隧道工程测量方案设计中的关键问题和对策
一套合格的隧道工程测量方案是保证隧道工程施工质量优劣的重要基础。隧道工程对技术的要求很高，它具有其他工程不可比拟的特殊性。为了保证隧道工程的质量和进度，合理的设计测量方案对整个工程能否按照工期保质的完成具有十分重要的意义。所以在隧道工程测量方案设计中横向贯通误差问题就是整个隧道工程的重要精度指标的关键问题。
由于隧道工程施工的特殊性，出于对隧道施工的质量和进度的严格要求，做好测量工作是至关重要的。隧道工程是由地面上部分和地面下部分共同组成的，并且在大型隧道的施工工程中，工程往往会被分为不同的标段，有多个施工单位在若干个工作面施工完成。所以一套完整的合理的测量技术和设计方案是各阶段各单位做好协调施工的基本保证。在隧道工程测量设计方案中横向贯通误差是评价一个设计方是否合理化的关键标准也是评价隧道工程施工质量的重要精度指标，合理分配允许贯通误差并进行相应的施工测量精度方案设计是整个隧道工程测量工作的关键。为保证贯通误差小于设计值，在隧道工程测量方案中需要从贯通误差的限差出发，对各阶段的精度指标做出整体设计，明确各阶段的测量精度要求，从而既能使各阶段的测量工作得以顺利进行。又能使工程的最终质量得以保证。如果没有进行测量精度的整体分析，就有可能出现由于偏低的测量精度要求而造成的质量事故;或者是由于过高的测量精度要求而导致测量工作量的大大增加，从而导致人力物力的浪费和工期的延误。
2.1 关于贯通误差的来源
隧道工程测量方案设计中的关键问题贯通误差来源主要是受地面控制测量，联系测量和地下导线测量三个重要因素的误差的影响。测量误差与整个隧道工程贯通的影响以及施工方法有密切的联系。单从工程测量的角度方面来说，可以将一个对向开挖段作为一个独立的单元做分析研究，如果一个对向开挖段长度相差比较大，那么就要求它的测量方案设计对其贯通误差分别做出分析;如果各阶段的长度大致一样，则可以取出其中最长的一段作为对各阶段贯通误差的代表进行分析。因此，不论是上述的哪一种情况，每个对向开挖段都可以作为一个独立的单元来进行分析，其分析的方法都是一样的。作为对对向开挖的贯通最为不利的一种施工方法就是通过两个竖井进行对向开挖，因为在这种情况之下，影响隧道贯通的测量误差就有地面控制和地下的两条支导线测量之外还有两个竖井的联系测量，总有三类，共五个独立的误差因素。若是有一端的开挖是通过平洞或者斜井，则必须要去掉相应的联系测量的误差。
2.2 地面控制测量对横向贯通误差的影响
地面首级控制测量是隧道施工测量的第一步，也是后续各阶段的测量工作能够得以逐步展开的基础。而地面控制测量误差对隧道的横向贯通误差的影响可以分为两个部分：
(1)洞口(近井)点的坐标误差。洞口点坐标的误差通过联系测量和地下的导线测量传递到贯通面，可以说它对贯通面的影响在数值上等同于在同一隧道开挖段两洞口点的相对误差椭圆在贯通面上的投影。所以，影响隧道贯通误差的是控制网相对误差而不是绝对误差，简单的解释，就是如果把隧道一端的洞口点视作是固定点或者参考点，那么另外的一个洞口点相对于该点的误差是不会超过整个控制网中最弱点的点位误差的。那么，就可以把最弱点的点位误差的近似的当作控制网点位坐标误差对贯通误差的影响。
(2)地面控制网边的反方向误差。这种误差的表现可以解释为联系测量或者地下之导线的起始方位的误差，但无论联系测量采用的是何种形式，地面控制网边的起始方位的误差对于贯通误差的影响都是一致的。
2.3 联系测量对横向贯通误差的影响
在联系测量中，起始点坐标误差对隧道贯通的影响与地面控制点坐标误差的影响是相同的，其数值与地下导线其实方向误差的影响相比较而言，可以忽略不计，所以在联系测量中的误差分析着重考虑的是起始方位角角度的误差对隧道贯通的影响。根据隧道工程施工的特点，起始方位角的角度误差对于贯通误差的影响会随着地下支导线长度的增加而显著增加。如果通过平洞或者斜井的方向进行开挖，那么地下导线的起始方位就是地面控制网的方位角;如果是通过竖井的方式施工开挖，则地下导线的起始方位的坐标点与方位角就需要通过竖井联系测量才能得到。
2.4 地下导线测量误差对于横向贯通误差的影响
地下导线测量的转角的角度误差和控制导线的边长误差对隧道的横向贯通均有影响。当隧道的转角偏大时，控制边长测量的误差对于保证隧道贯通有比较大的影响作用，这也是曲线型隧道与直线型隧道的不同之处。但是，无论是直线型隧道还是曲线型隧道，导线各边长的测量误差对于隧道的横向贯通的影响都是独立的，其影响值与该边在贯通面上的投影是成正比的，但由于该边再到险种的位置无关。导线转角测量误差对于隧道的横向贯通的影响则与其所处的位置有关，离隧道的贯通面越远，转角测量的误差对贯通误差的影响越大，其数值与该角顶点到贯通面的垂直距离成正比。
进行隧道工程测量方案设计最主要的目的就是指导施工以保证隧道的正确贯通。根据影响隧道工程测量方案设计中的关键问题的各个因素分析基础上，总结出一些具有针对性的对策，为多种隧道工程的测方案设计中在质量保证，节省工期和测量费用等方面提供一些比较直观的理论参考。
3.1 现代测量技术和仪器设备的投入
随着现代科学技术的日新月异的发展，人类对于隧道工程建造的精度越来越高，现代测量技术和仪器设备的不断改进，使得隧道工程测量工作可以以较小的代价达到很高的精度。比如在地面控制测量方面，采用GPS技术可以是测量的精度达到毫米，而地下导线测量的精度也随着全站仪测角和测距精度的提高有了明显的细化。只是在关于联系测量的方面，虽然有所改进，但其带来的改变主要是体现在降低劳动强度和提高工作效率两个方面上，在隧道测量精度上与传统的方法仍然别无二致。
3.2 优化设计方案，提高设计精度
隧道测量的关键在于建立工程控制网，采用优化设计的方法进行地面控制网的设计，可以将隧道的各个开挖段的两端的控制点相对误差以及其定向边的方向误差作为设计的精度指标，也可在使用常规的方法来设计控制网时，选择用最弱点的点位坐标误差和最弱边的边长相对误差作为精度指标，在地面控制网点采用联合平差法对首级网点和加密点进行整体分析，使得隧道工程测量方案设计在应用上更加方便。关于地下导线测量方面，应要尽量的加长导线边长并且适当的提高靠近洞口的导线的转角的测量精度，以此来减小贯通误差。在遇到精度要求比较高的情况下，可以适当的提高靠近起点的转角的测量精度，采用不等权的方式进行地下导线观测方案的设计。
文/《华东科技:学术版》, 2014(3):113-113
整理：陈柳林
审核：高冲
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