特長隧洞精密測(cè)量導(dǎo)線網(wǎng)的控制

余 敏

（中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司 重慶 北碚區(qū) 400700）

某引水隧洞由若干施工支洞承擔(dān)相應(yīng)施工任務(wù)，最后實(shí)現(xiàn)全部貫通?？偢伤矶雌露刃。瑪嗝嫘?，與之形成對(duì)比的是各施工支洞坡度大斷面更為狹小。隨著特長隧洞的增加，隧洞貫通在施工作業(yè)中尤為重要。隧洞貫通精密測(cè)量對(duì)衡量后期混凝土二次襯砌施工與竣工后的引水使用要求比較高。特別是對(duì)有些管道及特種工程的隧洞，洞內(nèi)控制測(cè)量精度的高低就直接影響到貫通的精度，為保證隧洞在允許精度內(nèi)貫通，尤其是在小斷面，大坡度，小邊長，小角度的隧洞中，我們首先要對(duì)洞內(nèi)控制測(cè)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，如何布置測(cè)量導(dǎo)線網(wǎng)，采用何種方法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量尤為重要[1]。本文根據(jù)已經(jīng)順利貫通的某引水隧洞為基礎(chǔ)，闡述各種難點(diǎn)下導(dǎo)線的測(cè)設(shè)。

1 洞內(nèi)控制測(cè)量設(shè)計(jì)

1.1 縱斷面與平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)圖紙?jiān)趯?duì)整體掘進(jìn)需要下對(duì)引水隧洞交通洞內(nèi)設(shè)一距離小于150m,角度小于45°的短邊小角度支洞，給導(dǎo)線測(cè)量控制帶來一定難度。在洞口投點(diǎn)當(dāng)中，利用一個(gè)GPS 約束點(diǎn)，同時(shí)后視兩個(gè)GPS 點(diǎn)，為洞口交叉投兩個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，互相制約，互相約束。在交通洞最里面短邊處的置鏡點(diǎn)可以選擇二次置鏡或采取強(qiáng)制對(duì)中樁，對(duì)投點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，以減小人為可視誤差。如圖1 圖2 所示：

施工各支洞進(jìn)口采用靜態(tài)GPS 觀測(cè)，對(duì)洞口投點(diǎn)受環(huán)境，洞口朝向等因素制約，而且存在測(cè)量誤差不斷累積的因素影響，為保證隧洞順利貫通增加了很大難度。各施工支洞與自己所承擔(dān)的總干任務(wù)在洞內(nèi)平面控制測(cè)量在未貫通前都是支導(dǎo)線。首先要根據(jù)洞室相向或單向開挖長度及設(shè)計(jì)貫通精度要求，對(duì)洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行設(shè)計(jì)，估算預(yù)期的誤差。選擇測(cè)量設(shè)備及備選測(cè)量方案。支導(dǎo)線的終點(diǎn)是支導(dǎo)線精度的最弱點(diǎn)，橫向貫通中誤差是由導(dǎo)線測(cè)角誤差及導(dǎo)線邊長誤差所引起，而橫向貫通中誤差主要影響隧洞的貫通精度。

圖1 交通洞與41#施工支洞洞外GPS 與洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)觀測(cè)示意圖

圖2 分水退水洞洞外GPS 與洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)觀測(cè)示意圖

圖3 紅外線與隧洞構(gòu)筑物距離觀測(cè)示意圖

根據(jù)隧洞平面設(shè)計(jì)圖，合理設(shè)計(jì)導(dǎo)線邊長，一般不小于300m。尤其盡可能不出現(xiàn)短邊。在大坡度施工支洞中還應(yīng)充分考慮橫跨施工平臺(tái)段全站儀物鏡與棱鏡間構(gòu)筑物的距離。如圖3 所示

1.2 精密導(dǎo)線網(wǎng)的測(cè)設(shè)

隧洞洞內(nèi)控制導(dǎo)線網(wǎng)采用交叉導(dǎo)線網(wǎng)，以提高洞內(nèi)平面控制測(cè)量的精度和可靠性。測(cè)量觀測(cè)時(shí)，每站觀測(cè)4 個(gè)方向。

圖4 雙“K”字形導(dǎo)線點(diǎn)觀測(cè)示意圖

如圖4 所示，全站儀置鏡于Z2 時(shí)，分別測(cè)Zl、Yl、Z3、Y3。換站置鏡于Y2 時(shí)，分別觀測(cè)Yl、Zl、Y3、Z3。

在導(dǎo)線水平方向觀測(cè)時(shí)，選擇距離適中、通視良好、成像清晰且垂直角較小的方向作為零方向。分組觀測(cè)時(shí)，采用同一零方向。洞內(nèi)外溫度、濕度、氣壓相差很大，尤其在GPS 點(diǎn)位使用全站儀對(duì)洞口投點(diǎn)過程當(dāng)中尤為重要，應(yīng)選在陰天或一大早、傍晚沒有強(qiáng)光的情況下進(jìn)行投點(diǎn)。在測(cè)量前儀器應(yīng)開箱30 分鐘后方可觀測(cè)，使全站儀內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度一致。[2]

