带有接收井的长大隧道洞内cpii控制网测量方法
阅读说明：本技术 带有接收井的长大隧道洞内cpii控制网测量方法 (CPII control network measuring method in long and large tunnel with receiving well ) 是由 孙新峰 樊经宇 李军 杨启超 刘中青 李潇龙 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带有接收井的长大隧道洞内CPII控制网测量方法,涉及轨道交通的控制网测量领域。该测量方法主要包括①洞外CPII复测及加密：采用GNSS静态测量方式,采用边联式构网,组成三角形或大地四边形相连的带状网,统一平差；②接收井联系测量：采用一井定向原理进行洞内引入边测量,通过地面全站仪测边测角推算出地面上钢丝固定的反光贴坐标,竖井下方全站仪通过钢丝传递到竖井下方的反光贴坐标再次定向,然后将坐标导入隧道内埋设好的点位,③洞内CPII测量：采用自由测站法；④数据处理；⑤最后的成果检核。本发明所提供的方法点位稳定性好、网型强度高、测站设置灵活；减少了对中误差,提高了角度、距离测量精度。(The invention discloses a CPII control network measurement method in a long and large tunnel with a receiving well, and relates to the field of control network measurement of rail transit. The measuring method mainly comprises the following steps of firstly, the CPII outside the hole is retested and encrypted: adopting a GNSS static measurement mode and adopting an edge-connected network to form a strip network connected with a triangle or a geodesic quadrangle, and unifying the adjustment; receiving well relation measurement: adopt a well directional principle to carry out the in-hole and introduce the limit and measure, survey limit angle measurement through the ground total powerstation and calculate the fixed reflection of light of subaerial steel wire and paste the coordinate, the total powerstation below the shaft transmits the reflection of light of shaft below through the steel wire and pastes the coordinate and orient once more, then with the leading-in tunnel of coordinate well-buried point location, CPII measures in the hole: adopting a free station measurement method; fourthly, data processing is carried out; checking the last result. The method provided by the invention has the advantages of good point position stability, high net shape strength and flexible station survey setting; the centering error is reduced, and the angle and distance measurement precision is improved.)
技术领域
本发明涉及轨道交通的控制网测量领域，具体为一种带有接收井的长大隧道洞内CPII控制网测量方法。
背景技术
