測量新技術(shù)在特大型地下廠房工程中的應(yīng)用

李學(xué)忠

摘要： 簡要介紹國家特大型工程-烏東德水電站地下洞室施工測量控制程序及新技術(shù)新工藝的運(yùn)用，重點(diǎn)闡述地下洞室施工測量的難點(diǎn)、重點(diǎn)及解決方法。

Abstract： This paper briefly introduces the construction and control procedures and the application of new technology in the construction of the underground caverns of the Utsende Hydropower Station， and focuses on the difficulties， key points and solutions of the construction of the underground caverns.

關(guān)鍵詞： 烏東德水電站；控制測量；施工放樣；掌上電腦PDA；Excel電子計(jì)算表格

Key words： Wudong De hydropower station；control measurement；construction lofting；PDA；Excel electronic calculation form

中圖分類號：TU198 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）18-0151-02

1 施工測量概述

控制測量和竣工驗(yàn)收測量是地下廠房施工測量工作的重點(diǎn)，地下特殊施工部位的測量放樣，如何應(yīng)用新技術(shù)提高工效和精度是其工作難點(diǎn)。該院從最初進(jìn)場就建立了一個高精度的施工測量控制網(wǎng)，廣泛采用施工測量新技術(shù)，編制了大量地下洞室施工測量計(jì)算程序，高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求實(shí)施施工測量作業(yè)和檢測工作，為烏東德水電站地下廠房工程的順利施工提供了測繪保障。

2 施工控制測量

地下洞室群相互之間的貫通直接影響著洞內(nèi)控制精度的高低，烏東德水電站地下洞室縱橫交錯，由20多個地下洞室組成，包括排水洞、排煙洞、排風(fēng)洞、交通洞、主洞等，控制好各洞至關(guān)重要。因?yàn)槟繕?biāo)的照準(zhǔn)精度會受到多種因素的影響，比如施工、燈光照明、煙塵等，為了確保目標(biāo)的照準(zhǔn)精度滿足要求，應(yīng)保證洞內(nèi)基本導(dǎo)線相鄰點(diǎn)間的距離盡量在七十米以內(nèi)，導(dǎo)線點(diǎn)間距離小于五十米時照準(zhǔn)精度較高，為避免受施工干擾，盡量將導(dǎo)線點(diǎn)沿洞壁兩側(cè)布設(shè)在僻靜的地方，同時觀測導(dǎo)線的左、右角。在短邊和長邊變化處增加左、右角的觀測次數(shù)，以減小角度觀測對橫向誤差的影響。

當(dāng)前全站儀測量是地下洞室采用最多的方式，該方式不僅測距精度和測角精度較高，而且只要嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，其結(jié)果往往都能夠滿足施工要求。

3 施工放樣

烏東德水電站地下洞室開挖工作面多，施工放樣頻率高難度大，放樣的速度和質(zhì)量直接影響到地下洞室開挖進(jìn)度，為保證施工進(jìn)度和質(zhì)量必須優(yōu)化施工測量方法，首選有無棱鏡反射測距功能的全站儀，采用紅色激光點(diǎn)直接在掌子面上能快速測出隧洞輪廓點(diǎn)的三維坐標(biāo)，編制好測量放樣計(jì)算程序，根據(jù)計(jì)算出的超欠值移動激光點(diǎn)逐步放樣到設(shè)計(jì)輪廓線上。

烏東德水電站工程放樣的難點(diǎn)主要集中引水洞的斜井段、尾水調(diào)壓井的球冠、廠房頂拱的三心圓上。要解決上述問題必須建立正確的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，斜井段的洞型有城門型和圓型兩種，它們的計(jì)算方法基本相似，我們所測得三維坐標(biāo)是相對于鉛垂面上的，而斜井與鉛垂面有一夾角，用三維坐標(biāo)直接解算較困難，針對這種情況首選將觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)投影到斜井段的垂直斜面上，使其變?yōu)槎S平面直角坐標(biāo)，這樣就可在平面直角坐標(biāo)系上解算隧洞輪廓點(diǎn)的超欠值。以引水洞斜井段為例，見圖1。