在大坡度施工支洞觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，由于坡度較大，全站儀置鏡點(diǎn)與前后棱鏡存在較大高差，需進(jìn)行距離的改化。長大支洞中的距離誤差直接影響到主洞中縱向的貫通誤差。利用所在坐標(biāo)系所處的地球曲率半徑和投影面大地高進(jìn)行跑離改化，可有效的減小主洞貫通誤差。[3]

2 洞內(nèi)導(dǎo)線的計(jì)算

洞外GPS 與洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)和數(shù)據(jù)質(zhì)量合格后，及時(shí)進(jìn)行導(dǎo)線網(wǎng)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。導(dǎo)線網(wǎng)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理按照以下方式進(jìn)行：①將導(dǎo)線網(wǎng)的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)從全站儀中傳輸至計(jì)算機(jī)，并進(jìn)行備份。②利用多測(cè)回測(cè)角軟件對(duì)每個(gè)測(cè)站的2C 互差、半測(cè)回歸零差、垂直角指標(biāo)差互差和測(cè)距較差等精度指標(biāo)進(jìn)行檢查，對(duì)超限的測(cè)站及時(shí)補(bǔ)測(cè)。③利用《SouthSurveyOffice》對(duì)測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行概算和平差，將實(shí)測(cè)邊長改正至投影正常高，同時(shí)進(jìn)行高斯改化。以經(jīng)檢測(cè)穩(wěn)定可靠的控制點(diǎn)為約束點(diǎn)，在隧道工程獨(dú)立坐標(biāo)系下按嚴(yán)密平差法進(jìn)行整網(wǎng)約束平差[4]。④平差出的數(shù)據(jù)與原始支導(dǎo)線數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

3 洞內(nèi)外高程的控制

在水利隧洞工程中，對(duì)于隧洞高程的控制尤為重要。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際在隧洞內(nèi)布設(shè)二等水準(zhǔn)點(diǎn)，二等高程控制網(wǎng)。對(duì)狹小的水工隧洞，為了方便施工，左右線分別布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)在二等導(dǎo)線點(diǎn)上。

二等水準(zhǔn)采用LeicaDNA03 電子水準(zhǔn)儀，3m銦瓦條碼水準(zhǔn)尺，自動(dòng)觀測(cè)記錄，采用單路線往返觀測(cè)。儀器經(jīng)過國家專業(yè)檢測(cè)部門檢定，并在開工前和作業(yè)期間進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)和經(jīng)常性檢查，保證儀器工作狀態(tài)良好。

按照國家二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求進(jìn)行施測(cè)。水準(zhǔn)觀測(cè)時(shí)，采用大于5 公斤的鑄鐵尺墊立尺轉(zhuǎn)點(diǎn)，使用尺撐扶尺，視線長度＞3m、≤50m，前后視距差≤1.0m，前后視距累計(jì)差≤3.0m，視線高度＞0.5m；≤2.5m，測(cè)站限差： 兩次讀數(shù)差≤0.4mm,每測(cè)站高差之差≤0.6mm,檢測(cè)間歇點(diǎn)高差之差≤lmm。由于洞內(nèi)光線較暗，觀測(cè)時(shí)將水準(zhǔn)尺尺面一定范圍用光源均勻照亮，以便儀器能夠正常讀數(shù)。

兩水準(zhǔn)點(diǎn)間的往返測(cè)高差不符值小于表1 規(guī)定：

表1 水準(zhǔn)往返誤差符合表

表中：R 為測(cè)段長度，L 為附合路線長度，F(xiàn) 為環(huán)線長度。

4 精度評(píng)測(cè)

在已貫通的分水退水洞進(jìn)口段與上游段，采用上述方法施測(cè)，取得了非常好的貫通效果。限差均在規(guī)定范圍以內(nèi)。在規(guī)定范圍以內(nèi)。

5 結(jié)束語

由于隧洞工程施工的特殊性及復(fù)雜性?？刂茰y(cè)量的精度及測(cè)量的方法是保證隧洞開挖、貫通、二襯及附屬工程的質(zhì)量及精度的重要手段。在施工中，小斷面、大坡度、小邊長、小角度及多種斷面形式，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。在GPS 技術(shù)廣泛使用的今天，結(jié)合高精度的導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)，已經(jīng)使隧洞按估算精度貫通成為可能。實(shí)踐證明，交叉雙"K"字形導(dǎo)線網(wǎng)的使用在操作細(xì)則，技術(shù)使用方面已經(jīng)成熟，配以合適的后期處理軟件，為隧洞測(cè)量積累了經(jīng)驗(yàn)。上述導(dǎo)線網(wǎng)注意事項(xiàng)與高程控制為長大隧洞洞內(nèi)外控制測(cè)量提供一定的借鑒。