桂中治旱工程北干一標引水隧洞施工測量控制技術

梁武

摘 ?要：該文以廣西桂中治旱樂灘水庫灌區一期工程為例，超長12 km引水隧洞盾構機單向掘進，介紹了北干一標工程地面控制GPS靜態測量，隧洞內精密布置平行交叉式導線網測量，陀螺儀復核控制網邊方位角測量，對隧洞貫通精準分析采取有效的措施和方案，確保在設計規范內貫通。

關鍵詞：超長隧洞;地面GPS控制測量 ;隧洞控制測量;貫通誤差;測量技術

中圖分類號： TU974 ? 文獻標志碼：A

1 工程概況

廣西桂中治旱樂灘水庫引水灌區一期工程主要建設內容包括總干渠和北干渠片，設計灌溉面積364.53 km2，總供水人口95.52萬人。工程年平均引水量4.03億m3，其中提供農業用水量3.13億m3（包括農業灌溉、農村人畜飲水、水產畜牧及鄉鎮供水），城市用水量0.90億m3。灌區取水口位于樂灘水庫大壩左岸上游約1.2 km處，輸水工程線路是由明渠、隧洞、暗渠、渡槽、倒虹吸以及各類控制建筑物、交叉建筑物和泵站等組成的，其中總干渠長30.35 km、北干渠長56.56 km、該項目為廣西桂中治早樂灘水庫引水灌區一期工程北干渠起點至屯武渡槽進口段全長29.44 km。TBM硬巖掘進機掘進11.891 km，北干一標段平面圖如圖1所示。

2 貫通誤差控制

北干一標引水隧洞組裝場空推至始發洞門1 100 m，盾構機從六浪隧洞出口進入 ，單向掘進。施工測量控制網從地面通過傳遞洞門，為了提高精度控制網采用平行交叉閉合導線，減少測角誤差，測距誤差，對控制網測量具有可靠性和準確性[1]。

北干一標引水隧洞施工控制測量步驟是地面GPS靜態控制網測量、洞內精密平行交叉式導線測量、陀螺儀校核方位角測量。為了確保隧洞順利貫通，現將貫通測量誤差分析如下。

2.1 平面控制網橫向貫通誤差分析

貫通誤差主要在于地面控制網測量誤差、洞內導線控制網點位累計誤差、TBM機自動導向系統測量誤差、為了減少誤差，采用陀螺儀復核控制點方位角消除。1） 地面GPS控制網誤差。地面控制網用6臺雙頻LeicaGS15型GPS接收機按設計院提供的10個C級進行同步靜態觀測。測量標稱精度：3 mm+0.5 ppm。北干一標全部控制網加密復測平差計算后最弱點位中誤差為2.8 mm，符合全球定位系統測量規范中誤差小于5 mm， GPS靜態測量作業的基本技術指標見表1。2） 洞內導線控制網誤差。洞內平行交叉式控制網導線采用TS30全站儀觀測，測角4個測回，測邊距正倒鏡4個測回，測角精度為±0.5″，測距精度為±（1 mm + 1.5ppm）×D。由于隧洞噴錨支護方式掘進觀測環境極其惡劣，測角中誤差取±1.0″計算，洞內采用平行交叉式導線按 9個轉折角10條邊長形成一個閉合環 ，平均邊長500 m，經過平差計算洞內導線測量網橫向與隧洞線路中心線貫通誤差為±18 mm，為了減少貫通誤差，預防點位變形，控制點定期復測，保證控制點精度，滿足施工要求。3）陀螺儀觀測校核洞內控制網誤差，陀螺定向采用北京航天發射技術研究所自主研發生產的BTJ-5型陀螺全站儀[尋北精度≤5″（1σ）]，上置Leica生產的TS-09plus ?1″全站儀[2]。陀螺儀校核分別在掘進至3 km、6 km、9 km、出洞前500 m處進行控制網邊方位角檢驗，檢驗陀螺儀測量計算的坐標方位角與區間控制點測量的坐標方位角，控制在小于15"，符合《城市軌道交通工程測量規范》GB/T 50308—2017中8.2.12的要求。復核結果見表2。4） TBM機enzan自動導向系統誤差。因為隧洞是硬巖TBM掘進，機械調動抖動大，影響導向系統測量的準確性，實測計算橫斷面誤差±15 mm，高程偏差為±20 mm。操作機手可以根據自動導向系統顯示頻參數往前掘進的情況下，縱橫誤差可以控制在±10 mm。

