確保超長隧洞高精度貫通所采取的措施和方法

顧宏 韓鵬程 李熙乾

確保超長隧洞高精度貫通所采取的措施和方法

顧宏 韓鵬程 李熙乾

隧洞導(dǎo)線測量和普通地面導(dǎo)線測量的區(qū)別在于，隧洞導(dǎo)線測量不能和普通地面導(dǎo)線測量一樣對導(dǎo)線點(diǎn)一次性先進(jìn)行符合測量。隧洞測量由于是地下工程，只能邊掘進(jìn)邊布點(diǎn)，以支導(dǎo)線的形式進(jìn)行測量，沒有檢核條件。隨著隧洞的延伸，導(dǎo)線誤差將越來越大，為了保證隧洞的正確貫通，需要采取不同于地面測量的特殊方法，由高精度的施工測量來保證，否則超長隧洞高精度貫通將無從談起。

隧洞測量 精確貫通 超長隧洞

1 工程概況

東北某工程主洞全長約100 km，由于整條隧洞從進(jìn)口到出口都在地下，中間無連接出口，為超長隧洞。為確保施工方便和保證控制測量與施工測量精度，在主洞沿線共布設(shè)14條施工支洞，滿足設(shè)計(jì)對主、支洞結(jié)構(gòu)尺寸的要求。即便如此，一部分隧洞兩支洞間貫通距離仍然太長，最長兩支洞間隧洞貫通距離加上支洞有約16 km之多。為增加隧洞正確貫通的可靠性，設(shè)計(jì)與測量監(jiān)理對隧洞測量工作制定了詳細(xì)的細(xì)則。

2 施工復(fù)測與控制測量

2.1 施工復(fù)測的程序

（1）施工單位應(yīng)對所交的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測應(yīng)包括下列內(nèi)容：①GPS點(diǎn)的基線邊長度；②導(dǎo)線點(diǎn)的轉(zhuǎn)角、導(dǎo)線點(diǎn)間的距離；③水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差；④復(fù)測應(yīng)與相鄰標(biāo)段進(jìn)行貫通測量，確保標(biāo)段施工交界處正確銜接。

（2）復(fù)測結(jié)果與設(shè)計(jì)單位的勘測成果不符時(shí)，必須再次復(fù)測進(jìn)行確認(rèn)。當(dāng)確認(rèn)設(shè)計(jì)單位勘測資料有誤或精度不符合成果要求時(shí)，應(yīng)積極與設(shè)計(jì)單位協(xié)商對勘測成果進(jìn)行改正。

（3）控制點(diǎn)復(fù)測完成后，應(yīng)編制詳細(xì)的復(fù)測成果書并形成交樁文件，復(fù)測成果應(yīng)報(bào)送監(jiān)理人和設(shè)計(jì)單位，復(fù)測成果滿足要求并經(jīng)監(jiān)理人批復(fù)后方可進(jìn)行后續(xù)的測量工作。

（4）施工單位應(yīng)將進(jìn)洞及洞內(nèi)的基本導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)成多環(huán)狀導(dǎo)線網(wǎng)向前延伸，但每環(huán)的邊數(shù)不得超過5條。要盡量布設(shè)成距離近似相等的長邊導(dǎo)線網(wǎng)。在不得已發(fā)生短邊時(shí)，相鄰的長、短邊比值不得大于3∶1。一般情況下，邊長不應(yīng)短于500 m，任何情況下，平均邊長都不得短于450 m，且在有條件的情況下應(yīng)當(dāng)盡量拉長距離，以減小轉(zhuǎn)折角觀測誤差對貫通精度的影響。

（5）隧洞長度大于1 000 m時(shí)，應(yīng)根據(jù)隧洞橫向貫通精度的要求進(jìn)行平面控制測量設(shè)計(jì)；隧洞相鄰兩開挖口間的高程路線長度大于5 000 m時(shí)，應(yīng)根據(jù)隧洞高程貫通精度的要求進(jìn)行隧洞高程控制測量設(shè)計(jì)。

