长大隧道贯通误差分析及程序实现
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摘要
目前我国进入高速铁路快速发展时期,高速铁路的修建有力的促进了我国经济的快速增长。高速铁路大多以桥隧代路,故隧道工程是其控制性工程之一。因此为了保证隧道能正确贯通,通过模拟数据验证控制网设计是否合理,对隧道贯通误差进行预计,保证隧道能按规定的精度贯通。
长大隧道的高精度贯通事关工程建设的成败,本文指出目前国内外普遍采用的等影响原则分配原则的不足,提出了契合实际的隧道贯通误差分配原则。理论推导了长大隧道洞内外控制网对横向贯通误差影响的严密计算公式,推导了导线网严密平差计算公式,通过实例分析了隧道洞内外控制网对隧道横向贯通影响值的合理赋配,并对《高速铁路工程测量规范》进行补充完善。理论分析了子午线收敛角和垂线偏差对陀螺定向角的影响；对影响隧道贯通的影响值进行精度分析与估算。推导陀螺定向边对长大隧道横向贯通误差影响的严密计算公式,并对客运专线长大隧道加设陀螺定向边必要性进行论证。通过方差分量估计对导线网边角合理定权。论文研究了垂线偏差对隧道横向贯通误差的影响,分析了导线点位稳定性解决办法。对长大隧道洞内控制网的合理布设方案进行比对分析,最后通过平差程序设计对提出的各套方案进行验证计算。结果表明,交叉导线网比较适用于长大隧道洞内控制网的布设。提出在确保隧道轴线正确贯通的前提下所采用的测量手段和方法,提出隧道附合导线自动生成新算法,其有效性成功地用于解决京福铁路北武夷山隧道的贯通测量。
China has entered the rapid growth period of high-speed railway, high-speed railway construction promote China's rapid economic growth. High-speed railway is mostly composed of bridges and tunnels, so the tunnel project become one of its control projects. Tunnel through precision requirements vary with its length, shape, excavation face. Therefore, to ensure the tunnel can get-through correctly, net-shaped control network simulation and design of the tunnel through error is expected to be an essential work. Guarantee the tunnel get-through in specified accuracy, make the lining structureto be reasonable and ensure the project get smoothly. Therefore, through error estimation and analysis become necessary.
Long tunnel's high-precision through related to the success or failure of project construe-tion, this paper points out defects of the principle that the commonly used at home and abroad, and then give a reasonable error distribution principle.A strict formula was derived theoretically about the control network of lateral error.Then derive the rigorous adjustment formula about wire network.Analyse the impact of the control network about the horizontal tunnel through. Supply and improve "Code for Engineering Survey of High Speed Railway".Theoretically analyse meridian convergence angle and deflection of the vertical about the gyroscope orientation angle impact. Analyse and estimate the precision about the impact of the tunnel through. Derivate strict formula of the gyroscope orientation edge to the tunnel through. Demonstrate the necessity about the tunnel gyro directional edge. Give rights reasonably by variance component estimation on the side length and angle of the wire network.The paper studies the affect about vertical deflection to the tunnel lateral through, analyse the solution about the stability of the wire point. Analyse layout scheme reasonably about cave control network. Finally design the proposed programs to verify through the adjustment program, confirme the cross-wire network more suitable for the tunnel cave control network. Propose observation means and methods, under the premise of the tunnel axis correctly get through. Propose new algorithm about tunnel conforms wire automatically generated. Successfully used to solve the North Wuyishan, Beijing-Fuzhou Railway tunnel through observation.