引水洞斜井上下由半徑為25m的彎管段組成。投影面轉(zhuǎn)換公式為：

式中，Hp——點(diǎn)P的實(shí)測高程；

X斜——P點(diǎn)在斜垂面上的投影；

S——隧洞輪廓線的超欠值；

R0——圓洞半徑；

E——為觀測點(diǎn)P在軸線上的偏距；

Hg點(diǎn)P在斜井段上的設(shè)計(jì)圓心高。

采用掌上電腦PDA編制計(jì)算程序如下：

5255 REM 斜井段************

5300 YZH=232.579：RD=5.2：QSG=952.769

5320 YXG1=QSG-（K-YZH）*TAN（FN A（48））：ZZB=（HP-YXG1）*COS（FN A（48））

5330 SB=（HP-YXG1）*SIN（FN A（48））：QG=YXG1+SB*SIN（FN A（48））

5340 SD=SQR（ZZB^2+E^2）-RD

5345 XC1=（K-YZH）/COS（FN A（48））-SB：IF XC1>71.987 THEN GOTO 5400

5350 KXC=YZH+XC1：GOTO 5500

…

5500 REM 計(jì)算結(jié)果顯示************

5505 E=INT（E*1000+0.5）/1000

5510 SD=INT（SD*1000+0.5）/1000

5520 QG=INT（QG*1000+0.5）/1000

5525 KXC=INT（KXC*1000+0.5）/1000

5530 CLS：LOCATE 1，3：PRINT "***顯示計(jì)算結(jié)果***"

5540 K1=INT（ABS（K）/1000）：K2=ABS（K）-K1*1000：K3=INT（K2*1000+0.5）/1000

5550 QG=INT（QG*1000+0.5）/1000：E=INT（E*1000+0.5）/1000

5560 IF K>=0 THEN LOCATE 2，1：PRINT "K"；K1；"+"；K3

5570 IF K<0 THEN LOCATE 2，1：PRINT "K"；K1；"-"；K3

5580 LOCATE 3，1：PRINT "偏距E="；E

5590 LOCATE 4，1：PRINT "斜面樁號="；KXC

5600 A$=INKEY$

5610 CLS：LOCATE 1，1：PRINT "超欠值="；SD；

5620 LOCATE 2，1：PRINT "設(shè)計(jì)起拱高="；QG；

5630 LOCATE 4，1：PRINT "*******************"

5640 LOCATE 5，1：PRINT "是否保存數(shù)據(jù)（Y/N）："；

5650 LOCATE 5，19：INPUT ""；M$

5660 IF M$="Y" THEN 2235

5670 IF M$="N" THEN GOTO 860 ELSE GOTO 3600

尾水調(diào)壓井洞頂拱是球冠，設(shè)計(jì)規(guī)定嚴(yán)禁欠挖且超挖不得大于15cm，經(jīng)過反復(fù)研究論證要想保證開挖精度必須是短進(jìn)尺多循環(huán)，通過計(jì)算和比對鉆桿進(jìn)尺長度在0.5米左右超挖可控制在13cm以內(nèi)。在放樣過程當(dāng)中為每一個鉆孔提供兩個方向的差值，即球心的徑向差值和平切圓的徑向差值以控制鉆桿的擺動方向。

