水電站地下隧洞施工測量

潘 智

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，成都610072)

0 引言

在線路工程(包括公路和鐵路)和水利水電工程的施工過程中，由于地形、地質條件的限制和人居環境的制約或工程設計的需要，不可避免地部分建筑物成為地下工程。地下工程的施工較之地面工程要繁雜得多，空間狹小、照度不清、煙塵量大以及危險系數增加等諸多不利因素的存在，使得每個施工人員都必須真切地面對，測量工作通常被稱作工程施工的“眼睛”，而且在施工中具有舉足輕重、不可替代的作用。

1 水電站地下隧洞施工測量控制

水電站地下工程施工測量與地面工程施工測量具有非常明顯的差異性，由于受到測量環境的影響，例如受到地下洞室狹長、視場范圍小、能見度低客觀因素的限制，給測量施工帶來諸多不便，因此必須要重視水電站地下隧洞施工測量工作。地下洞室開挖因視場范圍小，控制測量一般采用導線測量進洞;由于洞室里能見度很低和便于施工放樣，導線距離一般比較短，使得導線測站數增多，誤差累積快。為了有效地消除因測量原因對洞室開挖造成的影響，洞內控制測量一般采取雙導線進洞的方式即施工導線和檢核導線，見圖1所示:

圖1 水電站地下隧洞施工導線和檢核導線圖

檢核導線用于對施工導線的檢查并校正，以避免測量誤差的無限制傳播。導線測量按一級導線精度執行，高程采用電磁波測距三角高程傳遞。洞口控制點采用聯系測量與地面控制點聯測。

2 水電站地下隧洞施工放樣

水電站地下隧洞洞室開挖分層高度一般6～12 m，同時也為了使測量員工不與掌子面直接碰觸，以避免因掌子面松動塊滑落而發生安全事故，測量儀器應盡量采用具有免棱鏡紅外/激光測量功能的全站儀，例如LeicaTCRxx型;儀器設站采用自由設站法，使測站不受控制點點位的制約;測量坐標系宜選擇洞軸線坐標，即洞室樁號:X軸為洞軸線方向;Y軸為法線方向;洞室型式一般呈城門洞式、圓形和矩形，分平洞或微坡度、斜井以及豎井。以下就對水電站地下隧洞施工放樣進行具體分析:

2.1 洞軸線坐標的轉換

洞軸線坐標的轉換公式如下所示:

式中:X，Y為大地坐標;X1，Y1為洞室軸線坐標;X0，Y0為坐標原點的大地坐標;X2，Y2為坐標原點的洞軸線設計樁號;“旋轉角”為大地坐標系與洞軸線坐標系之夾角。

2.2 洞室開挖方向線的放樣

在待掘掌子面上根據洞室設計斷面直接放樣出洞室的開挖輪廓線，在已掘或者就近目標上放樣出洞壁和洞頂進尺后視方向線，又稱尾線，具體如圖2所示:

圖2 水電站地下隧洞洞壁和洞頂進尺后視方向線

2.3 平洞或微坡度的施工放樣

平洞或微坡度的洞室一般按城門洞或圓形斷面設計，設計斷面見圖3所示:

圖3 城門洞型斷面圖

設坐標原點樁號為X0、洞半寬度為Y0，高程為H0，洞肩高為h、洞頂圓半徑為R，坡比d%，實測掌子面上點的坐標為(X，Y，H)。

2.4 圓弧彎段的放樣

水電站地下隧洞拐彎一般設計平面為圓弧形，見圖4所示:

設圓弧圓心坐標為(X0，Y0)，直圓交點底板坐標(X1，Y1，H1)，測量點坐標(X2，Y2，H2)。彎段參數為:測量點至圓心平面距離計算公式如下所示:

圖4 水電站地下隧洞拐彎平面設計圖

測量點對應斷面圓心角:α=arcsin((X2-X1)/S)(暫以度為單位考慮)

圓心至測量點方位角:N=atn((Y2-Y0)/(X2-X0))(此次計算未考慮象限因素的影響)。該圓心角對應弧長:D=α×π×R/180。所以測點對應斷面洞室軸心坐標為:

當洞室為圓形時圓心高程:

當洞室為城門洞型時洞底板高程:

其放樣與圖3的城門洞型一樣(當在彎段內建立直角坐標系時，坐標軸取洞軸線法線和切線方向，其余類推)。

2.5 漸變段的放樣

漸變是指洞室設計由城門洞型漸變成圓形，見圖5所示:

圖5 水電站地下隧洞洞門漸變段施工圖

其底半徑由R'=0，直立邊墻變化到圓半徑R'=R，漸變段起點樁號為X0，終點樁號為X1，測量點樁號為X，其放樣參數如下:

漸變段長:

測量點底圓半徑采用線性內插法，計算公式如下所示:

具體放樣與上圖3的城門洞型一樣。

2.6 斜井放樣

圖6 水電站地下隧洞斜井施工圖

見圖6所示，斜井傾斜角為α，其起始底板中心樁號為(X0，0，H0)

斜井洞型一般為圓形，測量點坐標為(X1，Y1，H1)，洞室參數如下。

起始樁號軸線圓心坐標為:

測量點至斜井起始位置斷面半圓Y1樁號處的距離為:

其傾斜角為:

圓心坐標計算出來后，斜井的放樣與上圖3圓形洞型一樣。

2.7 斜井下彎段(上彎段)豎曲線的放樣

斜井(豎井)與平洞相接時一般設計成以豎圓曲線彎段平滑相連，彎段形式見上圖6所示。彎段中心線豎曲線圓半徑為R2，圓心坐標為(X2，0，H2);對應平洞中心垂足坐標為(X2，0，H2-R2);測量點坐標(X，Y，H)，則測量點至豎曲線圓心在軸線立面投影距離為S，其對應圓心角為γ，圓弧弦線長為S3，見下圖7所示(以下彎段為例):

圖7 水電站地下隧洞斜井下彎段施工圖

所以測量點對應洞室中心(圓心)點坐標為:

上彎段的計算同以上類推。

2.8 彎段底板(洞室中心以下)的放樣

圖8 水電站地下隧洞洞室施工圖

1)矩形的放樣，按事先約定的重錘線距離設計邊墻的尺寸安裝重錘線，以重錘線來控制開挖邊線。

2)圓形的放樣，圓形斷面一般在圓心處安裝重錘線，但由于溜槽的影響，人工量距極不方便也不安全，建議再安裝一條備用重錘線，在兩條重錘線上貼反光紙，有兩條重錘線就可以用免棱鏡反射全站儀進行放樣。

3 結語

綜上所述，水電站地下隧洞施工測量是確保水電站施工質量的關鍵環節。在測量過程中涉及到GPS、全站儀以及斷面測量儀等高精密測量儀器，但是在實際施工過程中仍然會有許多問題和困難，要求測量員工特別能吃苦和有耐心，并不斷總結經驗，密切配合，才能圓滿完成測量任務。相信伴隨著測繪技術的不斷發展，水電站地下隧洞施工測量技術以及手段會得到進一步的優化和升級，在給水電站地下隧洞施工帶來更多便利的同時也將提高測量結果的精確性。

［1］王明斌.有壓隧洞結構穩定性力學模型研究［D］.濟南:山東大學，2009.

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