白鶴灘水電站左岸尾閘井滑模施工測量控制技術(shù)

游 玉 強(qiáng), 李 敏，徐 博 勇

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門室位于主變洞與尾水調(diào)壓室之間，與主廠房、主變洞平行布置，與主變洞、尾水調(diào)壓室中心線的距離分別為56.5 m和74 m。尾水管檢修閘門室全長374.5 m，共設(shè)8條閘門井，呈“一”字型布置，1#～8#尾閘井頂拱開挖高程為667.5 m，底部開挖高程為538 m,分南、北側(cè)，北側(cè)上層跨度為15(南側(cè)12.1)m，北側(cè)下層跨度為12(南側(cè)9.1)m，尾閘井底部流道部位與尾水連接管相連，底部均采用定型拱架澆筑，豎井段主要采用滑模澆筑，單井滑模高度為67.95 m，總高度為543.6 m。

滑模施工技術(shù)[1]在水電行業(yè)已被廣泛應(yīng)用，具有連續(xù)性好、機(jī)械化程度高、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)、抗震性能好、安全性高且混凝土體形一次性成形等特點(diǎn)，施工優(yōu)勢明顯。同時，由于滑模施工一次性成形，故對滑模施工過程中模體的糾偏控制尤為重要。傳統(tǒng)滑模施工的測量控制方法主要采用“重錘投點(diǎn)法”控制平面位置，通過測繩量測高差控制高程。因受施工現(xiàn)場環(huán)境及場地的約束，滑模動態(tài)監(jiān)測主要依靠人工量測，受外界環(huán)境、人工操作、技術(shù)方法等因素影響，監(jiān)測數(shù)據(jù)偶然誤差較大，易出現(xiàn)較大誤差導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真進(jìn)而造成混凝土形體與設(shè)計值偏差過大、甚至出現(xiàn)垂直度不滿足設(shè)計要求等情況，導(dǎo)致后期閘門無法順利下閘的惡劣影響。如何才能快速、精確地監(jiān)測模體在滑升過程中出現(xiàn)的偏差以及模體在出現(xiàn)偏差后的糾偏即成為測量控制工作需要解決的首要問題。技術(shù)人員通過現(xiàn)場實(shí)地考察，結(jié)合設(shè)計圖紙、施工方案等進(jìn)行了多次討論，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”等方面進(jìn)行原因分析并進(jìn)行歸納總結(jié)，最終選定使用全自動激光垂準(zhǔn)儀、徠卡全站儀、激光水平儀等儀器設(shè)備用于控制滑模施工，并成功地在白鶴灘水電站左岸閘門井運(yùn)用，形成了一整套滑模動態(tài)測量控制技術(shù)方法。筆者對該控制方法進(jìn)行了闡述。

2 滑模施工采用的控制方法

根據(jù)尾閘井施工部位的設(shè)計結(jié)構(gòu)要求及控制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)人員經(jīng)多次討論分析后確定其施工測量工藝及流程主要為貫通測量→平面，高程控制點(diǎn)預(yù)留→滑模整體控制→現(xiàn)場自檢與數(shù)據(jù)采集→形體數(shù)據(jù)分析。

2.1 貫通測量

貫通測量主要由高程貫通和平面貫通兩部分組成，根據(jù)尾閘井空間布置特點(diǎn)，在尾閘井混凝土澆筑前應(yīng)對豎井貫通誤差進(jìn)行分析，對貫通誤差進(jìn)行分配，以達(dá)到最優(yōu)的控制點(diǎn)精度。由于尾閘井屬于豎井，其平面貫通測量要求較高，對高程貫通測量相對精度要求較高，主要采用固定基準(zhǔn)點(diǎn)方式控制后續(xù)混凝土澆筑與金結(jié)安裝測量。

