期刊网GPS及电子全站仪在隧道贯通工程控制测量的应用

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　　摘要：近几年来，全国水电事业发展迅速，充分利用水资源，改善生态环境，缓解电力紧张成为大家的共识，本人根据多年来在工程测量工作中的实践经验，着重谈谈在小水电建设中常常碰到的隧道贯通控制测量问题。控制测量是基础工作，它是线路定向，测绘带状地形图，及施工测量的主要依据。由于GPS定位精度高，速度快，不必两点间通视等特点，目前，测绘行业普遍采用GPS方法替代常规控制测量。本文根据隧道贯通工程控制测量的特点，探讨GPS及电子全站仪用于隧道贯通控制测量中的有关问题，主要包括：布网、GPS网精度设计、选点及电子全站仪在施工放样中的应用。

　　关键词：期刊网,GPS,电子全站仪,隧道贯通工程控制测量

　　1隧道洞外GPS平面控制网的布设

　　小水电建设中的贯通工程属于线路工程，线路GPS网级精度要求，每0.5～1Km布设一个或两个GPS点，若准备用常规方法进行加密或直接为施工服务，则应有通视方向。在首级网的基础上可采用GPS按三角网、四边网形式进行次级网加密。

　　GPS用于线路控制的作业方式采用一般静态或快速静态各时段异步环应构成网形。如三角形、四边形、环形等，使得每一条基线都得到一定程度的检核，有利于保证成果的可靠性，一般不得用单基线定点，同时线路首级控制测量的精度，不应低于国家四等网的精度要求。GPS测量本身不需点间通视，但应考虑利用常规方法进行线路定位测量，施工测量及地形图测绘的要求，布设的首级网点，次级网点应有通视方向。因此在隧道洞口外应布设两个能够互相通视的GPS控制点。

　　在GPS网的总体设计中，精度指标是比较重要的参数，它的数值将影响GPS网的布设方案，观测数据处理以及作业时间和经费。在实际设计工作中，要根据所作控制的实际需要和可能，合理的制定，既不能制定过低而影响网的精度，也不必要盲目追求过高精度而造成不必要的人力及资金浪费。

　　小水电建设中的隧道贯通工程一般位于地形复杂，山势陡峭的崇山峻岭中，地形狭长的峡谷，一般来讲隧道可能都是几条，在布网的过程中一定要掌握以下设计原则：①GPS一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如三角形、四边形、多边形等，以增加检核条件，考虑到小水电工程的隧道一般有一个以上隧道，且属于线路工程，我们采用四边形网较合适，但GPS接收器至少需要4台;②GPS网点应尽量与原地地面控制网点相重合，重合点不应小于3个(不足时应联测)，且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数;③GPS网点应考虑与水准点相重合，一般应根据要求以水准测量方法进行量测;④为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方;⑤为了便于用常规方法联测或扩展，可在网点布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于100～150m。

　　2选点

　　由于GPS测量观测站之间不需要相互通视，而且网的图形结构也比较灵活，所以选点工作比常规控制测量的选点工作简便。但由于点位选择的合理与否对于保证观测工作的顺利进行以及保证测量结果的可靠性，均具有重要意义，所以，选点工作开始之前，应充分收集和了解有关测区的地理情况，以及原有测量标志点分布及保持情况，以便确定适宜的观测站位置，选点工作通常应遵循以下原则：

　　①观测站(接受天线安置点)应远离大功率的无线电发射和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的干扰。接收机天线与其距离一般不得小于200M;②观测站附近不应有大面积的水域，或对电磁场反射强烈的物体，以减弱多路径效应的影响;③观测站应设在易于安置接受设备的地方，且视场开阔。在视场内周围障碍物的高度角，根据情况应大于10～15度，以减弱对流层折射的影响;④观测站应选在交通方便的地方，并且便于用其它测量手段联测和扩展;⑤对于基线较长的GPS网，还应考虑观测站附近要有良好的通讯设施;⑥点位选定后(包括方位点)，均应按规定绘制点之记，其主要内容应包括点位略图;⑦基于小水电建设工程通常有几个隧道，因此应考虑在每个洞口附近布设两个大约相隔100～200米，且互相通视的GPS点。