2.2 洞內(nèi)平面控制測量

洞內(nèi)平面控制測量以不低于三等的光電測距導(dǎo)線網(wǎng)的方式進(jìn)行。

基本導(dǎo)線點(diǎn)的點(diǎn)位應(yīng)設(shè)置為強(qiáng)制對中的觀測墩。

平面觀測采用設(shè)備的精度指標(biāo)要求為：測角部分的標(biāo)稱精度不大于2 s，測距部分的標(biāo)稱精度a≤5 mm，b≤2 mm/km。

導(dǎo)線測量主要技術(shù)要求：測角中誤差不大于1.3 s，測距中誤差不大于±5.0 mm。

進(jìn)洞及洞內(nèi)基本平面控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)定期進(jìn)行復(fù)測。復(fù)測周期應(yīng)根據(jù)工程進(jìn)展情況按照監(jiān)理人的要求進(jìn)行。

2.3 洞內(nèi)高程控制測量

洞內(nèi)高程控制測量必須采用三等（或以上）幾何水準(zhǔn)方式進(jìn)行，不得采用光電測距三角高程的方式代替。高程控制測量采用水準(zhǔn)儀的標(biāo)稱精度要求如下：（1）高差觀測偶然中誤差不大于±3 mm/km。

（2）施測過程中，應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)規(guī)范要求定期對投入使用的水準(zhǔn)儀進(jìn)行i角檢驗(yàn)，并將檢驗(yàn)觀測記錄及檢驗(yàn)結(jié)果報(bào)送監(jiān)理人。

（3）進(jìn)洞及洞內(nèi)水準(zhǔn)測量應(yīng)當(dāng)采用左右路線分別觀測并經(jīng)常聯(lián)測的方式進(jìn)行，以加強(qiáng)校核。經(jīng)監(jiān)理人同意，也可采用其他能夠有效防止粗差出現(xiàn)的方式進(jìn)行。

（4）承包人應(yīng)每隔500 m左右設(shè)置一基本水準(zhǔn)點(diǎn)?；舅疁?zhǔn)點(diǎn)也可與基本導(dǎo)線點(diǎn)同點(diǎn)設(shè)置，但應(yīng)滿足水準(zhǔn)標(biāo)志的設(shè)置要求。

（5）洞內(nèi)高程控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)定期進(jìn)行復(fù)測。復(fù)測周期應(yīng)根據(jù)工程進(jìn)展情況按照監(jiān)理人的要求進(jìn)行。

2.4 依據(jù)規(guī)范

承包人應(yīng)當(dāng)依據(jù)GB 50026—2007《工程測量規(guī)范》SL 52—1993《水利水電工程施工測量規(guī)范》、DL/5173—2003《水電水利工程施工測量規(guī)范》及SL 378—2007《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》中關(guān)于三等光電測距導(dǎo)線觀測、三角觀測及水準(zhǔn)觀測的要求，結(jié)合本工程對平面控制測量、高程控制測量和隧洞貫通的精度要求。對平面控制測量、高程控制測量的觀測實(shí)施與數(shù)據(jù)處理及施工誤差控制制定具體的實(shí)施計(jì)劃書，報(bào)送監(jiān)理人審核。

3 貫通誤差估算

超長隧洞在掘進(jìn)前要進(jìn)行貫通誤差估算，根據(jù)隧洞長度和貫通測量容許極限誤差值選擇相應(yīng)的儀器標(biāo)稱精度、水準(zhǔn)測量等級和平均邊長。按規(guī)范嚴(yán)格施測，才能夠在規(guī)定限差要求下正確貫通。如東北某工程某標(biāo)段主洞為TBM掘進(jìn)施工，貫通點(diǎn)在施工終點(diǎn)樁號處。7#、9#、10#、11#支洞及其主洞雙向掘進(jìn)施工，導(dǎo)線長度均大于5 km，9#支洞長度加上主洞到7#洞服務(wù)區(qū)長度，約為11 km，7#支洞加上主洞到6#洞服務(wù)區(qū)長度，約為8.5 km，洞外控制點(diǎn)布置相差不大。按水工隧洞開挖極限貫通誤差要求，對9#支洞與主洞方向貫通誤差做出估算。其余支洞、主洞貫通中誤差均小于此分析中誤差。貫通中誤差要求見表1，水準(zhǔn)測量的精度見表2。