随着近几年铁路建设的快速发展，大批长大隧道不断涌现（单洞长度10千米以上的就是长大隧道），受客观条件限制，目前洞内 CPII平面控制网的布设只能采用导线方式。由于CPII的成果将作为轨道控制网（CPIII）的起算基准，CPIII控制网的精度将直接影响轨道的平顺，从而影响列车运行的舒适度及安全性。因此，洞内 CPII平面控制网的测量精度就非常重要。在实际工作中，由于目前多采用0.5″级高精度全站仪，一般隧道四等CPII平面控制网精度比较容易满足，而等级为三等或隧道二等的洞内CPII平面控制网测量精度却往往达不到限差要求，从而陷入长时间的返工，给各方工作带来很大制约，严重影响工程进度，尤其是针对带有接收井的隧道，测量精度更加难以保证。因此，如何保证带有接收井的长大隧道洞内CPII平面控制网测量精度成为一个新的问题。
发明内容
本发明为了解决带有接收井的长大隧道洞内CPII平面控制网测量精度的问题，提供了一种带有接收井的长大隧道洞内CPII控制网测量方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种带有接收井的长大隧道洞内CPII控制网测量方法，包括如下步骤：
一、洞外CPII复测及加密：
在洞外控制网布设前，要详细收集隧道所在地地形图、已有的控制网测量资料，并实地踏勘隧道口、接收井口的地形地貌，在隧道进出口、接收井布设至少三个互相通视的控制点，布点要尽量选在隧道进口、接收井口附近的中线上，可在50-200米范围内，洞口点与定向点需通视，且定向点间的距离均在400米以上，而且各个定向点在大致相等的高度上，以消除或减小垂线偏差对联系进洞观测方向的影响；
洞外CPII的复测及加密采用GNSS静态测量方式，采用边联式构网，组成三角形或大地四边形相连的带状网，统一平差；CPII控制网复测及加密按三等GPS网技术要求观测，作业方法、精度指标、使用仪器均按《铁路工程测量规范》中的相关要求执行，如图9所示；
二、接收井联系测量：采用一井定向原理进行洞内引入边测量，通过地面全站仪测边测角推算出地面上钢丝固定的反光贴坐标，竖井下方全站仪通过钢丝传递到竖井下方的反光贴坐标再次定向，然后将坐标导入隧道内埋设好的点位，至此联系测量坐标传递完毕，具体如下：
①准备工作：一般在测量前，都在进行盾构机的拆卸工作，同时吊装洞内一些施工材料，为了使联系测量的时间尽可能减少占用施工时间，提前做了联系测量技术方案，将测量仪器及相关联系测量工具提前准备齐全，具体如下：
1）利用Φ25钢筋焊接重15kg的重锤用来拉伸钢丝，保证其垂直度；
2）采用合金钢管为原材制作了导向悬架，分别安置在接收井两头，通过地面配重保证悬架的稳定性；把15kg重锤通过悬架顶端滑轮用Φ0.5mm高强钢丝吊入井下，井下方重锤放入倒入3/4机油的桶中，用以稳定重锤及钢丝的摆动；
3）将徕卡反射片双面贴在钢丝上下位置处，十字丝竖线与钢丝重合；
②测量实施：为了保证测量的精度，测量人员分为两组，均采用TS60全站仪，一组对地表三角形进行连接测量，另一组在洞内对地下三角形进行观测，按照三等导线测量要求，均测设四个测回数；
③通过坐标正算得出重锤点处的坐标，再通过余弦函数检核和计算得出井下起算点坐标和方位角；
三、洞内CPII测量：
①点位埋设：隧道洞内CPII控制点按照200m~300m间隔成对布设，导线附合节点位于接收井的位置，在布设点位过程中布设成结点网型；CPII控制点采用强制对中标志，布设在电缆槽顶面以上30cm~50cm的二衬边墙上；
②洞内CPII观测：
1）测量时使用能自动记录及计算的专用数据采集软件；使用的全站仪具有自动目标搜索、自动照准、自动观测功能；
2）观测前对全站仪进行校检，作业期间仪器需在有效检定期内，边长观测进行温度、气压的气象元素改正，温度读数精确至0.2℃，气压读数精确至0.5hPa；
3）观测前将仪器箱开箱放置至少20min，让仪器与洞内温度一致，洞口测站观测宜在夜晚或阴天进行；隧道内观测应充分通风，无施工干扰，避免尘雾；
4）目标棱镜观测时有足够的照明度，受光均匀柔和，尽量减少光源干扰；
5）自由测站法点位观测方法为：根据洞内CPII控制点移动全站仪，从洞口开始移动，自由设站，然后采集其周围的洞内CPII控制点的数据；角度采用全圆方向观测法，盘左顺时针，盘右逆时针依次观测各方向，采集数据；
四、数据处理：对于采集的数据进行计算和平差处理：
①数据传输及预处理：将外业观测记录的数据传入计算机，进行数据整理，检查半测回归零差、不同测回同一方向2C互差、同一方向归零后方向值较差等规范指标是否满足要求；
②生成平差文件后设置平差参数；
③***平差：检查观测数据的内符合精度及其与控制点已知坐标的兼容性；平差结果包括：概略坐标、方向平差结果、距离平差结果、平差坐标及其精度、最弱点及其精度、方位角边长及其相对精度、最弱边及其相对精度、平面控制网总体信息、坐标转换后坐标及其精度。
五、在上述工作完成后进行成果检核：
①CPII加密网成果经过全站仪现场检核符合规范要求，可以作为CPIII网测设起算控制点使用；
