总第215期交 通 科 技Serial No.215 2006年第2期Transportation Science &Technology No.2Apr.2006收稿日期:2006201220GPS 控制网在长大隧道控制测量中的应用丁冬夏(中铁十一局集团有限公司 武汉430064)摘 要 基于GPS 测量法建立的施工测量控制网具有精度高、布网方便等优点。
介绍天心山长大隧道GPS 控制网的设计、实施、数据处理方法及精度控制情况等。
关键词 GPS GPS 控制网 精度 赣龙铁路天心山隧道全长5490m ,进口位于直线段,出口位于曲线段。
进口、出口端各有2个设计控制点,隧道地形属于山岭重丘区,植被发育,由于受地形地貌、通视条件的限制,实施常规控制测量不仅劳动强度大,效率低,更重要的是布网困难,精度难以保证。
基于GPS 在控制测量领域具有测量精度高、选点灵活、费用低、全天候作业、观测时间短、自动化程度高的特点,决定采用GPS 技术实施天心山隧道的控制测量。
1 布网设计为保证GPS 控制网的精度,天心山隧道GPS 控制网布设成空间三角形和空间大地四边形混合网[1],其中,D 01、D 02、D 03、D 04为控制网约束点。
如图1所示:图1 控制网布设点2选点要求为确保GPS 观测质量,提高工作效率,方便施工测量,隧道GPS 控制网选点时应注意以下几点[2]。
(1)洞口应至少布设3个控制点,尽量等距等高布设,联系测量时以减弱观测调焦和垂线偏差对进洞连接角的影响[3]。
(2)视野开阔,高度截止角15°以上不得有障碍物,以便GPS 接收机的安置和卫星信号的接收。
(3)远离强电磁源,周围不应有大面积反射面,以避免多路效应。
(4)点位埋设要稳固,洞外与洞内测量连接边的边长不短于300m 。
(5)点位尽量选择在交通便利的地方,并至少应有两个以上的通视方向,以便用常规手段进行联测和加密。
3测量方法及使用仪器天心山隧道施工控制测量采用当前GPS 测量中精度最高的一种方法———静态相对定位法。
根据制定的观测方案,将3台GPS 接收机安置在构成同步环的待定点上同时接收卫星信号,直至将所有环路观测完毕。
然后进行基线向量的解算和网平差。
控制测量作业时,使用3台国产南方N GS200GPS 接收机,仪器静态定位标称精度±(5mm +2×10-6D )。
在进行GPS 观测时,应注意以下几点。
(1)观测前根据卫星可见性预报,优选最佳观测时段。
(2)天线高在观测时段前后,从3个方向分别量取,误差≤2mm ,采用算术平均值。
(3)卫星高度截止角≥15°,PDO P 值<4,接收卫星数>5。
(4)观测时段长度:s >1km 时,为80min ;s <1km 时为60min 。
(5)信噪比(SNR )在80左右,越大越好。
(6)观测时,不要在天线附近使用对讲机或移动电话,以减少信号干扰。
4 数据处理及精度分析天心山隧道施工控制测量数据处理采用南方公司的N GS200软件,通过串口接好GPS接收机,设置串口波特率为19200。
4.1 基线向量处理首先进行基线向量初始化,然后设置基线向量解算条件,对高度截止角、采样间隔进行设置,选择解算类型。
以下设置可以提高基线向量的解算精度。
(1)改变历元间隔 由于GPS机本身和外界干扰产生整周跳变,如卫星被某些障碍物阻断,这时改变历元间隔,可提高基线向量解算精度,改变历元间隔越大,需要的观测时间段就相对越长。
(2)增大高度截止角 增大高度截止角对求解整周未知数与提高成果精度有益,因为所有相应的噪声随卫星的高度截止角增大而降低,但这时要有足够多的卫星参与运算且PDOP值良好(小于4)。
(3)调整有效历元 该参数常用来删除某些卫星的某段质量较差的数据。
4.2 同步环检验根据自行处理后的基线向量结果,共搜索到11个同步环,其中相对误差小于10-6的5个;相对误差为l×10-6～2×10-6的2个;相对误差为2×10-6～3×10-6的1个;相对误差为3×10-6～4×10-6的2个;相对误差大于4×10-6的1个。
4.3 独立异步环检验异步环的检查至关重要,是衡量外业观测成果和GPS网内部结构质量的重要指标,它反映了GPS测量总体精度,全网共检查异步环22个,闭合差为0～3×10-6的18个,闭合差为3×10-6～5×10-6的4个。
闭合差最小值为0.11×10-6,最大值为4×10-6,平均值为1.52×10-6。
4.4 网平差及成果评价利用南方测绘公司N GS200软件包进行网平差。
在网平差设置中,确定好转换坐标系参数,输入约束点坐标,选择二维约束平差的方式。
天心山隧道控制网约束点为D01和D02,坐标系为自定义施工坐标系,施工平面平均高程取510m。
施工坐标系长半轴为6378140m,扁率为1/98.3,中央子午线比例系数为1,原点纬度为25°08′00″,经度为116°48′5″。
