长距离过海隧道高精度三维空间基准传递与贯通测量分析_胡玉祥.pdf
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1、第 46 卷 第 6 期2023 年 6 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 46,No 6Jun,2023收稿日期:20211101作者简介:胡玉祥(1988),男,山东潍坊人,高级工程师,硕士,2015 年毕业于武汉大学大地测量学与测量工程专业,主要从事 GNSS数据处理与应用、城市轨道交通测量研究工作。长距离过海隧道高精度三维空间基准传递与贯通测量分析胡玉祥1,2,3,张洪德1,3,宋云记1,3,孟庆年1,3,王晓兵1,3(1 青岛市勘察测绘研究院,山东 青岛 266032;2 青岛市西海岸基础地理信息中心有限公司,山
2、东 青岛 266000;3 青岛市地下空间地理信息工程研究中心,山东 青岛 266032)摘要:作为第一条长距离过海隧道,青岛地铁 1 号线胶州湾海底段全长 3 4 km,如何保证海底隧道的准确贯通成为施工的关键。本文采用 GNSS 静态观测、精密导线测量及高等级跨海高程联测方式建立高精度三维空间基准,探究影响隧道贯通的误差来源,应用误差传播定律对贯通精度进行估算,提出以交叉双导线加测陀螺边引测平面坐标和方位角、斜井高等级几何水准方式传递高程的测量方案。通过实际测量,1 号线过海段水平贯通误差为 5 2 mm、高程贯通误差为 9 0 mm,验证了测量方案的准确性,为长距离过海隧道工程提供有益借
3、鉴。关键词:长距离过海隧道;三维空间基准;误差传播定律;交叉双导线;贯通误差;测量方案中图分类号:P224文献标识码:A文章编号:16725867(2023)06020804Analysis of High Precision 3D Spatial Datum Transfer and PenetrationSurvey for Long Distance Sea Crossing TunnelHU Yuxiang1,2,3,ZHANG Hongde1,3,SONG Yunji1,3,MENG Qingnian1,3,WANG Xiaobing1,3(1 Qingdao Surveying M
4、apping Institute,Qingdao 266032,China;2 West Coast Geomatics Center of Qingdao,Qingdao 266000,China;3 Qingdao Engineering esearch Center of Geographical Information of Underground Space,Qingdao 266032,China)Abstract:As the first long distance sea crossing tunnel,the Jiaozhou Bay subsea section of Qi
5、ngdao Metro Line 1 has a total length of3 4 km How to ensure the accurate penetration of the subsea tunnel has become the key to the project In this paper,GNSS static ob-servation,precision traverse survey and highlevel cross sea elevation joint survey methods are used to establish highprecision 3Ds
6、patial benchmarks,explore the sources of errors affecting tunnel penetration,apply law of error propagation to estimate the penetrationaccuracy,and propose a measurement scheme that uses cross double traverse plus gyro to measure plane coordinates and azimuth an-gles,and highlevel geometric leveling
7、 of inclined shafts to transfer elevation Through actual measurement,the horizontal penetrationerror of the sea crossing section of Line 1 is 5 2 mm,and the elevation penetration error is 9 0 mm,which verifies the accuracy of themeasurement scheme and provides a useful reference for longdistance sea
8、 crossing tunnel engineeringKey words:long distance sea crossing tunnel;3D spatial datum;law of error propagation;cross double traverse;penetration error;measurement scheme0引言地铁隧道工程一般由两头车站对向开挖,对于对向开挖距离较长区间,通常可在区间适当位置增加施工风井进行两井定向,以此提高三维坐标传递的精度和可靠性17。青岛地铁 1 号线全长 59 9 km,横穿胶州湾海底,长度 3 5 km,是连接黄岛区和青岛市主城区
9、的一条交通要道,在黄岛端和市区端各设置一座施工斜井。由于横穿胶州湾,采用传统增加风井联测的方式不可行,本文首先采用 GNSS 静态观测、精密导线测量及高等级的跨海高程联测方式建立高精的三维空间基准,深入探讨影响长距离隧道贯通测量影响因素,对各影响因子分类定权,应用误差传播定律进行精度估算,提出以交叉双导线通过斜井传递方式引测平面坐标,同时加测陀螺边对方位角进行检核以联合平差,斜井高等级几何水准方式传递高程的测量方案。通过选择满足精度要求的观测仪器和提高测量精度的方法,综合运用多种测量手段相互对比和检核,有效地保证过海隧道的准确贯通。对贯通后的隧道进行实际测量,结果远高于规范要求,验证了相关方法
10、的有效性,为类似工程提供了有益借鉴。1高精度三维空间基准建立长距离地铁隧道施工前需要建立高精度的三维空间基准,包含平面基准和高程基准。平面基准分首级 GNSS控制网和精密导线网3,8,高程基准采用二等水准跨海联测节点网。为保证空间基准统一,卫星定位控制网以 QDCOS起算23;精密导线网作为卫星定位控制网的加密,布设为附和导线或结点导线网;高程基准按国家二等水准组建高程控制网,通过已有的胶州湾隧道将两侧进行联测,确保水准线路基准的统一。1 1卫星定位控制网青岛市连续运行基准站系统(QDCOS)与 IGS 跟踪站和青岛高等级控制点均进行了统一联测,各点兼容性良好,各站点既具有青岛城市坐标系的坐标
11、,又具有高精度的 WGS84 坐标,利用 QDCOS 作为平面控制网的起算点。1 号线过海隧道 GNSS 控制网联测如图 1 所示。图 1地铁 1 号线过海段卫星定位控制点布设图Fig 1Layout of satellite positioning control points in seacrossing section of Metro Line 1从算法角度讲,GPS 静态数据处理流程分为数据传输、格式转换、基线解算和网平差 4 个阶段810。数据传输主要利用配套的随机软件,格式转换、基线解算和网平差的相关知识在相关文献已有详细论述11。在青岛城市坐标系下,结合点位分布情况,选用胶南、
12、红石崖、小港、红岛、青银路、田横和金口站作为二维约束平差的起算数据,最弱点/最弱边及精度见表 1。表 1二维约束平差最弱点/最弱边及其精度Tab 1The weakest pointedge and its accuracy of 2D constrained adjustment最弱点MX(cm)MY(cm)MP(cm)GPS1450 370 320 49最弱边A(dms)MA(s)S(m)MS(cm)MS:SppmGPS091SD02193 194 650 72478 642 20 181/269 0003 71精密导线网作为过海隧道平面坐标和方位传递的起算点,以附和导线和结点导线网的形式
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