②控制网经过接收井投点附合以后，继续用自由测站边角交会网对剩余导线部分进行观测，与相邻标段的控制网进行了联测，并对联测数据认真进行校核，联测结果满足规范要求；
③精度指标：
洞内CPII自由测站边角交会网平差后，其精度指标满足如图10所示表格内的技术要求。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的带有接收井的长大隧道洞内CPII控制网测量方法，该方法采用自由测站法测量长大隧道内CPII控制网，点位稳定性好、网型强度高、测站设置灵活；接收井处采用了联系测量一井定向的方法完成了洞内外的联测；CPII控制点布设在两侧边墙上，采用强制对中方式，减少了对中误差，提高了角度、距离测量精度；同时采用中间法设站测量方式，能有效降低视线水平折光程度，提高了控制点相对位置精确性；在隧道中后段通过接收井联系测量投点到隧道内，让自由测站边角交会网的测点有一个很好的校核作用，使整个控制网精度有了一个较大的提升；该工法灵活多变，隧道贯通后，不受地面条件的影响，只在二衬边墙上做点，可以快速有效对控制网进行布设跟观测，视线因靠近隧道的双侧壁不但不易被遮挡，还不受旁折光影响，外业工作效率较传统双导线提高30%，在未单独预留CPII测量时间的情况下，整个隧道CPII测量时间约7天，给后续工作的顺利进行提供了有力保证，为后续的CPIII测量、轨道精调打下了良好基础，使承建工程的质量、进度能满足业主的节点要求，有着较好的社会效益。
附图说明
图1为本发明步骤一的洞外CPII加密网平面示意图。
图2为本发明步骤二的接收井联系测量示意图。
图3为本发明步骤三的洞内CPII埋设示意图，图中二衬边墙上点的埋设如B处圆圈所示。
图4为本发明的自由测站法观测方法示意图，图中：●为自由测站点，←为观测方向，○为洞内CPII控制点，▲为洞外CPI/CPII控制点，△为洞内施工控制点。
图5为本发明Survery Adjust电脑软件的设置处理参数示意图。
图6为本发明的具体实施例的东晋隧道平面示意图。
图7为本发明的具体实施例的平差坐标及其精度表。
图8为本发明的具体实施例的电脑软件计算得到的平面网平差点位精度分析图。
图9为本发明步骤一中各级GPS测量作业的基本技术要求表。
图10为本发明的步骤五中洞内的CPII自由测站边角交会网主要技术要求表；
图11为本发明实施例的联测数据成果表。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
西南环线东晋隧道DK0+050-DK1+200段采用明挖法施工，DK1+200-DK6+127采用盾构掘进，DK6+100处为接收井位置，DK6+127-DK7+239采用暗挖法施工，以盾构接收井为起点，至西峪街北侧（中铁十五局交接点）为终点，全长度为7239m，如图6所示。西南环线东晋隧道施工平面图如图6所示；该隧道明挖段及盾构段于2019年4月完成施工，暗挖段当时还剩约40米未与相邻标段贯通，考虑到开通节点，项目部决定先组织进行明挖段及盾构段的无砟轨道施工，当时洞内存在多个问题，最终确定了一井定向联系测量及自由测站法先完成明挖段及盾构段CPII控制网的测设，等暗挖段施工完成后，采用自由测站法完成该段CPII控制网测量，两端分别与盾构段和相邻标段搭接联测。一种带有接收井的长大隧道洞内CPII控制网测量方法，包括如下步骤：
一、洞外CPII复测及加密：
在洞外控制网布设前，要详细收集隧道所在地地形图、已有的控制网测量资料，并实地踏勘隧道口、接收井口的地形地貌，在隧道进出口、接收井布设至少三个互相通视的控制点，布点要尽量选在隧道进口、接收井口附近的中线上，可在50-200米范围内，洞口点与定向点需通视，且定向点间的距离均在400米以上，而且各个定向点在大致相等的高度上，以消除或减小垂线偏差对联系进洞观测方向的影响；
洞外CPII的复测及加密采用GNSS静态测量方式，采用边联式构网，组成三角形或大地四边形相连的带状网，统一平差，如图1所示；CPII控制网复测及加密按三等GPS网技术要求观测，作业方法、精度指标、使用仪器均按《铁路工程测量规范》中的相关要求执行，如图9所示；
二、接收井联系测量：
东晋隧道接收井为长27米、宽22米、深27米的矩形井，如果采用普通的导线测量，会因为竖直角过大而使测量误差增大，因此采用一井定向原理进行洞内引入边测量，通过地面全站仪测边测角推算出地面上钢丝固定的反光贴坐标，竖井下方全站仪通过钢丝传递到竖井下方的反光贴坐标再次定向，然后将坐标导入隧道内埋设好的点位，至此联系测量坐标传递完毕，如图2所示，具体如下：
①准备工作：一般在测量前，都在进行盾构机的拆卸工作，同时吊装洞内一些施工材料，为了使联系测量的时间尽可能减少占用施工时间，提前做了联系测量技术方案，将测量仪器及相关联系测量工具提前准备齐全，具体如下：
1）利用Φ25钢筋焊接重15kg的重锤用来拉伸钢丝，保证其垂直度；