　　3观测

　　根据作业时接收机的台数，交通车辆及GPS网形，应编制每天的观测计划，依照实际作业的进展情况对观测计划进行必要的调整，观测计划是顺利高效完成GPS控制的重要保证。

　　按观测计划各组人员需按时到达指定的点位并作好仪器安置和开机的准备工作，开机后应认真量取仪器高，并逐项填写GPS测量手簿。在观测过程中，应时刻注意接收机的工作状态，包括PDOP、信噪比，接受信号的类型和数量，存储容量、电池余量，发现异常及时处理。在观测过程中应防止人及其它物体碰动天线阻碍信号。

　　4电子全站仪在隧道贯通施工放样中的应用

　　施工放样概述：施工放样的任务是将图纸上设计的建(构)筑物体的平面位置和高程，按设计要求、以一定的精度在实地标定出来，作为施工的依据。施工放样包括平面位置和高程放样，又分为直线放样、曲线放样、曲面放样和形体放样，即点、线、面、体的放样。放样与测量的原理相同，使用的仪器和方法也相同，只是目的不一样。测量是把具体物体或目标点的位置用坐标的形式定下来。放样方法分直接放样法和归化法放样。直接放样法是根据放样点的坐标计算放样元素，用逐渐趋近法测出放样点的坐标，将计算的放样点的理论与坐标与实测坐标相比较，由差值可归化改正到理论位置的方法。

　　放样方法：极坐标法、直角坐标法、各种交会法(如方向交会、距离交会、方向距离交会)、偏角法、偏距法、投点法等。采用的仪器除常规的光学经纬仪、电子经纬仪、光学水准仪、电子水准仪、全站仪及一些专用仪器外，目前GPS技术也可用于工程的施工放样。

　　以下谈谈在隧道贯通工程中经常用到的两种放样方法，高程放样和坐标放样。

　　4.1高程放样

　　可采用几何水准法和电磁波测距三角高程法放样，一般用水准仪或电子全站仪进行。如图(1)所示，用电子全站仪放B点的高程，在O处架设全站仪，后视已知点A(目标高为 )，测得OA的距离S1和垂直角α1，从而得全站仪的视线高程为：HO=HA+L-△h1

　　然后测定OB的距离S2和垂直角α2，从而得B点(目标高也为 )高程为： HB=HO+△h2-L=HA-△h1+△h2

　　将测得的B点高程HB与设计值比较，可得到放样高程点B。

　　4.2坐标放样方法

　　方法一：如图(2)已知点A、点B、D1、D2的坐标，而D1、D2为互不通视洞口点，D1、D2为隧道轴线，若洞口点D1方便摆设仪器，则将全站仪置于洞口D1上，输入测站已知点D1的坐标。后视已知点B，瞄准后视点B定向，按下反算方位角键，则仪器自动将测站与后视方位角设置在该方向上。而后转入放样模式，输入放样点D2 坐标，然后按下放样键，旋转仪器，使仪器到达放样的方向线上。而后在轴线D1D2或D1D2 的反向延长线上放样测出洞口开挖方向控制点F。

　　方法二：若D1不便架设全站仪，则在B点架设仪器，以后视点A为方位定向。而后在D1、D2的反向延长线的适当位置计算出F点坐标，而后输入放样点F的坐标，按下放样键，实地测定出F点位置。而后将仪器置于F点，以后视点B为方位定向。输入放样点D1或者D2的坐标，按下放样键，定出洞口开挖方向线。

　　方法三：在实际工作中，往往采用自由设站法进行放样如图：(3)，这时全站仪不必架设在一个便于观测地方如图(3)中的O点通过对A、B两点。后方交会测定出O点坐标，按照方法(一)、(二)所述定出隧道轴线D1D2的方向延长线的点F，而后在方向点F上设站，定出洞口开挖的方向线。

　　以上是我多年来运用GPS和电子全站仪进行隧道施工放样的一点体会。仅供参考。