傳統(tǒng)平面貫通測量主要采用“一井定向”“兩井定向”[2]的方式進(jìn)行測量。由于受現(xiàn)場施工環(huán)境影響，施工干擾較大，無法采用傳統(tǒng)的貫通測量方式進(jìn)行貫通測量。為了進(jìn)一步提高貫通控制點(diǎn)的測量精度，經(jīng)多次討論分析，首次在水電行業(yè)投入了全自動激光垂準(zhǔn)儀(儀器參數(shù)：放大倍率：24×；物鏡有效孔徑：φ36；最短視距：0.7 m；視場角(2ω)：1°50″；向上一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差：±1 mm/100 m；激光下對點(diǎn)極限誤差：±1 mm/1.5 m；自動安平精度：±1″；自動安平范圍：2.5°；光源：激光二極管波長；上下出光：635 nm；下對點(diǎn)：650 nm；遙控距離：約40 m；工作溫度：-20℃～±50℃)，通過向上投點(diǎn)的方式進(jìn)行平面貫通測量。

貫通測量前，首先在閘門井底部的尾水連接管一線和頂部的尾水管檢修閘門室一線各布設(shè)一組三等導(dǎo)線控制網(wǎng)，并對兩組控制導(dǎo)線進(jìn)行測量。外業(yè)施測主要使用leica TCRA1201+(1″，1 mm+1 ppm)全站儀按照三等附合導(dǎo)線進(jìn)行施測，并將溫度、氣壓等參數(shù)詳細(xì)記錄，水平角、天頂距和光電距離的測量參照《水電水利工程施工測量規(guī)范》(DL/T5173-2012)三等導(dǎo)線測量技術(shù)要求執(zhí)行；待外業(yè)施測完畢、通過南方平差易2005或武漢大學(xué)科傻軟件進(jìn)行平差計算并分析平差結(jié)果是否滿足規(guī)范要求，若超出規(guī)范則進(jìn)行局部重測或整體重測，滿足規(guī)范要求后報測量監(jiān)理工程師復(fù)核、審批。

導(dǎo)線施測完畢、在閘門井底部架設(shè)全自動激光垂準(zhǔn)儀。為了減少因人員接觸儀器造成擾動而影響到觀測精度，特使用無線遙控器完成激光垂準(zhǔn)儀向上、向下的投點(diǎn)作業(yè)。由于向上投點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，激光斑點(diǎn)較大，通過遙控器將激光斑點(diǎn)調(diào)整至最優(yōu)(一般≤5 mm)。投點(diǎn)完畢、采用極坐標(biāo)法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。向下投點(diǎn)采用尾閘井底部導(dǎo)線控制點(diǎn)用徠卡小棱鏡正、倒鏡直接采集數(shù)據(jù)。向上投點(diǎn)通過激光十字接收靶接收激光斑點(diǎn)，根據(jù)尾水管檢修閘門室頂部導(dǎo)線控制點(diǎn)直接測量激光接收靶點(diǎn)坐標(biāo)。通過旋轉(zhuǎn)激光垂準(zhǔn)儀，每90°采集一組貫通數(shù)據(jù)，共采集四組，通過4個貫通點(diǎn)擬合出向上投點(diǎn)的最優(yōu)坐標(biāo)。通過對上、下井口投點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，若貫通誤差滿足規(guī)范要求，則再次進(jìn)行貫通誤差分配，從而取得最優(yōu)的滑模混凝土澆筑控制基準(zhǔn)點(diǎn)，為滑模施工放樣、形體控制奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 平面高程控制點(diǎn)的預(yù)留

為方便實(shí)時監(jiān)控滑模的施工質(zhì)量，保證滑模施工的垂直度，主要采用徠卡全站儀[3]井下作業(yè)的方式進(jìn)行測量控制。因此，控制點(diǎn)的預(yù)留和布設(shè)成為一個難題。技術(shù)人員經(jīng)實(shí)地查看和討論研究后，在滑模啟滑之前安排現(xiàn)場人員利用橋機(jī)吊籠在尾閘井井壁每5 m高差處焊接4組角鋼，角鋼焊接時向下帶45°的傾角，待角鐵冷卻后貼上徠卡反射片，粘貼完后，將徠卡全站儀(TCRA1201+)架設(shè)于尾水連接管控制點(diǎn)之上，后視尾水連接管主控制點(diǎn)，并對第三組控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行檢查復(fù)核，確認(rèn)檢查無誤后測得井口設(shè)置反光片的高程，滿足施工精度要求后使用徠卡全站儀+彎管目鏡對井壁上所有反射片的三維坐標(biāo)進(jìn)行采集，采集坐標(biāo)均使用正、倒鏡施測，取其坐標(biāo)均值，待所有坐標(biāo)采集完成后在后方進(jìn)行資料整理、打印、封塑，為后續(xù)滑模施工測量做好準(zhǔn)備。

