地面控制测量

隧道的地面控制测量应在隧道开挖以前完成，地面控制测量包括平面控制测量和高程控制测量，其作用是放样隧道的开挖洞口位置、方向和高度，并向洞内传递坐标、方位角和高程。平面控制测量应根据隧道的长度和平面形状以及线路通过地区的地形情况和施工方法进行设计，过去常用的方法是三角测量（边角测量）、导线测量或两者联合使用，现在由于全站仪和GPS技术的应用，GPS测量控制网或GPS网与全站仪导线结合已成为隧道平面控制测量的主要方式。高程控制测量通常采用水准测量方法，只有在斜井和地形陡峻的山区地段可考虑采用全站仪三角高程测量。

一、地面平面控制网的布设

地面平面控制测量的作用是放样洞口点的坐标和进洞开挖的方向，并为洞内导线、竖井或斜井的联系测量提供起始坐标和起始方向。为此，隧道线路上各洞口的进、出口点，竖井附近的近井点，以及各洞口和竖井附近布设的3个及以上的定向点都要纳入地面控制网中，目的是使各洞口点、竖井的近井点和各定向点的坐标都在同一坐标系内。

地面控制网的布设过程同其他地面控制网的布设一样，都要经过收集所需图纸资料和测区已有的测量控制点资料，现场踏勘、选点、埋点等环节。值得指出的是：各洞口点、竖井的近井点要和相应的定向点通视，以便于与洞外控制点联测及向洞内布设导线，洞口点的布设位置还应便于施工中线的放样。如果有桥隧紧密相连或隧道紧密相连的情况时，要布设统一的地面测量控制网。

（一）地面导线测量

全站仪导线已成为隧道贯通测量的地面平面控制测量的一种主要布网方式。它可以作为独立的地面控制，也可以用来进行GPS网点的加密，是坐标和坐标方位角传递的一种常用方式。导线的布设形式有附合导线、闭合导线、直伸形多环导线锁和环形导线网等。

导线或导线网应尽量沿着隧道的中线方向延伸布设，尽可能加大导线边长，减少导线转折角数（即敷设成直伸形长边导线），以减少测角误差对横向贯通偏差的影响。如果地面有平峒、斜井和竖井与地下隧道相通时，在这些洞口处应设置导线点作为洞口点。对于曲线隧道，曲线的起点、终点以及曲线切线方向上的定向点都应包括在导线或导线网中。表10-2为《工程测量规范》 （GB50026-2007）对地面导线测量的技术要求。

表10-2 导线测量的主要技术要求

注： （1）表中n为测站数。 （2）当测区测图的最大比例尺为1∶1000时，一、二、三级导线的平均边长及总长可适当放长，但最大长度不应大于表中规定的2倍。

（二）GPS地面控制测量

GPS定位技术建立隧道地面控制网，由于无须通视，不需要中间连接点，故不受地形限制，只需考虑在隧道沿线的洞口和井口附近选择几个控制点，选点环境适合于GPS观测，因此选点布网灵活，减少了工作量，提高了观测速度，降低了工程费用。

布设隧道GPS控制网时，应考虑以下要求： （1）控制网由隧道各开挖洞口和井口附近的控制点组成，每个洞口或井口应布设1个洞口控制点（或近井点）和3个以上的定向点，整个控制网应由一个或若干个独立观测环组成，每个独立观测环的边数应尽可能减少（最多不能超过12个）。 （2）网的边长最长不宜超过30km，最短不宜小于300m，对于短边控制点上应尽量设置强制对中装置。 （3）每个控制点至少应有3条边与其联接，极个别的点才允许由两个边联接。 （4）对于洞口或井口附近的控制点，考虑到需采用其他测量方法进行加密、检测或恢复，应当使同一洞口或井口附近的几个控制点相互通视。 （5）选择的控制点的环境适合于GPS观测。

GPS控制网应同附近等级高的国家平面控制网联测，联测点数应不少于3个。隧道路线附近有高等级的GPS点时，应予以联测。若同一隧道工程的GPS控制网分为两个投影带时，在分带交界附近的点应有两个投影带的坐标。

《全球定位系统城市测量技术规程》 （CJJ/T73-2010）中对GPS测量精度分级、闭合环或附合线路边数、接收机的选用和各级GPS测量作业的基本技术要求作了如下规定（见表10-3至表10-5）。它适合于城市或工程的GPS测量。

此外，《全球定位系统（GPS）测量规范》 （GB/T 18314-2009）和各行业部门根据各自实际情况制订的其他GPS测量规程或细则也可供参考。

表10-3 GPS测量精度分级

表10-4 闭合环或附合线路边数的规定

表10-5 GPS测量各等级作业的基本技术要求

图10-1为只有一个贯通面P的直线隧道GPS控制网布网方案，图中两点间连线为独立基线，方案中每个点均有3条独立基线相连，其可靠性较好。假设该网采用4台接收机作业，只需观测3个时段，3个时段有3个同步环，每个时段选3条独立基线，共9条独立基线构成4个独立的异步环（其中有3条复测基线）。

图10-1 隧道GPS控制网

二、地面高程控制测量

地面高程控制测量的任务是在各洞口（或井口）附近设立2～3个水准点，测量各水准点间的高差。其作用是由洞口（或井口）点向洞内或井下传递高程，建立地面和地下统一的高程系统，以保证在贯通面上高程的正确贯通。高程控制测量的方法，一般在平坦地区及微丘陵地区用等级水准测量，在山区采用全站仪三角高程测量。对于隧道工程的水准测量等级的确定，一般应根据隧道的长度和隧道所经地区地形起伏情况而定。表10-6为《铁路测量技术规则》对各等级水准测量的规定。

表10-6 地面水准测量等级及使用仪器要求

进行地面水准测量时，利用线路定测水准点的高程作为起始高程，水准线路应形成闭合环线，或者敷设两条相互独立的水准线路，由起始水准点从一端洞口测至另一端的洞口。

在地形复杂地区采用全站仪三角高程测量与地面导线测量联合作业代替三、四等水准测量，经大量研究和工程实践验证是完全可行的。