測(cè)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(jiǎn)要介紹國(guó)家特大型工程-烏東德水電站地下洞室施工測(cè)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(cè)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(cè)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(lèi)號(hào)：TU198 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）18-0151-02

1 施工測(cè)量概述

控制測(cè)量和竣工驗(yàn)收測(cè)量是地下廠房施工測(cè)量工作的重點(diǎn)，地下特殊施工部位的測(cè)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(chǎng)就建立了一個(gè)高精度的施工測(cè)量控制網(wǎng)，廣泛采用施工測(cè)量新技術(shù)，編制了大量地下洞室施工測(cè)量計(jì)算程序，高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求實(shí)施施工測(cè)量作業(yè)和檢測(cè)工作，為烏東德水電站地下廠房工程的順利施工提供了測(cè)繪保障。

2 施工控制測(cè)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(cuò)，由20多個(gè)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(huì)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(mǎn)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?xún)?nèi)，導(dǎo)線點(diǎn)間距離小于五十米時(shí)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(shí)觀測(cè)導(dǎo)線的左、右角。在短邊和長(zhǎng)邊變化處增加左、右角的觀測(cè)次數(shù)，以減小角度觀測(cè)對(duì)橫向誤差的影響。

當(dāng)前全站儀測(cè)量是地下洞室采用最多的方式，該方式不僅測(cè)距精度和測(cè)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(mǎn)足施工要求。

3 施工放樣

烏東德水電站地下洞室開(kāi)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(kāi)挖進(jìn)度，為保證施工進(jìn)度和質(zhì)量必須優(yōu)化施工測(cè)量方法，首選有無(wú)棱鏡反射測(cè)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(cè)出隧洞輪廓點(diǎn)的三維坐標(biāo)，編制好測(cè)量放樣計(jì)算程序，根據(jù)計(jì)算出的超欠值移動(dòng)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(wèn)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(mén)型和圓型兩種，它們的計(jì)算方法基本相似，我們所測(cè)得三維坐標(biāo)是相對(duì)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(duì)這種情況首選將觀測(cè)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(jiàn)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(cè)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(cè)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(hào)="；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(guò)反復(fù)研究論證要想保證開(kāi)挖精度必須是短進(jìn)尺多循環(huán)，通過(guò)計(jì)算和比對(duì)鉆桿進(jìn)尺長(zhǎng)度在0.5米左右超挖可控制在13cm以?xún)?nèi)。在放樣過(guò)程當(dāng)中為每一個(gè)鉆孔提供兩個(gè)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(dòng)方向。

見(jiàn)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(cè)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(qǐng)輸入觀測(cè)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(kāi)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(kāi)發(fā)功能，無(wú)法有效提高施工放樣的速度和質(zhì)量，基于此，應(yīng)開(kāi)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(mǎn)足提高計(jì)算速度和質(zhì)量的目的，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，但其存在一個(gè)明顯的弊端，即內(nèi)存容量較小，無(wú)法存儲(chǔ)大量的外業(yè)觀測(cè)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(wèn)題。基于掌上電腦而開(kāi)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(hào)或距中線任意點(diǎn)均以三維坐標(biāo)的形式表達(dá)出來(lái)（平面坐標(biāo)和高程），在放樣時(shí)找到平面位置的同時(shí)，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(wèn)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(duì)地下廠房施工放樣的特殊性在掌上電腦中進(jìn)行了開(kāi)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(chǔ)文件名就可實(shí)現(xiàn)計(jì)算存儲(chǔ)與一體。

在整個(gè)放樣過(guò)程中不需人為干預(yù)就可自動(dòng)判斷計(jì)算出各觀測(cè)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(yǔ)

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(duì)新技術(shù)的靈活的運(yùn)用，不僅可滿(mǎn)足施工放樣的要求同時(shí)也可提高測(cè)繪成果的質(zhì)量和工作效率，減輕內(nèi)外業(yè)的勞動(dòng)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(cè)繪領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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