經上述分析影響貫通誤差在±78 mm。為了隧洞按設計要求貫通，項目部制定計劃貫通誤差控制在±100 mm。

2.2 高程控制誤差分析

隧洞內高程控制網采用LeicaNA2+GPM3水準儀觀測，精度為DSZ1級[3]，高程允許誤差按照《水利水電工程施工測量規范SL 52—93》規范技術要求，按照±4平差計算，貫通誤差可以控制在±100 mm以內。

3 優化測量方案

樂灘水庫灌區一期工程隧洞的測量方案優化主要從以下4點入手。1） 地面控制網采用靜態 GPS觀測 ，數據處理1954北京坐標系統是以109°位中央子午線的3°帶坐標系統，采用高斯正形投影方法，投影面為大地水準面（EGM96），參考橢球為克拉索夫斯基橢球。高斯投影變形依然有約 8 mm，在隧洞長約 12 km范圍內 ，方位影響會較大 ，高程采用樂灘電站基準， 0～100 m高程面上邊長投影變形約 16 mm，全標段方向影響一致確保均勻影響。為了坐標系的獨立坐標系統計算可減小投影變形的影響，確保一個項目不換帶或少換帶的目的，地面與洞內在坐標系統上保持一致。2） 洞內控制點分別在隧洞左右兩側延伸平行交叉成對布設 ，控制點選址在圍巖牢固可靠的地方，做好測量標識，平面控制點均采用混凝土鋼結構觀測墩5/8英制螺絲強制對中盤，可以減小全站儀對中點位誤差，高程控制點采用不銹鋼十字半圓球鋼筋混凝土結構，洞內直伸導線改為導線平行交叉網觀測 ，前后同側點測邊測角 ，前后同側點和異側對點間加測邊長形成閉合角，導線控制網形成平行四邊形折回 ，這種平行交叉式導線網精度優于直伸式直導線，圖2為控制點平面位置圖。3） 洞內精密導線測量采用左右洞巖上平行延伸交叉式導線網 ，為避免旁折光 ，角度測量觀測誤差不設在同側點 ，左右兩側點延伸等距測邊測角 ，導線終端一組控制點作為下次導線延伸起算邊。4） 陀螺儀復核洞內控制點測量方位角誤差是12"，經過平差復核控制點位誤差±50 mm。六浪隧洞出口至窯瓦隧洞于2020年 1月 8日順利貫通 ， 縱橫貫通誤差分別是5 cm、10 cm。

4 結語

對于桂中治旱樂灘水庫灌區一期工程北干一標超長12 km 隧洞洞內平行交叉式導線網加測同側邊長和近點邊長能有效提高洞內方位角精度 ，是避免旁折光、洞內外溫差、氣壓改正值的影響提高精度的有效方法。北干一標TBM隧洞施工測量確保了隧洞精準貫通 ，陀螺儀復核平行交叉式控制點邊長方位角的可行性，超長隧洞貫通測量具有指導性意義。

參考文獻

[1]田文江.長大引水隧洞施工測量控制方法[J].建筑工程技術與設計，2019（29）：290.

[2]薛暉.甌江引水工程隧洞施工控制測量探討[J].經緯天地，2019（5）：80-83.

[3]易軍.引水隧洞施工控制測量研究[J].甘肅科技，2018，34（20）：32-33.