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【摘 要】 随着科技的不断进步，测量工作所涵盖的范围越来越广，测量工作对工程的成败和盈亏起着举足轻重的地位。隧道施工及隧道施工测量的关键技术指标是贯通误差。地面控制测量、地下导线测量及联系测量的误差是导致隧道贯通误差的三个主要因素。
【关键词】 隧道工程;贯通误差;误差分配
引言：
隧道测量技术是指针对隧道勘察设计，施工和竣工验收以及隧道运营期间所开展的有关测量活动，这些测量工作有些与通常意义上的工程测量有关，如隧道施工控制测量，贯通测量，放样测量，断面测量等，有些与地质勘察和灾害监测有关，如隧道施工地质超前预报探测和变形监测，还有一些与工程质量检测有关，如混凝土厚度检测，混凝土质量检测，隧道衬砌背后回填检测，运营隧道内表面状态检测。
一、洞内控制测量设计
1、平面控制测量设计
洞内平面控制测量在未贯通前都是支导线。当接到隧洞工程开挖任务时，首先要根据洞室相向或单向开挖长度及设计贯通精度要求，对洞内导线进行设计，估算预期的误差、确定导线施测的等级，以保证洞室开挖轴线的正确，即贯通精度，更为合理、经济的选择测量设备及测量方案。
根据隧洞设计开挖图，按一定比例尺在CAD或图纸上绘出隧洞开挖平面图及贯通面位置，充分考虑开挖施工时洞内的测量环境（如通视条件及出渣等对测量的影响）、以及测量精度的提高，合理的选出导线点位置，并展于图上。
支导线的终点是支导线精度的最弱点，横向贯通中误差是由导线测角误差及导线边长误差所引起，而横向贯通中误差主要影响隧洞的贯通精度，下面主要分析横向贯通中误差。
根据误差传播定律，导线测角及测边是相互独立的两个量，则可得导线测角中误差所引起的横向贯通中误差myβ为：
myβ=±mβρ∑RC22.1.1
式中：mβ—导线测角中误差，S;
∑RC—观测角度的导线点到贯通面的垂直距离平方的总和，m2。
导线测边误差所引起的横向贯通中误差为mys：
mys=±mss∑Dy22.1.2
式中：mss—导线边长相对中误差，mm;
∑Dy—各导线边在贯通面上的投影长度平方和的总和，m2。
那么，导线测量误差在贯通面上所引起的横向贯通中误差my为：
my=±myβ2+mys22.1.3
该式是隧洞工程横向贯通中误差常用的估算公式。
在绘制好的略图上量取各个导线点到贯通面的距离Rx和各导线边在贯通面上的投影长度Dx，再根据本工程项目所投入的仪器设备精度确定测角中误差mβ和测量边长的精度ms/s，代入2.1.3式中计算，当my小于隧洞横向贯通中误差允许值时则可进行，否则应选择合符精度要求的仪器设备或调整线路及测量方案等重新计算，直至满足贯通精度要求。2.1.3式也可根据本单位的仪器设备及技术水平，假设其中的一个mβ或ms/s值来求另外一个参数。
根据选定的mβ和ms/s值来确定导线测量的等级，并严格按确定的等级技术要求进行施测，来指导隧洞的开面位置开挖。
2、高程控制测量设计
隧洞洞内高程的控制测量精度直接影响的是竖向贯通中误差，通常是根据水准测量或三角高程测量误差引起的竖向贯通中误差来确定高程控制测量的等级。
mh=±m△L2.2.1
式中：mh--竖向贯通中误差;
L—洞内高程测量路线的全长，m;
m△--按测段往返测的高差不符值计算的每公里高差中數的偶然中误差，mm;
由2.1.1式得：
m△=mhL2.2.2
式中L可根据图上拟定的路线量取或取3～5倍洞轴线的长度。
确定水准路线方案后，在表1中查取大于或等于根据2.2.2式计算出m△的数值，选取相应的高程控制测量等级。
表1 水准测量的精度
确定高程测量的等级后，选取方便施测、经济合理，又能保证高程传递精度的测量方法，如水准测量、三角高程测量，严格按相应的技术要求进行施测。