表1 貫通測量容許極限誤差值

表2 水準(zhǔn)測量的精度

3.1 估算依據(jù)

3.1.1 所用規(guī)范

所用規(guī)范有DL/T 5173—2003《水電水利工程施工測量規(guī)范》；GB/T 12898—2009《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》。

3.1.2 擬使用儀器的精度

3.1.3 誤差選擇

貫通中誤差的控制指標(biāo)，見表1。

7#支洞及其主洞適用5～10 km的貫通誤差的要求。

9#支洞及其主洞適用10～13 km的貫通誤差的要求。

3.2 估算網(wǎng)形的選擇

由于隧洞具有長且寬度窄的特點(diǎn)，本估算擬采用支導(dǎo)線形式向前傳遞。水平角觀測時(shí)采用強(qiáng)制對中；采用工程測量中高精度測角方法，即對單邊進(jìn)行盤左、盤右測回法觀測墩測量，一條邊測完，再對另一條邊進(jìn)行同樣的測回方法觀測，即不因?yàn)閮蓷l導(dǎo)線邊不相等而反復(fù)調(diào)焦，以減小調(diào)焦對測角的影響。

3.3 估算公式

由于影響隧洞的貫通，主要是橫向貫通誤差及豎向貫通誤差，所以本次估算只對橫向及豎向貫通誤差進(jìn)行估算。由于洞內(nèi)基本導(dǎo)線，在主洞未貫通時(shí)，都是閉合導(dǎo)線，無法形成符合導(dǎo)線。為了強(qiáng)化點(diǎn)位誤差對隧洞貫通的影響，簡化計(jì)算，把支導(dǎo)線端點(diǎn)的點(diǎn)位誤差看作橫向貫通中誤差。

3.3.1 橫向貫通誤差估算公式

式中mb——橫向貫通中誤差，mm；

ms——測距中誤差，mm；

n——導(dǎo)線邊數(shù)；

mβ——測角中誤差，（″）；

ρ——206 265″；

L——基本導(dǎo)線總長，mm。

3.3.2 豎向貫通誤差估算公式

式中mh——豎向貫通中誤差，mm；

MΔ——每千米高程測量高差中數(shù)的偶然中誤差，mm；

L——水準(zhǔn)路線長度，km。

3.4 估算過程

3.4.1 橫向貫通誤差估算

根據(jù)公式：

通過上述估算，標(biāo)稱精度2″2 mm+2 ppm全站儀無法滿足洞內(nèi)控制要求，必須采用標(biāo)稱精度1″1 mm+1.5 ppm型全站儀進(jìn)行控制作業(yè)，總長度8.5 km長平均邊長不小于224 m能夠滿足橫向貫通誤差為150 mm的要求，總長度11 km長平均邊長不小于225 m能夠滿足橫向貫通誤差為220 mm的要求，但在實(shí)際工作中洞內(nèi)通視條件比較好的情況下，采用400 m的邊長進(jìn)行估算。

根據(jù)公式(邊長400 m，9#洞共28條邊，7#洞22條邊)：

3.4.2 豎向貫通誤差估算

根據(jù)公式：

5 結(jié)語

通過以上估算，測角1.0″，按照標(biāo)稱精度1 mm+1.5 ppm全站儀估算，導(dǎo)線邊長采用400 m，理論貫通誤差為167 mm，所用儀器及洞內(nèi)控制網(wǎng)布設(shè)（三等導(dǎo)線）能夠滿足貫通要求。高程采用三等水準(zhǔn)測量，同時(shí)按技術(shù)要求和規(guī)范嚴(yán)格施測，能夠在規(guī)定限差要求下正確貫通。

顧宏男 工 程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

韓鵬程 男 助理工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

李熙乾 男 助理工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

P22

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1007-6980（2015）03-0024-03

2015-05-28）