长大隧道的高精度贯通事关工程建设的成败,本文指出目前国内外普遍采用的等影响原则分配原则的不足,提出了契合实际的隧道贯通误差分配原则。理论推导了长大隧道洞内外控制网对横向贯通误差影响的严密计算公式,推导了导线网严密平差计算公式,通过实例分析了隧道洞内外控制网对隧道横向贯通影响值的合理赋配,并对《高速铁路工程测量规范》进行补充完善。理论分析了子午线收敛角和垂线偏差对陀螺定向角的影响；对影响隧道贯通的影响值进行精度分析与估算。推导陀螺定向边对长大隧道横向贯通误差影响的严密计算公式,并对客运专线长大隧道加设陀螺定向边必要性进行论证。通过方差分量估计对导线网边角合理定权。论文研究了垂线偏差对隧道横向贯通误差的影响,分析了导线点位稳定性解决办法。对长大隧道洞内控制网的合理布设方案进行比对分析,最后通过平差程序设计对提出的各套方案进行验证计算。结果表明,交叉导线网比较适用于长大隧道洞内控制网的布设。提出在确保隧道轴线正确贯通的前提下所采用的测量手段和方法,提出隧道附合导线自动生成新算法,其有效性成功地用于解决京福铁路北武夷山隧道的贯通测量。
China has entered the rapid growth period of high-speed railway, high-speed railway construction promote China's rapid economic growth. High-speed railway is mostly composed of bridges and tunnels, so the tunnel project become one of its control projects. Tunnel through precision requirements vary with its length, shape, excavation face. Therefore, to ensure the tunnel can get-through correctly, net-shaped control network simulation and design of the tunnel through error is expected to be an essential work. Guarantee the tunnel get-through in specified accuracy, make the lining structureto be reasonable and ensure the project get smoothly. Therefore, through error estimation and analysis become necessary.
Long tunnel's high-precision through related to the success or failure of project construe-tion, this paper points out defects of the principle that the commonly used at home and abroad, and then give a reasonable error distribution principle.A strict formula was derived theoretically about the control network of lateral error.Then derive the rigorous adjustment formula about wire network.Analyse the impact of the control network about the horizontal tunnel through. Supply and improve "Code for Engineering Survey of High Speed Railway".Theoretically analyse meridian convergence angle and deflection of the vertical about the gyroscope orientation angle impact. Analyse and estimate the precision about the impact of the tunnel through. Derivate strict formula of the gyroscope orientation edge to the tunnel through. Demonstrate the necessity about the tunnel gyro directional edge. Give rights reasonably by variance component estimation on the side length and angle of the wire network.The paper studies the affect about vertical deflection to the tunnel lateral through, analyse the solution about the stability of the wire point. Analyse layout scheme reasonably about cave control network. Finally design the proposed programs to verify through the adjustment program, confirme the cross-wire network more suitable for the tunnel cave control network. Propose observation means and methods, under the premise of the tunnel axis correctly get through. Propose new algorithm about tunnel conforms wire automatically generated. Successfully used to solve the North Wuyishan, Beijing-Fuzhou Railway tunnel through observation.
引文
[1]路伯祥,范东明,熊永良等.垂线偏差对隧道贯通误差的影响[J].工程勘察,1998(3)：58-61.
[2]徐益群,陈日高,暴景阳,尤保平.用GPS水准法测定单点垂线偏差.海洋测绘,2004年11月第24卷第6期：9-12.
[3]邬熙娟,王维,高俊强.子午线收敛角和垂线偏差对陀螺方位角的影响.南京工业大学学报,2007年5月第29卷第3期：94-98.
[4]邹进贵,李琴,王铜等.Helmer方差分量估计理论的优化以及其在变形监测网中的应用[J].武汉大学学报(信息科学版),2009(9)：1076-1079.
[5]王旭华,赵德深,吴寅.边角控制网两类观测值权的确定研究[J].测绘通报,2004(6)：19-21.
[6]高俊强,胡灿.Helmert方差分量估计在隧道贯通中控制导线平差的研究[J].中国矿业大学学报,2006(1)：125-129.
[7]刘小生.地理纬度对陀螺定向的影响[J].地矿测绘,1999(3)：24-26.
[8]韩群柱,耿宏锁,李宇.地下工程导线测量中加测陀螺方位角的最佳位置研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2004(12)：116-120.
[9]李学仕,郑成沛.陀螺定向测量在广州地铁鱼大区间的应用与研究[J].铁道勘察,08(1)：8-11.
[10]铁建设[2009]196号,高速铁路工程测量规范(TB 10601-2009).北京：中国铁道出版社,2009.
[11]WU Zhi gang, WANG Wei guo, ZHANG Guoliang, et al. Research on Piercing Surveying Technique forSuper Long Tunnel and Its Application. Tianjin:Tianjin Investigation and design Institute Chinese Ministry of Hydroenergy,2002. (in Chinese).
[12]Code for Engineering Survey of High Speed Railway[M].2009. (in Chinese).