以上探析的洞内控制测量设计计算方法适应于相向开挖长度为8km以内的隧洞开挖，也可作为相向开挖长度超过8km洞内平面控制测量的专门技术设计，但为保证设计贯通精度要求，洞内导线还应进行提高精度的特别技术设计，如采用陀螺经纬仪加测方位角，检测测角中的粗差及控制测角误差的累积;选取合理的导线路线方案;改善测量环境等等测量设备及方法。
对于在8km以内的隧洞勘测设计院提供了专用首级控制网时，则施工单位不用单独进行洞内控制测量的设计，采用低于首级控制网一等级的技术要求进行施测即可。
二、洞内控制测量精度的估算
1、平面控制测量精度的估算
考虑到洞内导线按设计等级施测后，因洞内通视条件的限制及施工等多方面的影响，而造成未能按设计路线进行施测，针对这种情况，则要根据已施测的成果对该导线进行精度估算。
对直伸型隧洞，则采用直伸支导线终点的点位误差作为洞内横向贯通中误差：
MBz=±mSβ2n+（mβρL）2n+1.53
式中：n—导线边数;
mβ—测角中误差，s;
mss--测边相对中误差;
L—导线全长，km;
非直伸型隧洞用非直伸支导线终点的点位误差作为横向贯通中误差：
MBf=±mSβ2n+（mβρL）2∑Dy2
式中：n—导线边数据
mβ—测角中误差，s;
mss--测边相对中误差;
L—导线全长，km; ∑Dy2–导线重心到各导线点距离的平方和（导线重心为导线各点坐标X、Y值的平均值），m2;
对还未施测的导线点位仍以设计拟定的点位计算出各相应数值，只要MBz，MBf值不大于洞内设计横向贯通中误差就可。
2、高程控制测量精度估算
根据2.2.1式计算高程传递终点的精度，该式中m△为：
m△=±14n[△△R]
式中：△—测段往返测高差不符值;
R—测段的长度;
n—测段数;
该种高程控制测量精度的估算方法适用于水准测量及三角高程测量。
三、隧道工程检测技术
在隧道施工中LEICATMS隧道测量系统还被用于管棚施工放样，模板放样，隧道内设施安装放样、横通道、通风竖井的位置放样等测量工作。由于采用了上述高度智能化的隧道施工测量技术，承包商只需要聘请2位专业测量师就能完成上述所有的测量任务，真正做到了省时，高效，精干。尤特利山隧道施工中所采用的测量技术代表了隧道施工测量的最新水平和发展方向。
隧道除了采用上述先进的隧道施工测量技术之外，还采用了一系列其它的先进的隧道工程质量检测技术，其中最有代表性的是应用隧道激光扫描技术作为隧道衬砌竣工质量验收（隧道净空测量，衬砌表面状态影像，数字化图像资料存档）。隧道激光扫描技术是近几年刚刚开发的一种隧道检测技术，它采用LEICAHDS4500超高速相位式三维激光扫描仪为基本硬件平台，配合相应的数据采集和处理软件，能同时获取隧道表面各测量点的距离信息和影像信息，不但能完成各种复杂程度的全自动断面测量、施工放样及竣工验收测量，而且是地下工程施工过程控制、表面平整度检测和完整数字化图像资料存档的理想工具。
隧道激光扫描技术有多种模块组合，可以分为静态和动态两种测量方式。隧道施工过程中的测量通常为静态方式，它是将激光扫描仪固定在一个三角架上，通过测量控制软件完成相对于扫描仪前后一定范围内的三维隧道断面扫描测量，这种隧道扫描技术的生产效率是常规隧道断面测量仪器生产效率的1万倍。隧道激光扫描技术用于隧道竣工验收测量通常采用动态测量方式，它是将激光扫描仪垂直于隧道轴线安装在一个特制的带有里程和超高等测量装置的三轮小车上，当小车以一定的速度沿隧道轴线均匀行驶时，扫描仪对隧道表面进行扫描测量（扫描线轨迹为螺旋线）。当前，基于动态测量方式的隧道扫描技术已广泛应用于瑞士的许多既有铁路隧道的状态检测，借以指导实施全方位的隧道维护战略，提高隧道设施维护的经济效益。
