金沙江烏東德水電站導流洞開挖控制測量的布設及應用

杜正喬,賈洪英

(長江三峽技術經濟發展有限公司,北京 100038)

文章編號：1006—2610(2015)04—0027—04

金沙江烏東德水電站導流洞開挖控制測量的布設及應用

杜正喬,賈洪英

(長江三峽技術經濟發展有限公司,北京 100038)

利用烏東德水電站工程中對導流洞的開挖放樣、采用巖壁上布設控制點,對各種自由設站的數學模型進行了探討,介紹了自由設站在烏東德水電站導流洞施工測量中的具體實施方法及應用,并提出了自由設站法的測量優勢，測量精度滿足規范要求。

烏東德水電站;導流洞;施工測量;自由設站

1 工程概述

烏東德水電站是金沙江下游河段4個水電梯級——烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水電站中的第1座梯級，壩址所處河段的右岸隸屬云南省昆明市祿勸縣，左岸隸屬四川省會東縣。

烏東德水電站的開發任務以發電為主，兼顧防洪。電站總裝機容量10 200 MW，年發電量393.4億kWh。工程建成后還有攔沙、發展庫區航運和改善下游航運條件等綜合利用效益，是西電東送骨干電源點之一。

烏東德水電站樞紐由攔河壩、泄洪消能設施、引水發電系統等主要建筑物組成。擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，正常蓄水位975 m，壩頂高程988.0 m，最大壩高265 m；引水發電系統采用地下廠房，左、右兩岸各布置6臺單機容量850 MW的水輪機組，均靠河岸側布置；左岸靠山里側布置2條導流隧洞，尾段與廠房尾水隧洞結合，右岸靠山里側布置3條導流隧洞，其中2條尾段與尾水隧洞結合。

2 測量問題的提出

由于烏東德水電站工程左、右岸導流洞的規模、地質特點等因素，在施工開挖過程中，為了利于開挖、支護施工組織和高邊墻穩定，導流洞開挖采用邊開挖邊支護的施工方法，這樣對施工測量的控制及放樣形成了困難。

2.1 施工控制點維護困難

導流洞開挖斷面尺寸大，且平行布置，距離近，交叉洞室多；洞室頂拱分布有緩傾角層內錯動帶，對頂拱圍巖穩定不利；高邊墻及頂拱開挖穩定問題突出。選擇合理的施工程序和方法，是既好又快地施工，確保導流洞穩定的根本。導流洞分層開挖施工，有利于開挖、支護施工組織和高邊墻穩定，分層開挖減少了每層的高度，便于及時支護，也有利于抑制高邊墻的變形。導流洞開挖支護見圖1。但是對施工測量放樣的控制點卻很難維護,因為是分層開挖,制作的控制點無法長久保留,損壞度很大。

圖1 導流洞開挖支護示意圖 單位：m

2.2 施工控制點布設困難

為了加快導流洞的開挖施工進度，右岸導流洞的中導洞開挖主要利用右下1號施工支洞、第Ⅱ層開挖利用右下4號施工支洞、第Ⅲ層開挖利用右下2號施工支洞等施工通道，為導流洞上、中、下層立體開挖提供通道。施工支洞平面布置見圖2，這樣交錯作業，施工支洞無法按常規布設控制點,只有將控制點布設在中導洞的施工洞口,布設的控制點數量少。

2.3 對外開口少，通風散煙難度大，測量通視差

導流洞開挖高度大，對外通道復雜、通透性差、很難形成有效的通排風通道；導流洞開挖、支護高峰期，工作面多、多工序持續平行交叉作業，其施工環境復雜，通風散煙難度很大，因為施工現場灰塵大，通視條件差，在這種環境中測量，對測量的通視造成很大的困難。

3 測量問題的解決辦法

導流洞開挖高度大，通視條件差，利用正常的測量放樣方法無法滿足現場的測量工作，通過測量人員結合現場工作環境，技術方面的多次探討，采用自由設站的平面坐標計算方法進行測量放樣。

全站儀自由設站定位法是自由選擇測站位置，對周圍的控制點進行測角和測邊，確定測站點坐標

圖2 右岸導流洞施工支洞平面布置示意圖 單位：m

的方法。自由設站分測角后方交會，測邊后方交會，邊角后方交會3種基本形式，本文重點討論邊角后方交會的平面坐標計算數學模型[1]。

3.1 觀測角和邊PA的后方交會

在待定點P上架設儀器，后視已知點A，旋轉儀器照準B點，測量∠P的角度與PA邊的距離，這種圖形采用正弦定理解算三角形。

(1) 計算已知點A、B的距離和方位角(圖3)

(2) 用正弦定理算出∠B

∠A=180°-∠B-∠P

(3)計算P點坐標

αAP=αAB+∠A

XP=XA+SPA·cosαAP

YP=YA+SPA·sinαAP

圖3 角邊后方交會示意圖

3.2 觀測PB邊和一角的后方交會

如圖4所示，在待定點P上架設儀器,觀測∠P和測量PB邊,這種圖形的解算與觀測PA邊的前一種情況類似，這種計算方式省略。

圖4 邊角后方交會示意圖

3.3 觀測兩邊和夾角的后方交會

見圖5，在待定點P上架設儀器,觀測水平角∠P,同時測量PA和PB邊,這種圖形可以用嚴密平差的方法計算出坐標，也可以看作是圖3、4兩個圖形的疊加，分別計算2套坐標后取平均值即可得到P點的坐標。

