铁路隧道控制测量14讲之洞外高程控制测量

隧道洞外高程控制测量的主要任务是按设计精度施测两相向开挖洞口附近水准点间的高差，以便将统一的高程系统引入洞内，提供隧道施工的高程依据，保证隧道在竖向正确贯通。一般采用水准测量的方法进行，对于高山区或跨江、湖、海等特殊困难地区，也可采用三角高程测量或GNSS高程测量的方法进行。 1 选埋及布网

隧道洞外高程控制测量的主要任务是按设计精度施测两相向开挖洞口附近水准点间的高差，以便将统一的高程系统引入洞内，提供隧道施工的高程依据，保证隧道在竖向正确贯通。一般采用水准测量的方法进行，对于高山区或跨江、湖、海等特殊困难地区，也可采用三角高程测量或GNSS高程测量的方法进行。

选埋及布网

1、布网

洞外高程控制测量一股采用水准测量方法施测，由于铁路隧道一般地处山区，为保证水准网的精度，水准网设计成由水准主网和多个洞口子网组成，如图10-1所示。

图10-1 隧道洞外水准控制网示意图

水准网的布设应力求做到经济合理，首先要对隧道测区情况进行调查研究，搜集和分析测区已有的水准测量资料，从而拟定出比较合理的布设方案。应先在1：10000 ～1：50000比例尺的地形图上进行图上水准路线设计。根据隧道洞外水准网的特点，布网应注意的事项有：

水准路线应尽量沿大路或坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。以路线短为布设的总原则。
水准路线在输电线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。
应充分考虑斜井口子网的布设和引测的方便。
主水准网应布设成附合或闭合路线。子网尽可能布设成环形网。主网应布设长期水准点，点间的距离一般为4～8km。
应充分考虑与国家水准点、定测水准的联测，以求得高程系统的统一。
子网应附合在主网上，根据施工开挖的洞口需要而布设，每个洞口至少布设三个水准点，与主网附合形成子网，水准点一般应布设在洞口附近土质坚实、通视良好、施测方便、高程适宜和便于保存之处。每个洞口两个水准点间的高差，以安置一次仪器即可联测为宜。
水准点埋设同线路水准基点要求，除可利用基岩或稳固的基石刻凿外，均应埋设混凝土金属标志桩。埋深应根据地形、地质条件及冻土深度进行设计。

外业观测

二等水准的观测应采用不低于DS1的数字水准仪及其自动记录功能采集数据。水准仪器、水准尺及观测按下列要求进行：

水准仪视准轴与水准管轴的夹角i，在作业开始的第一周内应每天测定一次，i角稳定保持在10″以内时，可每隔15天测定一次，DS05,DS1级不应超过15″；DS3级不应超过20″。
水准尺的米间隔平均长与名义长之差，因瓦标尺不应大于0.15mm，木质标尺不应大于0.5mm。
二等水准测量采用补偿式自动平安水准仪时，其补偿误差△a 不应超过0.2″。
观测前30分钟，应将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致。往返测宜安排在不同的时间段进行。晴天观测时应给仪器打伞，避免阳光直射。扶尺时应借助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。
在隧道洞内测量时，要将灯光均匀地照射在标尺面上。洞内外联测时要尽量选在阴天或晚上温差小的时间段内进行。
测量时仪器距前、后视水准标尺的距离应尽量相等，其差应小于表5.2-1规定的限值，可以消除或削弱与距离有关的各种误差对观测高差的影响，如i角误差和垂直折光等影响。
在两相邻测站上，观测应按奇、偶数测站的观测程序进行观测，对于奇数测站按“后前前后”、偶数测站按“前后后前”的观测程序在相邻测站上交替进行。每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数，由往测转向返测时，两水准标尺应互换位置，并应重新整置仪器，用来削减两水准标尺零点不等差等误差对观测高差的影响。
在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，应使其中两脚与水准路线方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧。
同一测站上观测时，不得两次调焦；转动仪器的倾斜螺旋和测微螺旋，其最后旋转方向均应为旋进，以避免倾斜螺旋和测微器隙动差对观测成果的影响。
除了线路路线转弯外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置应宜为一条直线。
水准测量限差应符合表10-1、10-2的要求。

表10-1 水准测量观测的主要技术要求

表10-2 水准测量限差（mm）

高程网数据处理

数据传输和预处理：
外业数据采集完成后，利用随机软件进行数据传输和预处理。
测段往返测高差不符值情况：
各段往返测高差不符值应满足4的要求，否则按规范规定的重测及补测原则进行重测，直至合格为止。
根据合格的测段往返测高差，按公式10-1计算每公里高差中数的偶然中误差（M_Δ），M_Δ值应符合测量设计要求。

式中 Δ——测段往、返高差不符值（mm）；
n——测段数。
其它各项改正的计算：
主要有水准标尺长度改正、正常水准面不平行改正和重力异常改正。
（1）水准标尺每米长度误差的改正数计算
水准标尺每米长度误差的改正依据水准标尺长度计量部门提供的检定结果改正。若出测前与收测后一对水准标尺每米长度的平均误差不大于30?m（二等、精密水准测量）、0.08mm（三等、四等水准）时，取平均值进行改正，若超出应分析原因，决定是否重测或改正。
对于一个测段的改正可按式10-2计算，即
由于往返测观测高差的符号相反，所以往返测观测高差的改正数也将有不同的正负号。
（2）水准标尺温度改正
水准标尺温度一测段高差改正数按式10-3计算：
（3）正常水准面不平行的改正数计算
测段高差正常水准面不平行改正数可按式10-4计算，即
（4）重力异常改正
一测段高差改正数按式10-5计算：
闭合差计算：
隧道高程控制测量主水准路线必须联测隧道洞口线路定测的水准点（即设计高程起算点）作为起算高程，并与隧道另一端洞口定测水准点形成闭合。子网按附合或闭合网进行闭合差的计算。
水准测量路线闭合差按式10-6计算：
平差计算：
隧道高程控制测量平差计算不同于一般水准网，主要是起算点的选择不同，由于定测时一般水准测量的精度较隧道控制测量时低，所以主水准网的闭合差一般不作为调整量，不进行闭合差改正数的计算，也即不进行附合路线的平差计算，而直接将洞口一端的定测水准点高程作为起算点，用所测高差推算各点高程，子网的闭合环闭合差在环内进行平差调整。此时，主水准网在另一洞口的定测水准点处出现一个断高，其值的大小为主网用定测水准点计算的闭合差，断高应在洞外采取一定的措施进行设计或施工调整。
水准测量计算取位按表10-3进行：