隧道激光扫描技术为隧道工程质量检测提供了一种新的检测手段和新的选择，尤特利山公路隧道中大胆采用了这种先进的工程质量检测技术，再次向人们展示了瑞士工程技术人员勇于创新和敢为人先的精神。
四、提高洞内控制测量精度的几点建议
1、严格按设计的控制测量等级相关技术要求进行施测，施测中尽量采用三联脚架法，但要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动、气泡有无偏离、对中偏离是否较大等等，如有上述情况则要对仪器进行检修校正，找出问题所在;
2、隧洞每开挖到一定长度时要及时增设基本导线点，指导开挖的临时点要控制在2～3个以内，且要进行经常性的检测其正确性，确保洞室开挖的正确;
3、隧洞每开挖到一定阶段或一定长段时要及时对导线进行检测、复测及精度估算，对因其它原因而改变设计路线方案时要对精度进行估算;
4、导线要尽可能布设成似等边直伸型导线，在测量环境允许范围内尽可能的选长边;
5、要严格进行边长的投影计算，正确计算各点平面坐标;
6、三角高程测量时，要严格按操作程序进行，如垂直角的观测要同测距在同一次照准时完成，对于三角高程等级在三等或高于三等时则要采取一些提高精度的措施进行施测，如隔点设站法、提高对中精度等等;
7、對贯通面较多的隧洞，要考虑到隧洞全部贯通后的轴线情况，对洞内有砼衬砌时，还要对相向挖的两条导线进行附合，并进行贯通误差分配或平差处理，保证洞内砼衬砌形体的正确。
五、结束语
如果没有测量精度的整体分析，则可能由于测量精度要求偏低造成质量事故，或是由于测量精度要求过高，使得测量工作量大大增加，造成人力物力的浪费和工期的延误。这对于保证质量、节省工期和测量费用都有重要的意义。
参考文献：
[1]夏方军.隧洞洞内控制测量的探析[J].西部探矿工程.2011
[2]徐辉.长大隧道控制测量方法综述[J].隧道建设.2008（05）
[3]李延山，彭仪普.全站仪中自由设站坐标解求和精度分析[J].铁路航测.2002
【关键词】 隧道工程;贯通误差;误差分配
引言：
隧道测量技术是指针对隧道勘察设计，施工和竣工验收以及隧道运营期间所开展的有关测量活动，这些测量工作有些与通常意义上的工程测量有关，如隧道施工控制测量，贯通测量，放样测量，断面测量等，有些与地质勘察和灾害监测有关，如隧道施工地质超前预报探测和变形监测，还有一些与工程质量检测有关，如混凝土厚度检测，混凝土质量检测，隧道衬砌背后回填检测，运营隧道内表面状态检测。
一、洞内控制测量设计
1、平面控制测量设计
洞内平面控制测量在未贯通前都是支导线。当接到隧洞工程开挖任务时，首先要根据洞室相向或单向开挖长度及设计贯通精度要求，对洞内导线进行设计，估算预期的误差、确定导线施测的等级，以保证洞室开挖轴线的正确，即贯通精度，更为合理、经济的选择测量设备及测量方案。
根据隧洞设计开挖图，按一定比例尺在CAD或图纸上绘出隧洞开挖平面图及贯通面位置，充分考虑开挖施工时洞内的测量环境（如通视条件及出渣等对测量的影响）、以及测量精度的提高，合理的选出导线点位置，并展于图上。
支导线的终点是支导线精度的最弱点，横向贯通中误差是由导线测角误差及导线边长误差所引起，而横向贯通中误差主要影响隧洞的贯通精度，下面主要分析横向贯通中误差。
根据误差传播定律，导线测角及测边是相互独立的两个量，则可得导线测角中误差所引起的横向贯通中误差myβ为：
myβ=±mβρ∑RC22.1.1
式中：mβ—导线测角中误差，S;
∑RC—观测角度的导线点到贯通面的垂直距离平方的总和，m2。
导线测边误差所引起的横向贯通中误差为mys：
mys=±mss∑Dy22.1.2
