淺談導線的布設形式對隧洞開挖質量的影響

羅 剛， 劉 勝

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 概 況

蘇洼龍水電站壩址位于四川省甘孜州巴塘縣蘇洼龍鄉，右岸為西藏昌都地區芒康縣索多西鄉，距巴塘縣78 km，距成都897 km。大壩施工導流采用圍堰一次攔斷河流、導流隧洞與永久泄洪洞聯合泄流，導流洞布置在右岸，洞身為城門洞斷面，斷面尺寸為15 m×19 m，頂拱中心角120°，洞長907.0 m，隧洞縱坡為0.33%，導流隧洞進口底板高程2 379.0 m，出口底板高程2 376.0 m。平面上布置一彎道，轉彎半徑100 m，轉彎角度60.0°。

在蘇洼龍水電站導流洞施工控制測量，采用復測支導線的形式控制導流洞的貫通、以及施工放樣工作。隧道工程施工測量控制的布設以導線為主，布設形式經常采用閉合導線、附和導線和支導線，閉合或附和導線在外業及內業平差計算時均有檢核條件，且相關指標精度能滿足規范要求。由于受洞室地形條件或控制點位等影響，無法將控制點布設成閉合或附和導線形式，經常只能布設成支導線形式作為洞室開挖的控制點。為確保洞室開挖質量以及貫通質量，探討支導線與復測支導線的測量精度對洞室開挖質量的影響及在洞室施工中的應用是很有必要的。

2 支導線測角誤差引起終點點位誤差

從一個已知控制點出發，既不附和與另一個已知控制點，也不閉合于原來的起始控制點，則這種導線稱為支導線。它不具備嚴密的幾何條件，缺乏觀測數據的檢核，導線點坐標計算的特點是后一點需用起始點直至該點以前的全部觀測數據。因此，支導線全部觀測值的誤差都會影響支導線終點的點位。如圖1所示；

圖1 支導線示意圖

參照圖1可知，導線最弱點P(n+1)的坐標計算公式為：

X(n+1)=XA+S1·cosα1+S2·cosα2……+S(n+1)·cosα(n+1)Y(n+1)=YA+S1·sinα1+S2·sinα2……+S(n+1)·sinα(n+1)

2.1 支導線任意邊方位角誤差

計算導線點坐標時，首先要推算各邊的方位角。第i條邊Si方位角αi按下列公式計算：

式中α0為起算導線邊方位角；βi為所測導線各左角；i為導線中折角個數(或邊數)。

對上式進行微分則有方位角誤差(橫向誤差)：

從上式中看出，若已知起始方位角mβ無誤差影響，方位角中誤差與轉折角或邊數成正比，i愈大，mαi就愈大，越接近支導線終點端累積的橫向誤差就愈大。

2.2 支導線終點點位誤差

點位誤差(M)作為衡量導線的精度指標，支導線終點點位誤差為：

即有縱向與橫向誤差，由于洞室施工中，導線總是向某一方向延伸，測距誤差較小。縱向誤差ms主要由測距誤差所引起，橫向誤差mα主要由測角誤差所引起。在隧洞工程中，開挖工作面的施工中線放樣因為測量控制點點位誤差，產生貫通誤差。對于隧洞工程，縱向誤差不會影響隧洞的貫通質量，橫向誤差和高程誤差將影響隧洞貫通質量。

3 復測支導線

為提高控制點的精度和對觀測數據進行檢核，需要對支導線進行距離、角度的往返觀測，這種往返觀測的導線稱為“復測支導線”。復測支導線可以看成是從已知點出發經過終點在返回到已知點的閉合導線形式，或者是已知點與終點之間往、返測量兩次的支導線形式。由于支導線不具備檢核條件，因此，對支導線進行往返觀測，主要是創造條件加強對觀測數據的檢核，平差計算其控制點測量成果，計算過程步驟如下：

(1)角度檢核平差計算：用圓周角條件計算導線各轉折角的閉合差，當閉合差不超過相應等級2倍測角中誤差時，取往返測的平均值為各轉折角(一般為左角)的最后平差值。

(2)距離檢核平差計算：經各項改正后往返平距不超限時，取各導線邊往返測量邊長平均值作為平差值。

(3)利用各轉折角平差值推算各導線邊的方位角。

(4)利用各邊邊長平差值和方位角計算坐標增量。

(5)根據坐標增量推算各導線點的坐標。復測支導線方法類似于閉合導線。計算測量成果方法按照閉合導線平差計算，亦可按支導線的計算方法，按復測支導線計算時，各項精度指標明顯高于沒經過往返復測的支導線，復測支導線在測角、測距觀測數據上得到檢核，減小測角、測距誤差的累積傳遞。

(6)蘇洼龍導流洞施工控制采用復測支導線，導流洞貫通后進行貫通誤差測量，其橫向誤差為：25 mm, 遠小于《水電水利工程施工測量規范》(DL/T 5173-2012)規定的±100 mm；豎向誤差為33 mm，小于規定的±80 mm。

4 結 語

(1)在隧洞工程中，支導線的精度與測角測邊的精度、測站數目或導線邊數有關，而測角誤差的影響對導線的精度，以及點位誤差起決定性作用。測角誤差主要影響橫向誤差，橫向誤差則影響隧洞貫通質量或引起洞室中線幾何形狀的改變。

(2)在隧道開挖中，盡量不要采用支導線，即使要采用，為提高支導線精度，減小導線點位誤差，首先應提高測角精度，使用三聯腳架哈聯測，減小對中誤差，同時應盡量加大邊長，減小測站數，應盡量采取復測支導線。 有條件時，盡量將導線布設成閉合形式，可以消除系統誤差的影響。