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GPS测量在隧道施工中的应用 　　摘要：通过GPS静态定位在蛤蟆岭隧道中的应用，阐述了GPS测量在长大隧道控制测量中的作业流程以及GPS静态定位数据处理的一般步骤和方法，表明了对于贯穿树木茂密通视困难地区的隧道控制测量，GPS测量具有显著的经济和社会效益。 　　 关键词：GPS隧道控制测量数据处理应用 　　1 概述 　　蛤蟆岭隧道位于铜陵至九江新建铁路第1合同段，为单线隧道，全长3765m，隧道进口位于直线上，出口位于曲线上，中部为缓和曲线段段，隧道分进出口两个工作面相向开挖。测区气候属亚热带季风气候区，温暖湿润、光照充足。测区位于皖南地区山区，植被覆盖高、森林茂密、交通不便，常规测量通视条件相当困难。因此，采用GPS静态定位进行控制测量，测量使用四台美国天宝4600LS 单频GPS接收机，平面标称定位精度为5mm+1ppm，基线解算软件采用随机软件TGOffice。 　　2 蛤蟆岭隧道GPS网的精度设计 　　 根据隧道长度和横向贯通误差精度要求，参照《公路全球定位系统(GPS)测量规范》JTJ/T066-98，蛤蟆岭隧道控制网应按二级GPS网的精度要求布设和施测，技术指标如下： 　　 卫星高度角≥15° 　　 数据采集间隔≥15秒 　　 观测时间≥60分 　　 点位几何图形强度因子(GDOP) ≤6 　　 重复测量的最少基线数≥5% 　　 施测时段数≥2 　　 有效观测卫星总数6 　　3 蛤蟆岭隧道GPS网的网型优化 　　 与常规地面平面控制网一样，GPS网布设的原则是保证隧道按设计精度正确贯通，从洞口投点给出精确的进洞方向以指导隧道开挖。 　　 在布设控制网时，各开挖洞口布设的GPS点不应少于3个，为便于使用常规测量方法进行检测，加密和恢复，各开挖洞口布设的三点间至少应有一个点能与其它两点通视，并且隧道定向边距离应大于300米，以满足施工中的常规检测和提高进洞方位角的传递精度。对于铁路直线隧道，应在进出口定测中线上，布设两个控制点，以便于建立施工坐标系，曲线隧道应在每一切线上布设两个点，以便精确计算曲线偏角和施工放样数据。对于公路隧道，应在进出口各连测一个线路定测导线点，以便确定隧道GPS点与线路导线点的关系，测定和调整隧道控制测量与线路测量的连接误差。 　　 隧道GPS网应采用网连式的布网方法，应通过独立基线构成闭合图形，网中不应存在自由基线，自由基线不具备发现粗差的能力。某一闭合条件中的基线数不可过多，避免导致各边中粗差在求闭合差时相互抵消，不能起到发现粗差的作用。网中各点最好至少应通过三条独立基线，以保证检核条件，提高网的可靠性，使网的精度、可靠性较均匀。每个控制点应独立观测至少两个时段。除了采用同步环和异步环作为基线质量检核外，还可用全站仪测施测1～2条测距边，加测角度作为外部检核。 　　 蛤蟆岭隧道由于长隧道施工周期长，控制点使用时间较长，为便于在隧道施工期间对洞口控制点的稳定性进行常规检测，进出口各设了4个GPS控制点，其中E004、EO11-1为线路定测导线点。控制网布设如图1（示意图中部分基线边未表示）。 　　 图1 控制网布设图 　　 GPS控制点点位选择的好坏，对GPS控制网的精度影响很大，通过对隧道进出口进行实地踏勘，点位均设在山顶稳定的基岩上，视野开阔，没有高度角大于15°的障碍物，远离高压线及大功率无线电发射源，隧道定向边进出口均大于500米。 　　4 外业观测 　　4.1 星历预报 　　 运行TGOffice，利用软件的作业计划工具，将测站的概略经度、纬度、高程、卫星的截止高度角、观测时间等测站信息输入对话框，查看卫星的可见性。从卫星数示意图中可以看出，在拟定的观测时间中测区可见最少卫星颗数为6，说明全天均可观测。 　　4.2 制定作业计划表 　　 根据隧道的长度、开挖口的分布、精度要求、接收机的台数、星历预报情况、作业方式、交通条件来确定GPS网的观测方案和制定作业计划。 　　 蛤蟆岭隧道作业计划如下表1。 　　 　　 　　 　　 为确保控制网实测精度，每个时段观测时间均大于90分钟，因为在基线处理时要剔除或删除部分不合格的观测时段，所以在不增加工作量的前提下多观测30分钟是非常必要的。 　　 与常规地面控制测量一样，GPS网也要求有足够的多余观测量，即有一定的可靠性。GPS网的可靠性用平均可靠性指标r表示，r=nr/n，n为所选的独立基线向量总数，nr为多余基线向量数，nr等于基线向量总数n减去必要的基线向量数nt，而必要的基线向量数nt等于总点数np减1，因此，r=(n-np+1)/n。根据隧道长度和精度要求等因素，r值应大于0.3。 　　 从表1看出，蛤蟆岭隧道GPS网的独立向量总数21个，每个点观测3个时段，平均可靠性指