式中：mss—导线边长相对中误差，mm;
∑Dy—各导线边在贯通面上的投影长度平方和的总和，m2。
那么，导线测量误差在贯通面上所引起的横向贯通中误差my为：
my=±myβ2+mys22.1.3
该式是隧洞工程横向贯通中误差常用的估算公式。
在绘制好的略图上量取各个导线点到贯通面的距离Rx和各导线边在贯通面上的投影长度Dx，再根据本工程项目所投入的仪器设备精度确定测角中误差mβ和测量边长的精度ms/s，代入2.1.3式中计算，当my小于隧洞横向贯通中误差允许值时则可进行，否则应选择合符精度要求的仪器设备或调整线路及测量方案等重新计算，直至满足贯通精度要求。2.1.3式也可根据本单位的仪器设备及技术水平，假设其中的一个mβ或ms/s值来求另外一个参数。
根据选定的mβ和ms/s值来确定导线测量的等级，并严格按确定的等级技术要求进行施测，来指导隧洞的开面位置开挖。
2、高程控制测量设计
隧洞洞内高程的控制测量精度直接影响的是竖向贯通中误差，通常是根据水准测量或三角高程测量误差引起的竖向贯通中误差来确定高程控制测量的等级。
mh=±m△L2.2.1
式中：mh--竖向贯通中误差;
L—洞内高程测量路线的全长，m;
m△--按测段往返测的高差不符值计算的每公里高差中數的偶然中误差，mm;
由2.1.1式得：
m△=mhL2.2.2
式中L可根据图上拟定的路线量取或取3～5倍洞轴线的长度。
确定水准路线方案后，在表1中查取大于或等于根据2.2.2式计算出m△的数值，选取相应的高程控制测量等级。
表1 水准测量的精度
确定高程测量的等级后，选取方便施测、经济合理，又能保证高程传递精度的测量方法，如水准测量、三角高程测量，严格按相应的技术要求进行施测。
以上探析的洞内控制测量设计计算方法适应于相向开挖长度为8km以内的隧洞开挖，也可作为相向开挖长度超过8km洞内平面控制测量的专门技术设计，但为保证设计贯通精度要求，洞内导线还应进行提高精度的特别技术设计，如采用陀螺经纬仪加测方位角，检测测角中的粗差及控制测角误差的累积;选取合理的导线路线方案;改善测量环境等等测量设备及方法。
对于在8km以内的隧洞勘测设计院提供了专用首级控制网时，则施工单位不用单独进行洞内控制测量的设计，采用低于首级控制网一等级的技术要求进行施测即可。
二、洞内控制测量精度的估算
1、平面控制测量精度的估算
考虑到洞内导线按设计等级施测后，因洞内通视条件的限制及施工等多方面的影响，而造成未能按设计路线进行施测，针对这种情况，则要根据已施测的成果对该导线进行精度估算。
对直伸型隧洞，则采用直伸支导线终点的点位误差作为洞内横向贯通中误差：
MBz=±mSβ2n+（mβρL）2n+1.53
式中：n—导线边数;
mβ—测角中误差，s;
mss--测边相对中误差;
L—导线全长，km;
非直伸型隧洞用非直伸支导线终点的点位误差作为横向贯通中误差：
MBf=±mSβ2n+（mβρL）2∑Dy2
式中：n—导线边数据
mβ—测角中误差，s;
mss--测边相对中误差;
L—导线全长，km; ∑Dy2–导线重心到各导线点距离的平方和（导线重心为导线各点坐标X、Y值的平均值），m2;
对还未施测的导线点位仍以设计拟定的点位计算出各相应数值，只要MBz，MBf值不大于洞内设计横向贯通中误差就可。
2、高程控制测量精度估算
根据2.2.1式计算高程传递终点的精度，该式中m△为：
m△=±14n[△△R]
式中：△—测段往返测高差不符值;
R—测段的长度;
n—测段数;
该种高程控制测量精度的估算方法适用于水准测量及三角高程测量。
三、隧道工程检测技术