2）采用合金钢管为原材制作了导向悬架，分别安置在接收井两头，通过地面配重保证悬架的稳定性；把15kg重锤通过悬架顶端滑轮用Φ0.5mm高强钢丝吊入井下，井下方重锤放入倒入3/4机油的桶中，用以稳定重锤及钢丝的摆动；
3）将徕卡反射片双面贴在钢丝上下位置处，十字丝竖线与钢丝重合；
②测量实施：为了保证测量的精度，测量人员分为两组，均采用TS60全站仪，一组对地表三角形进行连接测量，另一组在洞内对地下三角形进行观测，按照三等导线测量要求，均测设四个测回数；图2中，T1、T2、T3、T4为联系测量观测点，AB为洞外定向点位，CD为洞内定向点位；
③通过坐标正算得出重锤点处的坐标，再通过余弦函数检核和计算得出井下起算点坐标和方位角；
三、洞内CPII测量：
①点位埋设：隧道洞内CPII控制点按照200m~300m间隔成对布设，导线附合节点位于接收井的位置，在布设点位过程中布设成结点网型；CPII控制点采用强制对中标志，布设在电缆槽顶面以上30cm~50cm的二衬边墙上，如图3中的B处圆圈内埋设点位；
②洞内CPII观测：
1）测量时使用能自动记录及计算的专用数据采集软件；使用的全站仪具有自动目标搜索、自动照准、自动观测功能，本次测量使用了徕卡TS60(0.5″级）全站仪和TPSSurvey数据采集软件；
2）观测前对全站仪进行校检，作业期间仪器需在有效检定期内，边长观测进行温度、气压的气象元素改正，温度读数精确至0.2℃，气压读数精确至0.5hPa；
3）观测前将仪器箱开箱放置至少20min，让仪器与洞内温度一致，洞口测站观测宜在夜晚或阴天进行；隧道内观测应充分通风，无施工干扰，避免尘雾；
4）目标棱镜观测时有足够的照明度，受光均匀柔和，尽量减少光源干扰；
5）自由测站法点位观测方法为：如图4所示，根据洞内CPII控制点移动全站仪，从洞口开始移动，自由设站，然后采集其周围的洞内CPII控制点的数据；角度采用全圆方向观测法，盘左顺时针，盘右逆时针依次观测各方向，采集数据；
四、数据处理：对于采集的数据进行计算和平差处理，CPII平面数据计算、平差处理采用中铁二院与西南交大联合开发的高速铁路通用平差软件Survey Adjust：
①数据传输及预处理：将外业观测记录的数据传入计算机，进行数据整理，检查半测回归零差、不同测回同一方向2C互差、同一方向归零后方向值较差等规范指标是否满足要求；
②生成平差文件后设置平差参数，如图5所示；
③***平差：检查观测数据的内符合精度及其与控制点已知坐标的兼容性；平差结果包括：概略坐标、方向平差结果、距离平差结果、平差坐标及其精度、最弱点及其精度、方位角边长及其相对精度、最弱边及其相对精度、平面控制网总体信息、坐标转换后坐标及其精度，如图7所示。
五、在上述工作完成后进行成果检核：
①CPII加密网成果经过全站仪现场检核符合规范要求，可以作为CPIII网测设起算控制点使用；
②控制网经过接收井投点附合以后，继续用自由测站边角交会网对剩余导线部分进行观测，与相邻标段的控制网进行了联测，并对联测数据认真进行校核，联测结果满足规范要求，联测成果如图11所示；
③精度指标：
洞内CPII自由测站边角交会网平差后，其精度指标满足如图10所示表格内的技术要求。
东晋隧道，测角中误差：
M0 = ±= ±
测距中误差：MD=±1.13mm；
东晋隧道洞内CPII测量平差点位精度最大值为1.82mm，最小值为0.68mm，平均值为1.28mm，满足《铁路工程测量规范》的要求，平差点位精度图如图8所示。
本实施例具体实施过程中：施工方法和质量要求应符合《铁路工程测量规范》TB10101-2018的要求；严禁使用未经检验和鉴定，以及零配件缺损的仪器。所有测量仪器应按规定定期校验，保证其在有效检定期内使用；使用中发现误差过大，不符合仪器的精度要求时，应及时查明原因进行校验调整，在此之前不得继续使用；测量人员要相对固定，保证数据资料的连续性。测量仪器专人使用、专业机构保养、专业机构检校。量测设备、元器件等在使用前均经过检校，合格后方可使用；在长大隧道里，空气能见度低，空气中杂质过多，就会影响激光的正常传播，从而影响测量精度。测量时一方面要对隧道地面洒水，另一方面应协调停工，防止车辆排烟、扬尘。当冷热空气交汇，就会产生局部的空气扰动，而这种扰动会导致激光传播发生一定程度的扭曲变形，从而影响测量精度。温差的影响主要发生在隧道口、斜井、通风口等内外空气交汇的位置。洞口附近尽量选择在傍晚或阴天测量；测量完毕后检查仪器、仪表，做好养护、保管工作，及时进行资料整理及信息反馈，发现校核结果有不合格的，应分析原因，制定措施，保证精度符合要求。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。
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