[13]ZHANG Zheng-lu, GUO Ji-ming, HUANG Quan-yi, et al. Research into an Automatic System of Terres2trial Control Surveying Data Gathering and Processing[M]. Hannover:[s. n.],1996.
[14]ZHANG Xiang-duo, ZHANG Zheng-lu. Engineering Surveying of Tunnel [M]. Beijing: Publishing Houseof Surveying and Mapping,1998.(in Chinese).
[15]Dan Eisensein.Urban soft ground tunnelling.Tunnelling and Underground Construction Society, Singapore,2000.
[16]卓健成等.原始数据误差对工程测量多级平面控制网精度的影响,《西南交通大学学报》,第1期,1985年.
[17]贺国宏.导线加测陀螺边进行隧道控制的进一步研究[J].铁道工程学报,1999(1)：54-60.
[18]潘国荣,黄加惠.地铁隧道盾构掘进的定向与贯通[J].铁路航测,1997(2)：36-38.
[19]潘国荣,王穗辉.地下导线加测陀螺边最优位置确定及精度分析分析[J].同济大学学报,2004,32(5)：656-659.
[20]冯仲科.地下贯通工程测量方案的优化理论和方法[J].测绘学报,1996,25(3)：303-308.
[21]于来法.地下铁道地面控制网布设方案和测量精度设计[J].测绘通报,1996(6)：11-13.
[22]邢庭松.隧道GPS网对贯通误差的影响[J].隧道建设,2003,23(5)：60-62.
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[27]郭沈凡.盾构隧道精密定位导向技术的分析[D].南京,河海大学,2005.
[28]潘庆林,高俊强,吉文来.南京地铁一号线定向测量方法及其精度的研究[J].测绘工程,2004,13(2)：39-41.
[29]Lu Baixiang,Cen Minyi.A problem in the Application of the Error Ellipsoid. Survey Review, Oct.1993:239-243.
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[38]於宗俦.Helmert型方差一协方差分量估计的通用公式.武汉大学学报,1991年第2期.
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[41]姚连璧,周小平.基于Matlab的控制网平差教学软件与应用.测绘工程,2006年8月第15卷第4期：65-67.
[42]张正禄,张松林,伍志刚,王卫国,周通,张国良等.20-50km超长隧道(洞)横向贯通误差影响值研究.测绘学报,2004年2月第33卷第1期：83-88.
[43]冯琰,张正禄,罗年学..最小独立闭合环与附合导线的自动生成算法[J].武汉测绘科技大学学报,1998.3(3)：69-73.
[44]姚连璧.基于MATLAB的控制网平差程序设计.同济大学出版社,2006.
[45]刘大杰,施一民.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理.上海：同济大学出版社,1996.
[46]李德仁.误差处理和可靠性理论.北京：测绘出版社,1988.
[47]陶本藻.自由网平差与变形分析.北京：测绘出版社,1984.
[48]崔希璋,放宗侍,陶本藻.广义测量平差.北京：测绘出版社,1992.
[49]A.塔穆季斯[俄].测量控制网的最优设计方法.北京：测绘出版社,1982.
[50]卓健成.工程控制测量建网理论.成都：西南交通大学出版社,1996年7月.
[51]黄声享等.变形监测数据处理.武汉：武汉大学出版社,2003年1月.
[52]陈永奇.变形观测数据处理.北京：测绘出版社,1988年7月.
[53]武汉测绘科技大学测量平差教研室.测量平差基础(第三版).北京：测绘出版社,1996年5月.
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[56]Watson, Nagel等著,C#入门经典[M].北京：清华大学出版社,2008.12.
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[2]徐益群,陈日高,暴景阳,尤保平.用GPS水准法测定单点垂线偏差.海洋测绘,2004年11月第24卷第6期：9-12.
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[19]潘国荣,王穗辉.地下导线加测陀螺边最优位置确定及精度分析分析[J].同济大学学报,2004,32(5)：656-659.
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[28]潘庆林,高俊强,吉文来.南京地铁一号线定向测量方法及其精度的研究[J].测绘工程,2004,13(2)：39-41.
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[55]赵吉先,吴良才,周世健.地下工程测量[M].北京：测绘出版社,2005.2.
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