GNSS獨立網(wǎng)對隧道群貫通誤差影響的分析研究

摘 要：隨著我國北斗技術的不斷發(fā)展，GNSS技術進一步發(fā)展和成熟，在大型工程項目中建立，通常使用GNSS技術建立高精度、高可靠性的控制網(wǎng)，以減少和控制誤差。本文主要通過對某客運專線中多個隧道段建立整體獨立網(wǎng)，以消除隧道的貫通誤差，完成整體橋隧的對接與通達。通過對數(shù)據(jù)的采集觀測、成果的多檢驗手段提高可靠性，對控制網(wǎng)進行精度分析與評價，確定GNSS獨立控制網(wǎng)可靠性，對隧道貫通誤差進行預計，是否滿足精度要求。

關鍵詞：GNSS；獨立控制網(wǎng)；精度分析；貫通誤差預計

1、引言

隨著我國北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)不斷發(fā)展， 在很多工程項目中越來越多的測繪單位采用國產(chǎn) GNSS 接收機，用于建立高等級測量控制網(wǎng)[1]。本文主要針對實測GNSS網(wǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過GNSS軟件平差后，對獨立網(wǎng)進行精度分析研究，通過對邊長檢核，一點一方向平差等措施檢核控制網(wǎng)精度，以驗證控制網(wǎng)的可靠性和精度，以及分析控制網(wǎng)精度對隧道貫通誤差的影響。

2、工程項目概況

新建某鐵路客運專線，客運專線某工程段中包括5座隧道總長23764.26m，橋隧總長26.054km，橋隧比95.32%。為保證隧道控制網(wǎng)的良好整體性，決定對這7個隧道群采用GNSS獨立布網(wǎng)、統(tǒng)一測量、整體平差計算的方式進行測量控制網(wǎng)建設。在精密測量控制網(wǎng)的基礎上，建立隧道群洞外獨立控制網(wǎng)。為保證隧道坐標系統(tǒng)的一致，并滿足投影變形不超過10mm/Km的要求，參考橢球體采用設計選擇坐標系國家2000坐標系橢球參數(shù)，采用過測區(qū)中心的子午線為中央子午線；投影面大地高為測區(qū)平均大地高260米， 高程異常為-4米。

3、獨立控制網(wǎng)精度分析

控制網(wǎng)精度主要參考評價指標包括：重復基線較差、閉合環(huán)閉合差、約束平差后精度、平差后基線邊長較差等指標，綜合評定控制網(wǎng)精度以及可靠性。

3.1重復基線較差與閉合環(huán)檢驗

由平差計算資料可以看出，獨立網(wǎng)中有重復基線72條，全部重復基線較差均合格，其中最大重復基線較差，經(jīng)過計算△DX=5.7mm；△DY=1.9mm；△DZ=28.7mm；△S=27.1mm；限差TS=28.5mm，重復基線均符合要求。全網(wǎng)共有閉合環(huán)119個，其閉合環(huán)各坐標分量（ Wx、Wy、Wz ）及全長閉合差（Ws）符合式規(guī)定。

3.2獨立網(wǎng)二維約束平差

獨立網(wǎng)的三維無約束平差合格后，利用鐵四院編制的SYGNSS數(shù)據(jù)處理軟件，聯(lián)測的隧道附近的高等級CPI控制點進行點校正已經(jīng)二維約束平差處理。首先檢核CPI控制點間的兼容性，利用附近6個CPI控制點進行間兼容性分析，平均坐標偏差：Δx=2.93mm；Δy=1.38mm；最大的坐標偏差： Δx=4.0mm；Δy=2.7mm，因此，控制點兼容性較好，可用做二維約束平差的控制基準。

工程獨立坐標系平面坐標進行二維約束平差，平差后對獨立網(wǎng)二維約束平差精度進行統(tǒng)計分析：主要包括基線向量網(wǎng)基線向量邊長相對中誤差、坐標方位角中誤差、點位坐標中誤差等指標： 基線向量邊長相對中誤差最大值1/ 260278；基線向量坐標方位角中誤差最大值0.82″；點位坐標平面中誤差 最大值0.21cm。獨立控制網(wǎng)平差結(jié)果中，全部成果均滿足500m最弱邊相對中誤差和最弱邊方位角中誤差精度指標：獨立控制網(wǎng)基線邊方向中誤差≤0.9″、最弱邊相對中誤差≤1/25萬的精度要求。二維約束平差后獨立控制網(wǎng)精度完全滿足《高速鐵路工程測量規(guī)范》中，一等最弱邊相對中誤差≤1/25萬的精度要求。

