新疆波波娜水電站引水隧洞貫通測量方案

張世軍 潘立志

摘 要：文章通過對(duì)波波娜水電站發(fā)電引水隧洞的貫通測量，詳細(xì)介紹了貫通測量的誤差預(yù)計(jì)以及在貫通測量中的施測方案和方法，確保隧洞的順利貫通。

關(guān)鍵詞：貫通測量方案；誤差分析；誤差預(yù)計(jì)

1 工程概述

波波娜水電站工程由攔河壩、發(fā)電引水洞、發(fā)電廠房和尾水渠等建筑物組成。發(fā)電引水洞為開挖直徑6.2m的圓形隧洞，整個(gè)引水系統(tǒng)總長12.393km，其中引水隧洞段長11.629km，縱坡1/380，共分1個(gè)主洞進(jìn)水口、4個(gè)支洞口、1個(gè)出水口。各個(gè)洞口之間受地形限制，通視條件差，交通條件也較為不便。鑒于實(shí)際情況的考慮，洞外采用二等GPS平面控制網(wǎng)和二等（部分為三等）水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)，洞內(nèi)采用支導(dǎo)線或雙支導(dǎo)線控制測量的方法實(shí)施施工測量。

2 貫通測量方案

2.1 概述

為了隧洞貫通后接合處的偏差不超過規(guī)范允許的限差要求，滿足隧洞貫通的精度，所以貫通測量的方案選擇和誤差預(yù)計(jì)都是必要的。貫通測量方案和方法選用的是否合理，一方面要看它們?cè)趯?shí)地施測時(shí)是否切實(shí)可行，另一方面還要看貫通測量的精度是否能滿足隧洞貫通的設(shè)計(jì)允許偏差要求，做到隧洞貫通心中有數(shù)。根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T5173-2003）要求，貫通測量限差如表1所示。

2.2 洞外控制測量

平面控制網(wǎng)為設(shè)計(jì)院提供的二等GPS施工控制網(wǎng)，中央經(jīng)線為79度30分，邊長投影面為1830面和1590面，每個(gè)洞口附近都至少有兩個(gè)相互通視的網(wǎng)點(diǎn)。高程控制網(wǎng)為設(shè)計(jì)院提供的二等水準(zhǔn)網(wǎng)，每個(gè)洞口附近都設(shè)有一個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。在交接樁后對(duì)設(shè)計(jì)院提供的首級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測，確定其精度達(dá)到規(guī)范要求后，方能進(jìn)行施工測量。

2.3 洞內(nèi)控制測量

2.3.1 控制點(diǎn)的布設(shè)。洞內(nèi)控制測量包括平面和高程兩部分，受洞內(nèi)地形條件限制，場地狹窄，控制點(diǎn)只能以導(dǎo)線形式布設(shè)，導(dǎo)線分為基本導(dǎo)線和施工導(dǎo)線，基本導(dǎo)線和施工導(dǎo)線宜沿洞壁兩側(cè)交叉布設(shè)（以減少旁折光影響），主要拐角點(diǎn)和進(jìn)洞控制點(diǎn)可埋設(shè)混凝土觀測墩。洞內(nèi)控制測量按三等導(dǎo)線的技術(shù)要求進(jìn)行施測，最短平均邊長360m，測角中誤差±1.8〃，測邊中誤差±5mm，邊長相對(duì)中誤差1/150000。高程控制網(wǎng)以設(shè)計(jì)院提供的二等水準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)，按三等水準(zhǔn)要求引測到各施工支洞口附近，高程標(biāo)石可與基本導(dǎo)線標(biāo)石合一，對(duì)于支導(dǎo)線線路應(yīng)進(jìn)行兩組獨(dú)立觀測。

2.3.2 外業(yè)測量。洞內(nèi)導(dǎo)線測量用徠卡TCR402全站儀（測角精度2″，測距精度2mm+2ppm）進(jìn)行施測，儀器的精度完全滿足三等導(dǎo)線測量的要求。角度觀測采用方向觀測法，水平角觀測9測回，天頂距4測回，測距4測回，邊角均進(jìn)行往返觀測。

