摘要：长大隧道内因为其特殊的作业环境，旁折光、灰尘、烟气以等因素的影响，给建立高精度的CPII控制网变得困难。本文通过大量的现场测量实践和数据分析，对理论CPII控制网布网形式以及测量方法进行了改进。改进后的CPII控制网测量方法能够满足精度要求，同时也能具有较高的可靠性。
关键词：长大隧道 CPII 导线网 闭合差
1. 概述
国家正在大规模建设高速铁路。高速铁路由于线路等级高、速度快，大量使用长大隧道，而我国长大隧道的洞内控制测量方法几十年不变，已经难以满足特长隧道施工贯通误差控制和高速铁路隧道洞内无砟轨道施工测量控制的需要。隧道控制测量包括洞外控制测量和洞内控制测量，其最终目的是确保相向开挖的隧道能够按规定的贯通误差正确贯通。为确保正确贯通，测量上起控制作用的主要是洞外控制测量和洞内控制测量的方法及其精度。
随着科学的进步和测绘新技术的不断出现及其应用，目前国内外铁路、公路工程长大隧道洞外控制测量，已经普遍采用先进的卫星定位测量方式；但解放60年来我国的洞内控制测量到目前为止，仍普遍采用传统的导线环网（多边形闭合导线网、旁点导线网或交叉导线网）的形式，这与当前测绘技术的发展水平是不相称的。除此之外，由于洞外控制测量方法已从传统的导线网或三角网的方式改变为卫星定位测量方式，差分卫星相对定位测量的高精度和洞外控制点数量的大大减少（仅需在洞口处布点），使得由洞外控制测量误差引起的横向贯通误差已大大减小，统计发现目前的隧道实际贯通误差主要由洞内导线环网的测量误差引起。现行《高速铁路工程测量规范》TB10601规定：当相向开挖长度为20km时，洞外横向贯通允许误差为160mm，而洞内横向贯通允许误差达360mm，可见洞内的横向贯通误差比洞外的大得多。因此充分应用测绘新技术，研究全新的隧道洞内控制测量新方法，以替代传统的洞内导线环网的方式，对减小由洞内控制测量误差引起的横向贯通误差和提高洞内控制测量的效率，具有非常重要的意义。
当前的《高速铁路工程测量规范》TB10601规定：相向开挖的隧道横向贯通误差值随隧道开挖长度的变化而变化，当相向开挖长度为20km时，其横向贯通允许误差为360mm。由于隧道施工的特殊性，这么大的允许横向贯通误差要在短距离的未衬砌地段内消化吸收，必然将改变隧道内线路的设计线形。因此首先根据洞外控制测量已经普遍采用卫星定位测量的实际情况，由卫星定位测量的实际精度，计算洞外控制测量误差引起的允许横向贯通误差；再根据本论文提出的采用CPII的洞内控制测量方式，计算由洞内控制测量误差引起的允许横向贯通误差，由此得到洞内外合成的允许横向贯通误差，将比目前规范规定的小，这样将有利于保证长大隧道线路的设计线形。因此根据当今隧道洞外控制测量的GPS方法，本文结合现场测量实践的总结，试图探讨一种适合长大隧道CPII控制网的测量方法。
2. 隧道内CPII控制网测量的形式和存在问题
2.1 CPII控制网理论布网形式
单导线布设方案简单，观测工作量较少，布设灵活，但由于没有多余观测和其他约束条件，在实际工作中即使发生错误也无法检查,同时随导线长度的增加,端点横向误差迅速增大，根本不适合长大隧道CPII测量。
而相对于导线网来说，增加了多余观测量，对精度和可靠性都有很大程度的提高。在几种导线网布网形式中，由于主、副导线网图形强度大，多余观测量多已经可靠性强等原因，选择了主、副导线网测量形式作为理论布网形式。如图1所示，在整个CPII导线网中，包含主、副两条符合导线和若干个四边形闭合环。在进行平差前，首先对所有的四边形闭合环的角度和边长闭合差进行检查，然后对主导线的全长和角度闭合差进行检查，在这些指标都满足要求的前提下进行平差。
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2.2 CPII控制网测量存在的问题
在测量实施过程中，因为隧道内特殊的作业环境，比如灰尘、湿气，尤其是旁折光等因素的影响，使得测量工作难度增大，同时在数据检查上出现精度指标大量超限情况：
1. 四边形闭合环角度闭合差超限。由于CPII点埋设在隧道内两侧电缆槽上，距离隧道壁较近，旁折光问题非常突出，加之光线、灰尘等因素的影响，四边形闭合环大量超限。在函谷关隧道（7.8km）CPII控制网测量过程中，有90%以上的四边形闭合环角度闭合差为15"～30"之间，角度闭合差严重超限。
2. 主导线全长闭合差超限。所有的四边形闭合环均满足限差要求，但在确定已知CPI控制点可靠的前提下主、副导线的全长和角度闭合差严重超限，且同时偏向同一方向。如张茅隧道（8.49km）CPII控制网测量中，所有四边形闭合环角度闭合差均满足限差要求，但主导线的角度闭合差为27.4"，超出限差要求。
3 改进后的布网形式和测量方法
在多次测量后，2.1 节所述超限情况依然得不到解决。通过分析和反复实验发现，对于同一侧的导线点，其距离隧道壁较近，旁折光的干扰异常严重，而对于反侧导线点则受影响因素较小。因此，为了最大限度的摆脱旁折光对CPII测量工作的干扰，对理论的布网形式行变化，将主、副导线点左、右交叉埋设，同时对理论的主副点对距离进行缩短，由原来的600m缩短到400m。观测时每测站只观测前后对应的反侧主导线点或者副导线点。观测时每隔2～3对导线点，在观测情况较好的情况下对同侧主、副导线进行观测，如图2所示：
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这样，整个导线网中包含若干个多边环，对所有的多边形闭合环的角度和边长闭合差进行检查，每个多边形环闭合差满足要求后对主、副导线的全长和角度闭合差进行检查，在这些指标都满足要求的前提下进行平差。
以函谷关隧道为例，按照改进后的形式布网后，CPII测量工作顺利完成。两个隧道所有的多边形闭合环均满足限差要求，主导线全长角度闭合差为-4.8"，全长闭合差为1/405717，完全满足规范要求。
4. 总结
长大隧道由于其特殊的作业环境和影响因素，按照理论的CPII控制网进行布网和测量工作，很难满足精度的要求。在大量的测量实践和数据分析后，对理论的布网形式和测量方法进行改进后，通过缩短点对距离、交替埋设主副导线点等有效的避免或减弱了隧道内不利因素对测量工作的影响，满足精度和可靠度要求。