2.3 滑模的整體控制

滑模主要由模板系統(tǒng)、操作平臺系統(tǒng)、液壓提升系統(tǒng)、施工測量控制系統(tǒng)等組成。滑模的整體控制是滑模在運(yùn)行中嚴(yán)格按照設(shè)計結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行施工、不發(fā)生偏移的保證，又是結(jié)構(gòu)部位的相對尺寸滿足設(shè)計要求及預(yù)埋件位置準(zhǔn)確的保證。

(1)滑模的安裝與就位。首先，在尾水管檢修閘門室563.3 m高程平臺架設(shè)徠卡全站儀，采用全站儀自由設(shè)站法后視其中三個反射片目標(biāo)，計算出設(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)[4]，并對第四個反射片的坐標(biāo)進(jìn)行檢查復(fù)核，確認(rèn)檢查無誤后進(jìn)行閘門井軸線與高程的放樣，閘門井軸線、高程放樣結(jié)束后，利用尾水管檢修閘門室的橋機(jī)將已拼裝好的模體吊入尾閘井563.3 m高程平臺，按照要求對模體進(jìn)行校核、調(diào)整，使模體平面位置、頂部高程符合結(jié)構(gòu)尺寸。同時，滑模操作平臺系統(tǒng)、液壓提升系統(tǒng)同步調(diào)校完成。待滑模調(diào)整完畢、使用徠卡全站儀記錄模體上、下口的實(shí)際數(shù)據(jù)偏差(模板采用6 mm厚的鋼板加工而成，模體高1.26 m,用50 mm×50 mm×5 mm角鋼作為背楞。為便于脫模，模板按一定錐度設(shè)計,上下口相差3 mm),以方便后續(xù)模體的調(diào)整。

(2)儀器安裝。操作盤是滑模[5]的主要受力構(gòu)件之一，亦為滑模施工的主要工作場地，同時，操作盤也是使用全站儀和激光水平儀對模體進(jìn)行監(jiān)測調(diào)校最好的場地。由于操作平臺使用的是3 mm厚的花紋鋼板，按照普通架設(shè)儀器的方法不僅模體監(jiān)測不能實(shí)施，甚至全站儀整平都不能去實(shí)現(xiàn)，對此，筆者通過測量墩的原理，用角鋼加工了一個400 mm×400 mm×1 000 mm的鋼支撐，然后把強(qiáng)制對中盤焊接在鋼支撐的頂端，在操作盤上選擇一個監(jiān)測模體視線好、安全系數(shù)高、對現(xiàn)場施工影響小的位置把鋼支撐底部與操作盤的桁架進(jìn)行焊接，焊接完成后，通過連接螺絲將全站儀固定在強(qiáng)制對中盤之上，通過測試將徠卡全站儀架設(shè)在特殊的強(qiáng)制對中盤之上，通過檢查儀器氣泡是否居中判斷鋼支撐的穩(wěn)定性，若全站儀氣泡有波動，則需對鋼支撐進(jìn)行加斜撐焊接加固，使其完全具備對模體實(shí)施監(jiān)測的條件。

(3)儀器的使用與模體糾偏。在滑模施工空閑期間，將徠卡全站儀架設(shè)于強(qiáng)制對中盤之上，利用全站儀自由設(shè)站法[3]觀測前期預(yù)留的三個反射片坐標(biāo)，計算出設(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)，并對第四個反射片坐標(biāo)進(jìn)行檢查(避免出現(xiàn)反射片在尾閘井施工過程中被現(xiàn)場施工人員以及施工人員安裝鋼筋碰撞產(chǎn)生坐標(biāo)變化而影響到調(diào)校模體的精度)，經(jīng)檢查無誤后，根據(jù)模體上口的設(shè)計數(shù)據(jù)與監(jiān)測時上口的施測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，即可很直觀地反映出模體的偏移情況。