高程控制測量用DS3200自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行施測（儀器的標(biāo)稱精度為±1mm/km），在每一測段的往測與返測時(shí)，測站數(shù)應(yīng)為偶數(shù)，否則應(yīng)加入標(biāo)尺零點(diǎn)差改正，由往測轉(zhuǎn)向返測時(shí)，兩標(biāo)尺必須互換位置并應(yīng)重新安置儀器。

洞內(nèi)控制測量應(yīng)在施工不影響時(shí)進(jìn)行，并加強(qiáng)通風(fēng)，保證照明充分，提高清晰度。以良好的施測環(huán)境，確保測量的精度。洞內(nèi)導(dǎo)線向前延伸，施測時(shí)必須聯(lián)測兩個(gè)以上同等級(jí)控制點(diǎn)，在確定前面點(diǎn)位正確無誤后方可向前延伸。

2.3.3 內(nèi)業(yè)計(jì)算。測角時(shí)，每站的左右角都觀測，并進(jìn)行測站平差；測距時(shí)，將大氣溫度和氣壓輸入儀器進(jìn)行氣象改正，根據(jù)儀器鑒定常數(shù)進(jìn)行加、乘常數(shù)改正，然后進(jìn)行歸算到高程投影面改正；要對(duì)整個(gè)導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算，以減少測量誤差的積累。

3 貫通誤差分析

在隧洞施工中，由于洞外控制測量、聯(lián)系測量、洞內(nèi)控制測量以及細(xì)部放樣測量的誤差積累，使兩個(gè)相向開挖的施工中線不能理想地銜接，產(chǎn)生的錯(cuò)開現(xiàn)象，叫做貫通誤差。貫通誤差包括縱向貫通誤差、豎向（高程）貫通誤差、橫向貫通誤差。一般來說縱向貫通誤差只影響隧洞的長度，對(duì)工程質(zhì)量關(guān)系不大，因此要求并不高。豎向（高程）貫通誤差會(huì)影響貫通面的光順或影響隧洞的坡度，要求較高。但實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，應(yīng)用水準(zhǔn)測量的方法容易達(dá)到所要求的精度。橫向貫通誤差會(huì)影響隧洞有效斷面的大小，如果誤差太大致使隧洞貫通面左右錯(cuò)開，就必須采取其他補(bǔ)救措施，這些都會(huì)造成很大經(jīng)濟(jì)損失并拖延工期，可見影響貫通誤差的主要因素為橫向貫通誤差。

洞內(nèi)基本導(dǎo)線受施工面狹窄影響，通常只能布設(shè)成支導(dǎo)線，而且不可能一次測完，只有開挖掘進(jìn)一段距離后才可布設(shè)一個(gè)新點(diǎn)，為了施工放樣的需要，一般每開挖掘進(jìn)20-50m就要增設(shè)一個(gè)施工導(dǎo)線點(diǎn)，但導(dǎo)線邊太短會(huì)增加橫向誤差。直伸等邊（為了使公式簡單便于說明）的支導(dǎo)線中端點(diǎn)的橫向誤差是由角度誤差引起的：

每條導(dǎo)線邊的長度對(duì)導(dǎo)線全長[s]無影響，但它會(huì)影響n值。導(dǎo)線邊越短，n值越大。如果測角精度不變，支導(dǎo)線總長不變，但采用較長的導(dǎo)線邊，就可以減少n數(shù)，從而減少端點(diǎn)的橫向誤差。因此在洞內(nèi)布設(shè)基本導(dǎo)線時(shí)，如洞內(nèi)空氣質(zhì)量好視線清楚導(dǎo)線邊盡可能做的長一些。

4 貫通誤差預(yù)計(jì)值估算

隧洞貫通誤差由洞外和洞內(nèi)控制測量兩部分組成。由于洞外采用GPS網(wǎng)控制測量，因此，文章只對(duì)洞內(nèi)貫通誤差預(yù)計(jì)值做出估算。