在隧道施工中LEICATMS隧道测量系统还被用于管棚施工放样，模板放样，隧道内设施安装放样、横通道、通风竖井的位置放样等测量工作。由于采用了上述高度智能化的隧道施工测量技术，承包商只需要聘请2位专业测量师就能完成上述所有的测量任务，真正做到了省时，高效，精干。尤特利山隧道施工中所采用的测量技术代表了隧道施工测量的最新水平和发展方向。
隧道除了采用上述先进的隧道施工测量技术之外，还采用了一系列其它的先进的隧道工程质量检测技术，其中最有代表性的是应用隧道激光扫描技术作为隧道衬砌竣工质量验收（隧道净空测量，衬砌表面状态影像，数字化图像资料存档）。隧道激光扫描技术是近几年刚刚开发的一种隧道检测技术，它采用LEICAHDS4500超高速相位式三维激光扫描仪为基本硬件平台，配合相应的数据采集和处理软件，能同时获取隧道表面各测量点的距离信息和影像信息，不但能完成各种复杂程度的全自动断面测量、施工放样及竣工验收测量，而且是地下工程施工过程控制、表面平整度检测和完整数字化图像资料存档的理想工具。
隧道激光扫描技术有多种模块组合，可以分为静态和动态两种测量方式。隧道施工过程中的测量通常为静态方式，它是将激光扫描仪固定在一个三角架上，通过测量控制软件完成相对于扫描仪前后一定范围内的三维隧道断面扫描测量，这种隧道扫描技术的生产效率是常规隧道断面测量仪器生产效率的1万倍。隧道激光扫描技术用于隧道竣工验收测量通常采用动态测量方式，它是将激光扫描仪垂直于隧道轴线安装在一个特制的带有里程和超高等测量装置的三轮小车上，当小车以一定的速度沿隧道轴线均匀行驶时，扫描仪对隧道表面进行扫描测量（扫描线轨迹为螺旋线）。当前，基于动态测量方式的隧道扫描技术已广泛应用于瑞士的许多既有铁路隧道的状态检测，借以指导实施全方位的隧道维护战略，提高隧道设施维护的经济效益。
隧道激光扫描技术为隧道工程质量检测提供了一种新的检测手段和新的选择，尤特利山公路隧道中大胆采用了这种先进的工程质量检测技术，再次向人们展示了瑞士工程技术人员勇于创新和敢为人先的精神。
四、提高洞内控制测量精度的几点建议
1、严格按设计的控制测量等级相关技术要求进行施测，施测中尽量采用三联脚架法，但要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动、气泡有无偏离、对中偏离是否较大等等，如有上述情况则要对仪器进行检修校正，找出问题所在;
2、隧洞每开挖到一定长度时要及时增设基本导线点，指导开挖的临时点要控制在2～3个以内，且要进行经常性的检测其正确性，确保洞室开挖的正确;
3、隧洞每开挖到一定阶段或一定长段时要及时对导线进行检测、复测及精度估算，对因其它原因而改变设计路线方案时要对精度进行估算;
4、导线要尽可能布设成似等边直伸型导线，在测量环境允许范围内尽可能的选长边;
5、要严格进行边长的投影计算，正确计算各点平面坐标;
6、三角高程测量时，要严格按操作程序进行，如垂直角的观测要同测距在同一次照准时完成，对于三角高程等级在三等或高于三等时则要采取一些提高精度的措施进行施测，如隔点设站法、提高对中精度等等;
7、對贯通面较多的隧洞，要考虑到隧洞全部贯通后的轴线情况，对洞内有砼衬砌时，还要对相向挖的两条导线进行附合，并进行贯通误差分配或平差处理，保证洞内砼衬砌形体的正确。
五、结束语
如果没有测量精度的整体分析，则可能由于测量精度要求偏低造成质量事故，或是由于测量精度要求过高，使得测量工作量大大增加，造成人力物力的浪费和工期的延误。这对于保证质量、节省工期和测量费用都有重要的意义。
参考文献：
[1]夏方军.隧洞洞内控制测量的探析[J].西部探矿工程.2011
[2]徐辉.长大隧道控制测量方法综述[J].隧道建设.2008（05）
[3]李延山，彭仪普.全站仪中自由设站坐标解求和精度分析[J].铁路航测.2002