抽水蓄能電站地下洞室施工測量控制技術

閆自連，戴永成

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

1 概述

抽水蓄能水電站一般具有施工區域范圍廣、引水洞距離長、上下庫高程落差大、地下洞室群出口多等特點，針對這些特點，布設合理的控制網尤為必要。控制網中的平面網一般采用邊角控制網布設，主要原因是考慮到抽水蓄能電站有很長的輸水系統，點位要求既方便施工測量放樣，又能直接從加密控制點測出各地下洞室群的洞口點，提高放樣精度。在布設加密點時，應充分考慮既能永久保存又不被施工破壞的要求。進洞點及洞內控制點的起算點首選首級控制點，其次才是加密點。洞內控制點的布設宜為直伸雙導線，沿著隧洞的兩側布設，一般按150 m左右布設1點，各控制點相鄰邊長不宜相差過大[1]，盡量避免以過短的起始邊施測長距離邊長的控制點。

2 施工測量放樣

抽水蓄能電站洞挖施工主要包括平洞及豎井兩類。抽水蓄能電站平洞常見斷面形式有城門形、圓形、馬蹄形等，按設計圖正常放樣即可。抽水蓄能電站豎井斷面形式一般為圓形、矩形兩種，豎井開挖方法一般采用反井鉆機+鉆爆法，先用反井鉆機向下鉆一先導孔，然后反井鉆機向上反擴，形成一個導井，再用鉆爆法擴挖至設計開挖線。

2.1 反井鉆機導井施工測量放樣

反井鉆機導井施工分為先導孔施工、擴孔施工兩個步驟[2]。反井鉆機施工工藝流程見圖1。

圖1 反井鉆機施工工藝流程示意

反井鉆機導孔施工應先測量放樣豎井中心點和反井鉆機施工平臺基礎，基礎澆筑完成后，安裝反井鉆機及地腳螺栓，調平，然后澆筑二期混凝土，固定后再次檢查調平鉆機。

鉆桿的垂直度調整以反井鉆機機架立柱為基礎，立柱為長方體，鉆機安裝在立柱內側的行走滑道上，滑道與立柱是平行的。先用測量儀器觀測立柱，調整至基本垂直，在方便用儀器觀測的方向布設基準點，校正反井鉆機的垂直度，基準點布設最佳為對稱布設，且與機架平行，即同一立柱的上、下各布設一基準點，基準點用鋼板尺及角尺參照反井鉆機立柱構造來量取，量取后檢驗基準點相對尺寸，檢驗正確后才能調整反井鉆機的垂直度。用全站儀測量基準點坐標進行比較，要求基準點相對偏差值控制在2 mm以內，在調整過程中需行走鉆機，以釋放應力，循序漸進，逐步調整垂直。垂直度的調整精度根據豎井高度及開挖斷面尺寸進行估算，并且反井鉆機向上反擴后不得超出開挖斷面外。反井鉆機布置及校正見圖2所示。

圖2 反井鉆機布置及校正示意(單位：m)

反井鉆機開孔形成后需停機檢測，每0.5 m停機檢測1次，之后在加鉆桿時應檢測，達到30 m鉆深以后就無需對鉆機進行檢測，因為其鉆桿的長度過長，在巖石等作用下容易發生彎曲變形，測量無法控制。

先導孔鉆通后，測量先導孔出孔口坐標，計算偏斜率。

2.2 鉆爆法開挖測量放樣

導井完成后，采用鉆爆法進行擴挖，擴挖過程中需要提供測量控制基準。豎井高程測量采取在井口測設基準點，用懸掛鋼卷尺法向井下傳遞，每25 m布設一基準點，懸掛用的鋼卷尺需檢定，懸掛錘球的重量按檢定證書中進行選取。豎井施工的高程測量放樣只在起止處要求高，井身段要求不高，能滿足開挖斷面測量即可，重點是平面測量放樣。擴挖至設計開挖線需要準確放樣平面開挖輪廓線，豎井的設計開挖斷面較大時，可采用全站儀直接放樣[3]，若豎井的設計開挖斷面較小，可采用懸吊錘球法及激光指向儀法[4]。由于爆破的影響，前30 m左右用全站儀及懸吊錘球法進行放樣，有一定的安全距離后再安裝激光指向儀進行放樣。圓形斷面與矩形斷面的懸吊錘球點及激光指向儀安裝布設方法略有不同，下面分別介紹。

2.2.1圓形斷面錘球及激光指向儀安裝

對于圓形斷面的豎井，懸吊錘球點及激光指向儀可布設在圓的中心上或圓的十字象限上。根據項目圓形豎井的設計情況，懸吊錘球點布設在井口圓的十字象限上且等距，每條垂線距設計開挖線0.5 m，以避開錨桿的影響。激光指向儀布設[5]在圓的中心上，激光可從豎井井口穿過導井射到井底，井口激光指向儀定位安裝完成后，開啟激光指向儀，在井底用全站儀校正激光指向，校正過程需井口及井底配合完成。在施工過程中，若遇到導井不通的情況，可用懸吊錘球法來校核激光指向，采用拉線并量距的方法來校核，若激光指向有偏差，調整激光指向儀，校正過程中需井口及開挖面上下配合完成，4條垂線相交出的中心與激光間的相對偏差控制在10 mm以內[4]。