若監(jiān)測出模體發(fā)生整體傾斜，可以通過液壓控制臺關(guān)閉單邊液壓千斤頂閥門進(jìn)行調(diào)整；若是模體監(jiān)測出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，可以采用倒鏈牽引、改變下料順序、局部提升模體的方式進(jìn)行糾偏。

2.4 現(xiàn)場自檢與數(shù)據(jù)采集

測量人員對模體的檢測頻次為24 h檢測3次。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場施工人員對模體進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、過程調(diào)校的目的，每次在模體監(jiān)測完成后，測量人員在尾閘井井壁插筋之上分別放上八個校模基準(zhǔn)點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn)盡量保持在同一水平面上，同邊基準(zhǔn)點(diǎn)距設(shè)計邊線的距離必須相等并告知現(xiàn)場施工人員具體的數(shù)值)，同邊基準(zhǔn)點(diǎn)之間繃線連接得到該邊基準(zhǔn)線，使用垂線法經(jīng)該邊基準(zhǔn)線量測出基準(zhǔn)線距模體邊的實(shí)際數(shù)值并與設(shè)計數(shù)值進(jìn)行對比，該方法可以發(fā)現(xiàn)模體在滑升過程中是否有位移、旋轉(zhuǎn)等跡象。平整度的控制主要使用激光水平儀檢查模體上口是否處于同一高程，如有偏差，可以使用液壓控制臺，通過調(diào)整液壓千斤頂使模體上口處于同一高程；如果模體出現(xiàn)位移、旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)場人員可以及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行快速調(diào)整，從而避免了在沒有全站儀監(jiān)測的情況下模體滑升處于失控狀態(tài)?；；^程中，測量人員需對混凝土形體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，原則上按照每天一次進(jìn)行形體測量，并確保將后續(xù)形體資料上報及竣工資料整理。

2.5 形體數(shù)據(jù)分析

通過該測量控制技術(shù)的綜合運(yùn)用，尾閘井滑模過程中形體質(zhì)量整體受控，現(xiàn)已滑完6條尾閘井、共計407.4 m，測量監(jiān)控共下井456次，上報斷面90條，共計2 451個形體數(shù)據(jù)點(diǎn)，最大偏差為18 mm，平均偏差7 mm，形體質(zhì)量優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)了將形體控制在20 mm以內(nèi)的目標(biāo)，達(dá)到了預(yù)期目的，實(shí)現(xiàn)了“五大工程”中的精品工程和創(chuàng)新工程的目標(biāo)。

3 測量控制技術(shù)的延伸與拓展

該技術(shù)方法在白鶴灘水電站雖然已成功應(yīng)用，技術(shù)亦較為成熟，但在整體滑模運(yùn)行過程中人工參與較多，自動化程度較低。隨著科技進(jìn)步，解放勞動力的快速發(fā)展，施工局技術(shù)人員在未施工的閘門井滑模中積極探索新技術(shù)、新方法。目前，主要采用智能化動態(tài)監(jiān)測糾偏系統(tǒng)，通過在模體底部安裝12組數(shù)顯傾角儀，運(yùn)用集線器多路連接PLC或配數(shù)據(jù)線連接電腦將數(shù)顯傾角儀數(shù)據(jù)傳輸至井口電腦，亦可通過wifi信號將手機(jī)與數(shù)顯傾角儀直接連接，動態(tài)查看偏差情況，指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)施調(diào)校，從而實(shí)現(xiàn)了智能化動態(tài)監(jiān)測糾偏，達(dá)到了解放勞動力的目的。

4 結(jié) 語

滑模施工測量控制技術(shù)在白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門室閘門井混凝土澆筑施工中的成功運(yùn)用，有效地解決了豎井滑模施工測量控制技術(shù)的難題，成功地為其他工程及類似滑模施工形體控制提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，具有顯著的借鑒意義，極具推廣價值。