的角度差值，也是儀器常數；其是由機械本身重量及老化等原因引起的，可以通過定期將儀器在基準線上進行檢定而精確得到其值。R為全站儀目標點讀數平均值，由測量時的觀察得到。為高斯改正數，是地面觀測值改化到高斯投影平面上的改正數；橢球面上的方向投影到高斯平面後是一條弧線，其與高斯平面上的直線的差異即改正數3汰，該改正數c5汰與邊長的大小以及距離中央子午線的距離有關，對於一般的工程控制網，當中央子午線過測區中心時，該影響可以忽略。本實施例中，通過測量和計算得到下表所列各導線邊的方位角值表i測量結果測線名測量結果Z+R子午線收斂角Y(〃)常數0高斯改正數《i方位角值A=Y+Z+R+P+《AEB23-EB22120°58'24.7"378.927.3"0.0121°05'10.9"EB24-EB22121°53'19.8"379.627.3"0.0122°00'06.7"EB46-EB47299°42'33.2"417.228.6"0.0299°49'59.0"WB11Y-冊12Z120°57'24.8"586.134.3"0.0121°07'45.2"WB25Z-WB26Y122°44'31,2"501.031.5"0.0122°53'23,7"JP140-JP129194°08'14.0"358.326.2"0.0194°14'38.5"JP112-JP1179°50'59.3"612.335.1"0.210°01'46.9〃然後應用上述方位角值A，加入到傳統的平差計算方法中推算得出各控制點的工程坐標。圖4表示了應用本發明所述提高隧道橫向貫通精度的測量方法得到的同一隧道各控制點的誤差橢圓，從圖中可以看出點位誤差比圖3所示應用傳統洞內導線測量得到的各控制點的誤差小得多。下表2列出了傳統方法及本發明所述方法所得各控制點的工程坐標與原始測量所得各控制點的工程坐標的偏差，其中東端原測量導線到達了EB43點，西端原測量導線到達了WB23Z點，各方法的比較在能在洞口到這兩個點間的點名相同的觀測點上，限於篇幅，在此僅列出導線個別中間點和末點的比較結果表2各方法結果比較tableseeoriginaldocumentpage11總之，從誤差橢圓的變化來看，加測陀螺方位角以後點位精度有了明顯的提高，從計算的結果來，加測陀螺方位角以後其結果從原來最大偏差0.368和0.2019分別減小到0.1868和0.1025，因此，本發明所述提高隧道橫向貫通精度的測量方法提高了導線的精度和可靠性，達到了提高隧道貫通精度的目的。權利要求1.一種提高隧道橫向貫通精度的測量方法，基於洞內導線測量，該導線測量通過依次在各控制點上利用全站儀測定各導線邊的長度和各轉折角值，經數據處理後得出各控制點的工程坐標，其特徵在於在部分控制點上利用陀螺經緯儀增加測定導線邊的方位角，並用以在數據處理中得到各控制點的工程坐標。2、根據權利要求1所述的提高隧道橫向貫通精度的測量方法，其特徵在於所述測量方法在洞內導線測量的操作過程中增加下列測量操作步驟(1)選擇測量點根據導線測角的精度和陀螺經緯儀的觀測精度確定增加方位角測定的控制點作為測量點；(2)實測前準備在測量點上選擇合適的觀測燉架設陀螺經緯儀，並使陀螺經緯儀的溫度與環境氣溫一致，在測量開始前和過程中停止能產生震動的施工作業；(3)測定測量點上導線邊的方位角首先根據測量點的近似緯度用陀螺經緯儀尋北，然後用全站儀照準取得方位角測量結果；(4)數據處理利用上述方位角測量結果按下式計算該測量點上導線邊的方位角值，並用以推算得出各控制點的工程坐標A"+卩+Z+R+5汰，其中，A方位角值，Y子午線收斂角，卩常數、儀器校準值，子午線方向與陀螺經緯儀尋北方向的夾角，Z常數、全站儀零方向與陀螺經緯儀尋北方向間的夾角，即全站儀度盤零點與陀螺經緯儀的自轉軸之間的角度差值，R全站儀目標點讀數平均值，&地面觀測值改化到高斯投影平面上的改化數。3、根據權利要求2所述的提高隧道橫向貫通精度的測量方法，其特徵在於步驟(1)中所述的測量點應滿足下述要求加測的方位邊較長，通視條件良好、成像清晰、無旁折光影響。4、根據權利要求2所述的提高隧道橫向貫通精度的測量方法，其特徵在於所述步驟(3)中，陀螺經緯儀尋北的次數為多次，各次尋北之間相隔一定時間以待陀螺經緯儀完全冷卻。5、根據權利要求4所述的提高隧道橫向貫通精度的測量方法，其特徵在於所述陀螺經緯儀每次尋北經過四個過程步進尋北、測定吊帶零位、預定向、精確定北。6、根據權利要求4或5所述的提高隧道橫向貫通精度的測量方法，其特徵在於所述陀螺經緯儀各次尋北結果的最大值與最小值的差不得大於12〃，否則重新測定。全文摘要本發明提供了一種提高隧道橫向貫通精度的測量方法，其在傳統的洞內導線測量的基礎上，在部分控制點上利用陀螺經緯儀增加測定導線邊的方位角，並用以在數據處理中得到各控制點的工程坐標。本發明利用了陀螺經緯儀各次測量結果相互間保持獨立、誤差不具有累計性的特點，避免了現有測量技術中誤差不斷積累導致控制點定位精度低的缺陷，明顯提高了各控制點的工程坐標精度，從而達到了提高隧道橫向貫通精度的目的。本發明所述測量方法廣泛適用於各種隧道的施工，尤其適用於對貫通精度要求很高的特長穿山越江隧道。文檔編號G01B21/00GK101281030SQ200810038130公開日2008年10月8日申請日期2008年5月28日優先權日2008年5月28日發明者餘永明,春劉,姚連璧,李全海,王解先,秦宏良,黃於保申請人:上海隧道工程股份有限公司;同濟大學