見圖2：徑向差值按下式計(jì)算：

式中，X、Y、H分別為球心和觀測點(diǎn)P的三維坐標(biāo)；

S1為球心的徑向差值；

S2為平切圓的徑向差值；

R為球心的半徑。

采用掌上電腦PDA編制計(jì)算程序如下：

10 GRAPH：BOX 1，1，160，80，1：ELLIPSE 80，40，47，15，1，0

20 ELLIPSE 130，90，10，5：LOCATE 3，6：PRINT "調(diào)壓井球冠"

30 M$=INKEY$

40 IF M$=CHR$（13）THEN GOTO 60

50 GOTO 40

60 CLS

70 LOCATE 1，1：PRINT "**請輸入觀測數(shù)據(jù)**"

80 LOCATE 2，1：INPUT "Xp="；XP

90 LOCATE 3，1：INPUT "Yp="；YP

100 LOCATE 4，1：INPUT "Hp="；HP

110 QXCZ=SQR（（XP-27820.275）^2+（YP-49363.424）^2+（HP-933.331）^2）-16.339

120 QYCZ=SQR（（XP-27820.275）^2+（YP-49363.424）^2）

-SQR（16.339^2-（HP-933.331）^2）

130 LOCATE 1，1：PRINT "***顯示計(jì)算結(jié)果***"

140 LOCATE 2，1：PRINT "球心徑向="；QXCZ

150 LOCATE 3，1：PRINT "平切圓差值="；PQYCZ

160 LOCATE 4，1：PRINT "*******************"

170 INPUT "（是否繼續(xù) Y/N ）："；SEL$

180 IF SEL$="Y" THEN GOTO 60 ELSE 190

190 CLS：END

4 靈活應(yīng)用新技術(shù)提高工作效率和質(zhì)量

烏東德水電站工程具有開挖循環(huán)快、工作面多、施工任務(wù)緊的特點(diǎn)，工程的進(jìn)度受施工放樣的速度和質(zhì)量的直接影響，而當(dāng)前所用的全站儀由于不具備程序開發(fā)功能，無法有效提高施工放樣的速度和質(zhì)量，基于此，應(yīng)開發(fā)新的計(jì)算工具以提高計(jì)算速度和質(zhì)量。CASIO fx-5800p計(jì)算器程序就是在這種情況下應(yīng)用而生的，它能夠滿足提高計(jì)算速度和質(zhì)量的目的，且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，但其存在一個明顯的弊端，即內(nèi)存容量較小，無法存儲大量的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，還需人工記錄，而且在不同的部位還需從新錄入起算數(shù)據(jù)。用掌上電腦PDA就可以解決上述問題?；谡粕想娔X而開發(fā)的應(yīng)用程序，在烏東德地下廠房工程中得到的具體應(yīng)用。它實(shí)現(xiàn)了將整條線路、洞室的平面、縱斷面以及橫斷面各種形體參數(shù)溶合為一體化，任意樁號或距中線任意點(diǎn)均以三維坐標(biāo)的形式表達(dá)出來（平面坐標(biāo)和高程），在放樣時找到平面位置的同時，也得到該點(diǎn)的設(shè)計(jì)高度，從而實(shí)現(xiàn)三維放樣。以隧洞工程為例可以輕松解決以下的這些問題。①構(gòu)筑物的軸線放樣。②任意邊樁放樣。③中樁放樣。④三維坐標(biāo)計(jì)算。

筆者針對地下廠房施工放樣的特殊性在掌上電腦中進(jìn)行了開發(fā)與應(yīng)用，在烏東德水電站工程中取得了較好的效果，只需輸入放樣部位的文件名和存儲文件名就可實(shí)現(xiàn)計(jì)算存儲與一體。

在整個放樣過程中不需人為干預(yù)就可自動判斷計(jì)算出各觀測點(diǎn)所有幾何參數(shù)，使工作效率得到較大的提高。

5 結(jié)束語

烏東德水電站地下洞室群結(jié)構(gòu)雖然較為復(fù)雜，但在工作中善于總結(jié)和創(chuàng)新，對新技術(shù)的靈活的運(yùn)用，不僅可滿足施工放樣的要求同時也可提高測繪成果的質(zhì)量和工作效率，減輕內(nèi)外業(yè)的勞動強(qiáng)度，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新工藝將在測繪領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50026-2007，工程測量規(guī)范[S].

[2]李青岳，等.工程測量學(xué)[M].北京：測繪出版社，1995.

[3]陳俊良，柴智.淺議建筑工程施工測量[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（24）.