经过平差处理,得出天心山隧道洞外GPS控制网平面坐标成果。
边长中误差最大为±4 mm,最小为±2mm,相对误差最大为1/69146,最小为1/1060569;平均边长1109.904m,相对精度1/353233,最弱边边长137.988m。
点位中误差最大为±6mm,最小为±2mm,最弱点点位精度6mm,平均点位精度3.7mm。
平差后,最弱边、最弱点的精度完全满足《新建铁路工程测量规范》(TB10101—99)中规定的各项限差,且点位精度比较均匀。
从平差结果可以看出最弱边均出现在短边上。
常规边角网中边和角起到基准传算的作用。
因此规定边长尽量一致,平差后用最弱边相对中误差作为评定精度的一项重要指标。
而在GPS网中,边长无需传算,也就无最弱边之言,只是在短边上,接收机本身的固定误差起了较大影响,造成短边相对长边而言相对精度较低。
对施工现场来讲,由于受地形条件的限制,往往造成边长比例相差悬殊。
GPS网中的基准点有很强的约束性和复杂性,因此应对最弱相邻点点位中误差和最弱边相对中误差综合考虑,共同衡量GPS工程测量网的精度。
5 结语使用GPS测量法建立的施工测量控制网具有精度高、布网方便等优点。
应用GPS测量法建立的天心山隧道施工控制网完全满足《新建铁路工程测量规范》(TB10101-99)中规定的各项要求,且点位精度比较均匀。
在平差计算时要注意GPS计算设置,如改变历元间隔、增大高度截止角、调整有效历元等可以提高基线向量的解算精度,也可提高施工控制网点的点位精度。
参考文献[1]蔡宏翔1GPS在工程测量中的应用补充教材1武汉:武汉测绘科技大学出版社,1998[2]周中漠,易杰军,周 琪1GPS测量原理与应用,北京:测绘出版社,1992[3]TB10054—97全球定位系统(GPS)铁路测量规程1北京:中国铁道出版社,199743丁冬夏:GPS控制网在长大隧道控制测量中的应用 2006年第2期 总第215期交 通 科 技Serial No.215 2006年第2期Transportation Science &Technology No.2Apr.2006收稿日期:2005211216我国公路连拱隧道施工工艺述评姚振凯1,2梁明生1 杨敦才1黄运平2(11中国水利水电集团第五工程局成都610066;21武汉市俊博市政工程公司武汉430101)摘 要 通过对我国公路连拱隧道施工工艺的分类,对各种常用的工艺类型现状和总体施工工艺进行述评,并提出改进工艺的建议。
关键词 公路连拱隧道施工工艺现状1 连拱隧道施工工艺的分类我国连拱隧道施工工艺分类采用五级划分,即按连拱隧道与其他隧道的关系分成大类,普通连拱隧道再按对称性分成“类”,依有无导洞分成“型”,导洞数量和位置不同分成“种”,最后按正洞开挖形式不同分成“属”,见表1所列。
表1 连拱隧道施工工艺的分类大类类型种属实例普通连拱隧道工艺对称工艺不对称工艺混合工艺导洞工艺无导洞工艺导洞工艺导洞工艺中导洞工艺双导洞工艺大洞带中墙工艺 明中导洞工艺三导洞工艺中导洞加侧洞带中墙工艺中导洞-侧壁导洞先墙后拱工艺中导洞-侧壁导洞全断面二衬工艺中导洞-台阶工艺中导洞-核心土工艺中导洞-下导洞工艺中导洞-全断面工艺中导洞-单臂掘进机工艺中导洞-中隔壁(CD )工艺中导洞-十字隔壁(CRD )工艺双导洞-台阶工艺无导洞-全断面工艺洞工艺中导洞-侧壁导洞全断面二衬工艺三导洞-核心土工艺中导洞和无导洞-台阶工艺金竹林,猫山,五龙岭安徽黄梅山四川鞋底坡殷家岩,迳古潭,马鞍山贵州河南黄塘[1]福建文下山日本国贵州玉屏-凯里高速[2]广州黄浦大道[3]福建马宅顶[4]象山四连拱(设计)[5]象山四连拱隧道组合工艺单端组合工艺重庆菜园路隧道组合双端组合工艺分叉式组合工艺沪蓉西高速八字岭[6]Application of GPS Control N et work to long TunnelsDi ng Don g x i a(China Railway 11th Bureau Group ,Wuhan 430064,China )Abstract :The const ruction survey control network has such merit s as high precision and easy to lay.This paper int roduces t he design of GPS cont rol network ,t he practice ,t he met hod of data p rocessing and precision cont rol etc.K ey w ords :GPS ;GPS control network ;precision。