铁路隧道测量技术的发展

发布时间:2018-04-01

   隧道测量技术随隧道的建设同步发展，随着测量设备和测量技术不断进步，施工设备和施工技术也在不断进步，使隧道开挖长度的不断增长成为可能。长大隧道建设与施工控制测量技术的发展紧密相关，控制测量精度是保证正确贯通的关键，指导隧道施工正确贯通的控制测量工作成为决定性的环节。

1949年前铁路隧道因受修建技术水平及工程投资等因素限制，长1公里以上隧道数量甚少。隧道不进行专业控制测量，也无工程测量技术标准。隧道设计所需的测绘资料来源于铁路勘测在施工中用定测精度对隧道设计中线（即定测中线）进行复测，按复测结果进行施工。隧道施工测量方法简单，在直线隧道用经纬仪穿中线，曲线用偏角法测设中线，距离使用钢卷尺，高程测量使用美国的活镜水准仪。

20世纪50年代中期，在宝成线秦岭隧道（2364米）和丰沙I线下马岭16号隧道(2435米)、朱窝1号隧道(2187米)施工中，因隧道长度超过2公里，经咨询苏联专家意见，首次引进精密经纬仪瑞士威尔特T3、T2型号仪器，使用三角网控制测量技术对长隧道进行控制测量。由此开始，三角网控制测量一度得到广泛应用。

20世纪60年代修建川黔线凉风垭隧道（4270米）时，洞外采用三角网锁进行控制测量，利用中线法进行洞内中线测量，总结出用导线坐标法控制中线方向，开始进行测量设计和精度评定，提出闭合导线法预计贯通误差的理论和公式。施工测量方法采用正倒镜延长直线法或光学经纬仪测角法、偏角法，距离用钢卷尺、横基尺或铟瓦量距线尺测量。

1964年12月，铁道部基建总局组织编写的中国第一部铁路隧道测量技术法规《铁路隧道测量技术通则》正式出版。20世纪60年代中期，西南铁路建设上马。由于隧道多、长度长、平面形状复杂，施工速度快，隧道测量如果完全采用传统的三角测量很难适应需要。成昆铁路沙木拉打隧道（6379米）建设中，洞外采用大地四边形锁控制方案，控制网长度7.4公里，主锁大致沿隧道中线布设，由4个大地四边形组成，于锁的两端各设一条基线。隧道洞内平面控制测量采用闭合导线，在正洞内布设一条单导线，利用平行导坑布设另一条导线，相隔适当距离(一般在500米左右)，利用横通道组成闭合环形式。实测过程中发现，由于横通道距离太短，在闭合环的首尾出现长短边相差数倍至10倍的情况，对测角精度影响极大。为避开长短边悬殊的不利影响，洞内导线改为在正洞内布设直伸型闭合导线，平行导坑内布设单导线，相距一定距离利用横通道相互检核。沙木拉打隧道洞外高程控制测量采用二等精密水准，洞内则为四等。

20世纪70年代建成的京原线驿马岭隧道全长7032米，平面形状为直线形，施工辅助坑道为平行导坑。地表平面控制采用Ⅱ等三角网和三个基线网，在隧道中部增设一条384米山顶基线以加强图形强度并提高精度，做到了贯通误差控制在预定范围内。

20世纪80年代，衡广复线大瑶山隧道施工中大量引进光电测距仪用于平面控制网的边长测量，精密导线和精密导线环布网占主导地位，三角网法基本上被淘汰。隧道局施工前对设计单位的三角网法和导线闭合环进行了实测比较，并重新进行控制网的优化改造复测建网。洞外施工控制测量采用光电测距精密导线测量控制网方法，导线环布置为沿隧道线路走向伸展的狭长形状，多边形导线闭合大环由5个小环组成。对坐标全长相对误差也作了调整。洞内平面控制采用光电测距精密导线环控制网，隧道中部的班古坳竖井联系测量采用威尔特NL垂准仪光学投点、威尔特GAK-1陀螺经纬仪定向和光电测距仪导高新技术。洞外高程控制实验应用光电测距三角高程测量方法建立长大隧道高程控制，精度达到三等水准测量精度，洞内采用四等水准精度施测。

20世纪90年代建设的侯月线云台山隧道、南昆线米花岭隧道，其洞外、洞内均采用光电测距精密导线闭合环进行平面控制测量，洞外高程控制则采用二等精密水准测量，洞内为四等水准测量。云台山I线隧道在建设中首次应用全球定位系统(GPS)进行洞外控制测量实验，精度高，速度快，费用省，不需要点之间通视，全天候作业。南昆线米花岭隧道洞内断面测量采用半自动断面测量设备，掌子面开挖轮廓线及炮眼布置测量采用手持计算机控制伺服马达型全站仪自动实施完成。

1997年在西康线秦岭I线隧道（18.46公里）施工中，采用从德国引进的两台TBM由隧道两端洞口相向掘进施工，独头掘进长度超过9公里，对施工控制测量提出极高的精度要求。洞外控制测量时平面采用GPS网（B级）控制，观测成果经平差处理后获得良好的相对精度，达到1／60万；高程则采用一等水准施测。洞内控制测量平面采用徕卡TC1800全站仪进行一等精密导线测量；高程测量使用瑞士威尔特NA2水准仪 GMP3测微器进行三等水准实施。

2001～2005年施工的渝怀线圆梁山隧道（11068米），洞口地势险要，处于峭壁半腰，洞口至山坡高差超过300米，垂直角很大，对施工测量进洞引入控制方向带来极大挑战。勘测设计单位沿线路布置中桩或偏移导线桩进行线路设计。洞外平面控制采用精密导线闭合环方式对整座隧道布网，在隧道洞口布设插网，测量等级按照二等导线精度指标实施。洞外高程控制采用光电测距三角高程方法与施测精密导线网同时实施完成，测量精度达到三等水准技术指标。为保证隧道横向贯通精度，在隧道贯通前实施了GPS控制测量网复测，确认精密导线网成果与GPS控制网成果一致。洞内平面控制测量采用三等精密导线闭合环，高程采用三等水准测量精度。

2004～2006年建成的兰武线乌鞘岭隧道（20050米）平面控制采用GPS网(B级)设计并施测，高程控制采用二等水准测量。洞内控制测量及施工测量基本采用导线法控制中线施工。洞内平面控制按二等精密导线精度、高程控制按照三等水准精度实施。

二十世纪50、60年代隧道洞外平面控制测量，以三角锁（网）为主，三角锁（网）的基线丈量测量、测角工作程序复杂，劳动强度大，效率低。到70年代后期， 光电测距仪和电子计算机技术在隧道控制测量中得到普遍应用，繁重的基线丈量由光电测距代替，导线网成了平面控制网的主要布设形式，以往常用的三角锁形式基本被淘汰。80年代末，GPS（全球定位系统）技术应用在隧道洞外控制测量，是对传统测量技术的重大变革。

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