圖5 兩邊和夾角的后方交會示意圖

4 在導流洞開挖中的應用

導流洞各層開挖伴隨支護適時進行，開挖一層支護一層。這樣給測量布設控制點造成了很大的難度, 布設在頂板太高，布設在地上遭汽車來回碾壓，不易保護。但是施工進度迫切需要采用新的測量方法進行測量控制點的布設及應用。測量人員經過多次探索試驗，摸索出在洞壁上布設控制點，采用邊角后方交會的自由設站方法解決對基本導線的延伸和應用。

4.1 在洞壁上測設控制點的方法

4.1.1 布設方法及樣式

洞壁控制點一般用于導流洞預裂面放樣，它是在中導洞開挖時主導線的基礎上布設的。在主導線上設站，架設整平儀器，在洞壁面上選擇較為突出的部位用紅油漆點一直徑約為2 mm的小圓點，外部用油漆畫一直徑約為8～10 cm的三角點或大圓圈，并寫上導線點點號，這樣一個洞壁點便布設完畢。洞壁點的樣式如圖6所示[2]。

4.1.2 洞壁控制點的測量

(1) 在主導線點上支點

在洞壁上布設完畢，即可測量這些點的坐標，首次測量是在已知的高級地下導線點上架設全站儀，用棱鏡和全站儀測量導線點的方法直接測出點的洞壁控制點的平面坐標和高程。

測量時一般只有一個測回，即正鏡和倒鏡分別測出洞壁點的坐標和高程，然后取平均值，作為該點的最終坐標和高程。

以后當導流洞向前開挖一單元時，后面的主導線要及時跟進，在新的主導線點上重新布設新的洞壁點。

(2) 利用邊角后方交會點，繼續布設洞壁點

實際工作中，導流洞開挖面需要隨時放樣，最早布設的洞壁點，不可能一直作為放樣時的已知點。這時距離最近的主導線點距離開挖面又比較遠，在這種情況下,可以用洞壁上控制點為基準點，采用邊角后方交會的方法得出測站點的儀器中心坐標，并以距離儀器較遠的洞壁點為后視，繼續在洞壁上布設新的洞壁點，解決對基本導線的延伸[4]。

4.2 測站點坐標的得出

在施工開挖現場,可以自由設站,采用邊角后方交會法，具體觀測如圖7。

圖7 自由設站后方交會圖

在P點架設全站儀，觀測邊長PA、∠P

(1) 采用可編程序計算器計算P點坐標

觀測時邊長直接讀出，角度觀測可以用半測回。采用CASIO 4850計算器,可直接計算出測站點P點的坐標。

(2) 直接采用全站儀測量并計算

目前各種全站儀(如徠卡系列和拓普康系列全站儀)自身都帶有自由設站程序，可以進行各種形式的自由設站[5]。

4.3 在洞壁上布設控制點，采用自由設站進行放樣測量的優勢

(1) 方便快捷地解決了隧洞高速掘進的測量

問題。

盡管要大致選擇一下測站的位置，但仍然是任意設站，全站儀無需對中，得到的高程直接是儀器望遠鏡中心高程，不需要丈量儀器高，測量設站的速度應當是最快的、最方便的。

(2) 這里架設儀器不用對中,儀器對中誤差為0，是其它測量方法所不及的。

(3) 解決了導流洞開挖測量設站的困難，對掘進作業沒有影響，不僅為測量人員解決了設站困難，也深受現場開挖人員的歡迎,提高了測量現場的放樣速度。

(4) 對于只有2個已知點的自由設站，把半個測回的測量工作改為1個測回。但是在實際工作中盡量用三點后方交會。通過我們在現場的實踐證明，采用自由設站的測量方法，其精度完全可以滿足現場測量放樣的需要[6]。

5 結 語

根據烏東德水電站工程導流洞的開挖特點，測量人員通過多次研究、探討，現場實驗，最終解決了布設控制點困難的問題，在開挖的巖壁上布設控制點，采用自由設站的方法測量放樣，有效地提高了導流洞的開挖放樣精度及放樣速度，有效地將開挖質量控制在規范范圍內，為以后測量人員遇到這樣的項目可以作為借鑒[7]。

[1] 張正祿.工程測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2010.

[2] DL/T 5173-2012,水電水利工程施工測量規范[S].北京：中國電力出版社，2012.

[3] GB 50026-2007,工程測量規范[S].北京：中國計劃出版社，2007.

[4] 崔洪斌.Auto CAD實踐教程[M].北京：高等教育出版社，2005.

[5] 王文勝，孫全，杜正喬.淺談水利樞紐地下洞室群工程監理測量過程控制[J].水利學報,2011,(6):81.

[6] 杜正喬，付江山.數字正射影像圖在SCS G2004軟件中的應用[J].西北水電,2011,(6):81-84.

[7] 楊愛明.溪洛渡地下主廠房開挖控制測量的布設及應用[C]//水利水電測繪科技論文集,長江出版社,2012.

Arrangement and Application of Control Survey of Excavation of Diversion Tunnel,Wudongde Hydropower Project

DU Zheng-qiao, JIA Hong-ying

(Yangtze Three Gorges Technology and Economy Development Co., Ltd., Beijing 100038, China)

By application of the excavation setting of the diversion tunnel and the control points arranged on the rock wall of Wudongde Hydropower Project, the specific implementation methods and application of free station in the construction surveying of the diversion tunnel of Wudongde Hydropower Project are introduced. Furthermore, the surveying advantages of the free station are proposed. The surveying precision satisfies the requirements of specification as well.Key words: Wudongde Hydropower Project; underground diversion tunnel; construction survey; free station

2014-09-17

杜正喬(1968- ),男，甘肅省康樂縣人，高級工程師，從事工程測繪工作.

TV522；TV221

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.007