3.3一點一方向平差

為了保證隧道獨立控制網(wǎng)的整體性，并將線路控制點的坐標引入隧道進出口的子網(wǎng)中，進口位置選取點為固定點，出口位置選取點為方向點，采用一點一方向進行平差計算，平差完成后平差精度統(tǒng)計見表1。

從上表二維約束平差及一點一方向平差較差的結(jié)果，可見相鄰點間相對關系較好，二維約束平差及一點一方向平差在隧道橫向較差較小，隧道縱向因尺度原因坐標較差較大，因此，本隧道采用一點一方向平差成果用于隧道的施工控制，二維約束平差成果僅作為檢核參考。

4、隧道貫通誤差估算

洞外控制測量完成后，應根據(jù)實測精度估算隧道洞外貫通誤差；確定隧道洞內(nèi)控制網(wǎng)的角度和邊長測量精度。

4.1洞外（GPS測量）貫通誤差估算

洞外GPS控制測量，根據(jù)平差成果，可利用平差軟件選取方向中誤差較高的基線邊做為進洞方向邊，來進行隧道洞外測量貫通估算。

αF—貫通面方位角。

洞外GPS測量完成后，首先采用四院（SYGPS）平差處理軟件對GPS網(wǎng)進行平差計算，然后利用該軟件計算GPS測量的貫通誤差，計算時通過選擇不同的定向邊，確定最優(yōu)定向邊作為以后隧道進洞邊。貫通誤差影響值（mm）分別為11.3mm、1.4mm、4.5mm、3.0mm、2.1mm，允許橫向貫通中誤差（±30mm）

4.2洞內(nèi)導線測角誤差估算

洞內(nèi)導線，按等邊直伸導線估算導線終點由測角引起的點位橫向誤差由下式計算：

式中myβ—測角誤差影響在貫通面上的橫向中誤差（mm）。

mβ—控制網(wǎng)設計的測角中誤差（″）。

Rx—控制網(wǎng)各點至貫通面的垂直距離（m）。

4.3洞內(nèi)導線測邊誤差估算

式中myl—測邊誤差影響在貫通面上的橫向中誤差（mm）。

ml /l —控制網(wǎng)設計的邊長相對中誤差。

dy—控制網(wǎng)各邊在貫通面上投影長度（m）。

4.4隧道綜合貫通誤差估算

隧道綜合貫通誤差由洞外GPS測量通誤差、測角誤差、測邊誤差共同引起的，所以，隧道綜合貫通誤差可由下式計算得到。

由表2可看出，洞外GNSS測量控制網(wǎng)的對隧道貫通的影響與隧道長度無關，洞外GNSS測量誤差影響較小，洞內(nèi)導向測量誤差影響較大，洞內(nèi)測量誤差隨著隧道長度的增加而增大；隧道洞內(nèi)導線采用邊長為350m、測角中誤差采用1.3″時，測量綜合誤差影響均小于洞內(nèi)外綜合貫通中誤差限差50mm，滿足規(guī)范要求。

5、結(jié)語

經(jīng)過分析計算，可以得出本次建立的GNSS隧道群獨立網(wǎng)精度穩(wěn)定可靠。在5座隧道貫通誤差預計計算中，獨立控制網(wǎng)對隧道貫通影響最大的貫通誤差為1.13cm，其他均在誤差允許范圍內(nèi)，滿足精度要求。洞外選擇GNSS獨立網(wǎng)建立隧道控制網(wǎng)建網(wǎng)速度快、精度高，是一個值得推廣的好方法。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以看出，洞外選擇GNSS建立控制網(wǎng)，進行控制測量產(chǎn)生的誤差相對于洞內(nèi)導線測量產(chǎn)生的誤差影響很小，洞內(nèi)導線測量誤差是隧道貫通誤差的主要誤差影響因素，同時受隧道長度影響，隧道長度與產(chǎn)生誤差成正比。因此，隧道貫通長度超過一定距離后，應采取相應措施，提高隧道內(nèi)導向測量精度，才能保證貫通順利進行。

參考文獻：

[1] 趙長勝.GNSS原理及其應用[M].測繪出版社.2015.

[2] 張東明，鄧軍.GNSS定位測量技術[M].武漢理工大學出版社.2016.

[3] 李月朋，黃帥，趙虎.隧道模擬貫通誤差與實測貫通誤差對比分析[J].公路.2017（09）

作者簡介：禹志強，中鐵十六局集團第三工程有限公司 浙江湖州 313000endprint