秦岭深埋超长隧洞贯通测量技术探讨 秦岭隧洞
时间：2019-05-16 03:19:50 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文针对秦岭隧洞超长深埋的技术特点，分析了秦岭隧洞施工贯通测量几个方面技术难题，提出了贯通测量难点的解决及探讨方向，以便给出贯通误差和各级控制网的测量精度，确保隧洞施工顺利穿越秦岭屏障。
关键词：秦岭隧洞 ， 施工贯通 ， 技术 ， 探讨
Abstract: in this paper the qinling tunnel long buried deep in the technical characteristics, analyzed the qinling tunnel breakthrough measuring several aspects to technical problems, and put forward the measure to solve the difficulty of breakthrough and explores the direction, in order to give breakthrough error and all levels of control network measurement precision, ensure the smooth construction qinling tunnel through the barrier.
Key words: the qinling tunnel, construction is completed, and technology, to discuss
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1概况
秦岭隧洞为引汉济渭工程的输水工程，横穿秦岭，地跨陕南、关中两区。秦岭隧洞进水口位于汉江二级支流子午河三河口枢纽右岸，出口位于渭河一级支流黑河金盆水库右侧支沟黄池沟出口处，主要任务是将经三河口水利枢纽调节后的汉江水自流送入渭河流域关中地区配水节点。
秦岭隧洞全长81.779km，施工设计秦岭南侧布设椒溪河、0#、0-1#、1#、2#、3#、4#等6个施工支洞，秦岭北侧布设5#、6#、7#等3个施工支洞。由于4#施工支洞长度1500m，其纵坡达30%，从4#施工支洞实施贯通测量控制精度受限制，那么穿越秦岭主脉的3#、5#施工支洞间隧洞相向准确贯通技术是整个秦岭隧洞施工的关键段，该段具有超长（37557m）、大埋深（最大1990米）的难点，与国内外已建、在建的长大隧道比较，在技术难度上均有超越之处，可称为隧洞工程世界级贯通。由于横穿秦岭主脉，洞线埋深很大，按照两台TBM由岭南、岭北相向推进，单台设备必须持续完成20km的掘进，而目前国内尚没有单台TBM一次持续完成20km以上掘进的实例。
因此，能否顺利穿越秦岭屏障是从技术上审视引汉济渭工程可行性的焦点和难点。引汉济渭工程的关键是秦岭隧洞，该隧洞穿越不仅地质构造复杂、施工难度大，同样为保证秦岭隧洞的正确贯通，测量上也有极大的困难。秦岭隧洞独头掘进长度已远远超出《铁路工程测量规范》设定长度所规定的贯通误差范围。
2 隧洞洞内贯通测量的技术方案设计
隧洞施工贯通测量的技术方案设计，其首要的是确定贯通控制等级，控制等级是根据支洞间相向开挖长度来确定的。秦岭隧洞除3#、5#施工支洞间相向开挖长度37557m属超长贯通外，其它各支洞间相向长度均小于20km，按照现行《铁路工程测量规范》（TB10101-2009/J961-2009）技术要求指导测量可满足施工贯通精度要求。因此，3#、5#施工支洞间相向施工控制测量技术方案设计是整个秦岭隧洞施工贯通的焦点和难点。
目前国内长大隧洞多为长隧道分段短打，实施中采用双隧道开导向洞或地面开挖斜竖井等方法。对向开挖距离未超过20Km。随着近年超长隧道的不断出现，国内外学者就超长隧道（洞）贯通测量的控制测量技术及贯通精度控制关键问题进行过分析、探讨，研究了高精度GPS隧道控制网的布网网型、布网等级、坐标基准等问题，提出了采用高精度陀螺定向等高新技术解决隧道（洞）内导线误差累计和传统几何方法进行联系测量费时、费力、精度不高的问题，从而提高隧道（洞）贯通精度。但未形成明确的施工测量技术指导性意见及参考规范。
而就本项目的深埋和超长环境下地面平高控制网如何优化布设？GPS网与局部传统加密控制如何进行数据平差处理？洞内高温、高湿度、高动压、岩尘、大气折光、地球曲率对观测边长、角度、高差、陀螺方位如何改正？如何实现超高精度陀螺仪与导线联合布网的误差可视化预计与控制？诸如此类关系秦岭隧洞贯通的关键问题研究不多。
3 贯通测量需要解决的几个技术问题