前30 m懸吊錘球點的現場安裝如圖3所示，30 m之后懸吊錘球點及激光指向儀的現場安裝如圖4所示。

圖3 圓形斷面前30 m懸吊錘球點現場安裝示意

圖4 圓形斷面30 m后懸吊錘球點及激光指向儀現場安裝示意

2.2.2矩形斷面錘球及激光指向儀安裝

對于矩形斷面的豎井，懸吊錘球點布設在井口與設計開挖線平行且等距的角點上，每條垂線距設計開挖線0.5 m，以避開錨桿的影響。

激光指向儀布設在懸吊錘球點同邊兩點連線的延長線上，且與對邊對稱布置。矩形斷面激光投射到開挖面上，在施工過程中，可用懸吊錘球法來校核激光指向，采用拉線并量距的方法來校核，若激光指向有偏差，調整激光指向儀，校正過程中需井口及開挖面上下配合完成，垂線與激光間的相對偏差控制在10 mm以內。

前30 m懸吊錘球點的現場安裝如圖5所示，30 m之后懸吊錘球點及激光指向儀的現場安裝如圖6所示。

圖5 矩形斷面前30 m懸吊錘球點現場安裝示意

圖6 矩形斷面30 m后懸吊錘球點現場安裝示意

為保證工程質量的要求，豎井測量放樣盡量使用全站儀，在有條件的情況下沿井壁布設自由點，每25 m布設1組，沒條件的才使用激光指向；激光指向儀25 m校正1次，盡量使用全站儀校核，沒條件使用懸吊錘球法校正，必須待錘球穩定后才能校正。

鋼絲繩及錘球的選取見表1。

表1 鋼絲繩及錘球配置

3 貫通測量

3.1 洞內貫通誤差估算

隧道工程的施工控制測量在各種施工規范中要求較多，精度要求也比較高。施工單位，對洞內控制測量的精度直接影響到隧道貫通的精度，為保證隧道在貫通時的精度滿足設計和規范要求，在隧道施工前，需要對洞內控制測量進行設計，估算隧道貫通誤差的精度。貫通誤差主要是由控制測量引起的，施工放樣誤差影響較小，可以忽略不計。相對于貫通誤差而言，縱向貫通誤差只影響隧道的長度，只要不大于隧道的定測中線的誤差就滿足隧道的施工要求，而橫向貫通誤差如果超限則會引起隧道幾何形狀的改變，導致洞內建筑物侵入隧道設計規定界限，豎向貫通誤差采用水準測量的方法也能達到隧道施工要求，影響相對于橫向貫通誤差更小。

抽水蓄能電站的地下洞室群相對比較多且復雜，因此貫通面較多，尤其水道和廠房系統建筑物、構筑物較多，貫通誤差對其影響最大[6]，故需要進行貫通誤差估算，根據估算結果，在施工過程中加強洞內控制測量的精度，保證最終的隧道貫通精度滿足設計襯砌要求，減少施工浪費和返工。

3.1.1橫向貫通中誤差計算

按下式計算貫通面上的橫向中誤差：

(1)

(2)

(3)

3.1.2豎向貫通中誤差計算

隧洞洞內高程的控制測量精度直接影響的是豎向貫通中誤差，計算每千米測量高差平均值的偶然誤差。

(4)

式中Δ為往返測高差不符值,mm；R為測段長,km；n為測段數。

3.1.3貫通誤差估算結果使用

將貫通誤差估算結果與規范中規定的橫向、豎向貫通測量限差作比較，確定洞內平面控制測量布設導線等級及高程控制測量布設三角高程等級[7]、使用儀器的精度等，使洞室開挖滿足設計和規范要求。

在具體實施的過程中，要改進技術、提高技術、提高精度，減小貫通誤差，最終實現順利貫通。

3.2 洞內貫通誤差估算檢驗

1) 當洞內實現貫通后，首先要檢查貫通斷面的實際偏差[8]，采用兩條導線同時測定某點，計算相對于軸線的偏差值。

2) 導線貫通差一般采用附(閉)合導線的測量方法進行測量，貫通后導線可以附(閉)合到首級控制點，通過平差計算出貫通后導線上各點的坐標，并與貫通前的導線點坐標進行比較，若偏差過大可以對差值進行合理分配，若差值小，可直接使用貫通后的測量成果。

3) 洞內貫通后，確定貫通差，并與洞內貫通誤差估算的結果進行比較，分析估算結果是否合理，并進行技術總結。

4 結語

抽水蓄能電站地下洞室的開挖，測量控制是工程的關鍵，豎井放樣使用垂球及激光指向儀是目前切實可行的較好方法，有效地控制了豎井開挖質量。根據貫通誤差的估算結果，布置合理的導線網及高程網，可以保證各洞室開挖的準確性。