波波娜引水洞共分三個(gè)貫通面進(jìn)行橫向、縱向、豎向貫通控制，下面以3#支洞和4#支洞（引5+971.880至引7+806.719）之間，貫通導(dǎo)線全長2159m，貫通面在引6+900處為例，對(duì)洞內(nèi)貫通誤差預(yù)計(jì)值做出估算。根據(jù)隧洞設(shè)計(jì)開挖圖，按一定比例尺在CAD軟件上繪出隧洞開挖平面圖及貫通面位置，充分考慮開挖施工時(shí)洞內(nèi)的測量環(huán)境以及測量精度的提高，合理選出導(dǎo)線點(diǎn)位置，并展于圖上。如圖1所示。

4.1 橫向貫通誤差預(yù)計(jì)

橫向貫通中誤差是由導(dǎo)線測角誤差和導(dǎo)線邊長誤差所引起，根據(jù)誤差傳播定律，導(dǎo)線測角及測邊是相互獨(dú)立的兩個(gè)量，得出橫向貫通中誤差常用的估算公式為：

上式中：myβ-由于測角中誤差所產(chǎn)生的在貫通面上的橫向中誤差，m；mβ-測角中誤差，〃；ρ-206265〃；Rx-導(dǎo)線點(diǎn)到貫通面的垂直距離，m；myL-由于測邊中誤差所產(chǎn)生的在貫通面上的橫向中誤差，m；mL/L-導(dǎo)線邊相對(duì)中誤差；dy-導(dǎo)線邊在貫通面上的投影長度，m；My-洞內(nèi)導(dǎo)線測量在貫通面上所產(chǎn)生的總的橫向中誤差，mm；n-導(dǎo)線組數(shù)。

在圖1上量取各導(dǎo)線點(diǎn)到貫通面的距離Rx和各導(dǎo)線邊在貫通面上的投影長度dy列入表2。

根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T5173-2003）要求，mL/L=1/150000、mβ=±1.8〃、n=2，由表2計(jì)算得出貫通面在引6+900處的橫向貫通中誤差估算值為：My=±12.6mm。

4.2 縱向貫通誤差預(yù)計(jì)

根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T5173-2003）要求，mL/L=1/150000，計(jì)算得出貫通面在引6+900處的縱向貫通中誤差估算值為：Mx=± =±14.6mm。

4.3 豎向貫通誤差預(yù)計(jì)

根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T5173-2003）要求，以三等水準(zhǔn)測量的精度指標(biāo)計(jì)算，取M△=3.0mm、L=2.159km，計(jì)算得出貫通面在引6+900處的豎向貫通中誤差估算值為：M△h=±M△ =±4.4mm。

5 貫通誤差的測定及調(diào)整

5.1 貫通誤差的測定

在貫通面附近埋設(shè)一臨時(shí)點(diǎn)，由進(jìn)測的兩個(gè)方向分別測該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所得的閉合差分別投影至貫通面及垂直方向上，得出實(shí)際的橫向和縱向貫通誤差，所測的高程差值即為實(shí)際的豎向貫通誤差。

5.2 貫通誤差的調(diào)整

因波波娜引水洞貫通面均在直線段上，應(yīng)采用折線法調(diào)整中線。在后期引水洞襯砌階段應(yīng)嚴(yán)格按照調(diào)整后的中線指導(dǎo)施工。

6 結(jié)束語

波波娜引水洞已于2010年全線貫通，經(jīng)測定貫通面在引6+900處的實(shí)際橫向貫通誤差為：17mm、縱向貫通誤差為：39.5mm、豎向貫通誤差為：6mm。通過對(duì)貫通成果進(jìn)行評(píng)定，均達(dá)到《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T5173-2003）及測量設(shè)計(jì)要求。該工程的順利貫通，為我們積累了許多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)，今后在同類工程中，在滿足必要的工程限差要求下，根據(jù)實(shí)際需要，考慮成本與效率，選擇適當(dāng)?shù)臏y量方案和方法，不要盲目提高測量精度，造成精度浪費(fèi)，增加測量工作量。

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