3.1深埋超长明流输水隧洞贯通误差和控制测量精度研究。从工程全局出发，研究确定TBM独头掘进长度超过21公里其横向贯通误差和高程贯通误差的允许值，在分析研究地面、隧洞、斜竖井等测量环节可能精度前提下，推算分配其地面控制网、隧洞导线、联系测量的精度指标，基于分项控制建立贯通误差总合模型，确定贯通精度要求和总体精度控制原则，为合理确定各级控制测量精度提供依据。
3.2超长隧洞贯通测量地面控制网优化与联合数据处理技术研究。在分析原地面控制测量方案和成果基础上，针对该项目地形地貌特征，优化GPS控制网测量方案，研究长距离GPS网局部加密精密导线小网可行性及联合数据处理方法，实现最长相向开挖段洞口联系边方向中误差优于±1.0秒。保证重要开挖洞口控制点的密度和精度。
3.3超长隧洞施工与贯通控制网坐标系统选择研究。针对超百公里GPS网长距离、地形复杂、跨越高差大、独头掘进长的特点，推算投影带与投影面联合对地面和隧洞导线边长的影响量级；研究平面网ITRF2005、CGCS2000、西安80、隧道局部独立坐标系联合共用的坐标系方案。即工程总体采用ITRF2005、CGCS2000、西安80等坐标系统成果，重点贯通段相邻洞口间独立构成小网平差，消除和减少总体控制网传递误差对贯通相对测量的影响，期望提高相向开挖段洞口联系边方向精度。
3.4秦岭生态与复杂地形关键段地面高程测量方法研究。整体输水线路高程控制测量的精度，不仅影响高程贯通误差，并影响明流输水隧洞调水量和泥沙的沉淀。因此该项目的整体高程测量精度比铁路、公路超长隧道贯通提出了更高的精度要求。针对穿越秦岭生态与复杂地形关键段水准测量直接对接困难、精密水准绕行路线超长不能保证高程精度等问题，研究精密水准穿越路线及精密光电三角高程传递等关键技术，保证贯通高程精度。
3.5深埋超长隧洞动压环境下测量成果的修正模型研究。秦岭隧洞埋深大、洞口径小、通视差、观测条件特殊，研究动压环境下隧洞测量成果的修正模型对保证正确贯通具有重要的意义。通过对深埋隧洞中温湿、风流、环尘、动压、旁折光、大气折光、地球曲率等因素的实测、模拟、仿真实验，确定隧洞内测边、测角、高差的修正模型，揭示复杂环境对测量成果的影响规律及改正方法。
3.6深埋超长隧洞进洞联系测量及陀螺控制方法研究。针对深埋超长隧洞及斜竖井特点，①研究长大斜井中，方向、坐标、高程传递测量方法，保证方向、坐标、高程传递精度，从而提高贯通测量精度。②研究高精度陀螺定向和精密高程传递关键技术。在国内自主研发的GAT磁悬浮陀螺全站仪成果基础上，研究提高竖井陀螺传递方位角精度方法，保证陀螺传递方位角中误差≤±4.0；③研究洞内导线测量方案优化设计、导线点布设位置、强制对中装置、夜视对点牌及隧洞导线陀螺边加测标准等；④研制基于高精度陀螺定向边控制下导线测量误差的控制与贯通仿真软件系统；
3.7隧洞施工期变形监测与测量成果信息化管理研究。基于系统工程思想，针对秦岭隧洞深埋及地质构造特征，在贯通施工期预先对隧洞裂缝、巷道围岩变形等形变监测问题进行研究，探索重点地段基于三维激光扫描与光纤传感监测等监测技术与方法；以贯通施工测量数据管理为核心，通过信息化网络，更加流畅、快捷地反馈测量成果信息，利用先进的网络数据库和GIS，有序管理相关测量检测、施工和设计资料，图文并茂，形象、全面地反映测量成果，为管理部门整体施工管理和决策提供依据，实现隧道施工与贯通测量的信息化管理。系统的主要功能有：①协助业主及相关各方完成支持材料的整理、入库工作；②把业主和各承包商的相关办公信息系统或者门户网站整合，形成一个综合的信息协同办公系统；③各种数据采集后及时进入管理系统，集成分析处理，即时产生相关报表，审核无误的数据通过网络数据库，随时提交业主和相关方；④工程信息管理及成果资料检索查询；⑤客户需求留言，资料报告下载等。
3.8最终贯通方案的选择。在上述研究基础上，对几种贯通测量方案进行比较，提出合理、确实可行的贯通测量实施方案。
4超长隧洞贯通测量研究的预期目标
(1)结合引汉济渭工程合理制订超长隧洞的贯通误差和各级控制测量精度；
（2）结合引汉济渭工程实际情况提出超长隧洞进洞联系测量的合理方法；
(3)研究分析现有水准测量方案,论证采用直接水准或精密三角高程测量翻越秦岭山脊直接对两洞口进行高程联测，以提高高程联测精度；
(4）针对深埋超长隧洞内环境状态, 模拟、测定、仿真环境对观测成果值影响规律，为生产实施提供改正模型；
(5)提出先进的超长隧洞洞内控制网测量技术与导线加测陀螺边方法。研究成果科学合理，能够更好的为引汉济渭工程建设服务；
（6）该贯通测量对秦岭隧洞施工起到很关键的作用，项目所研究的内容在这一领域也是具有国际先进水平或国际领先水平的。
5 结束语
引汉济渭工程秦岭深埋超长隧洞贯通控制测量技术研究和探讨，可正确给出贯通误差和各级控制网的测量精度，确保隧洞施工顺利穿越秦岭屏障，实现引汉济渭深埋超长世界级工程贯通测量的重大科技创新与业内技术示范作用，并对我国超常隧洞控制测量规范的编制提供重要的参考意见，
