傳統測量技術在小水電站地下引水隧洞改造項目中的應用

邵火峰，沈 默，蘇秀永，游明亮

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014；2.浙江省交通規劃設計研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

1 概 述

在GNSS測量、攝影遙感等測量技術等日益成熟的今天，新型測量技術的應用越來越廣泛，但傳統測量技術仍有重要的應用，尤其是在地下工程測量中。

位于金沙江左岸的以禮河水電站建于1956年，運營至今。由于即將受到2021年建成后的白鶴灘水電站水位影響，需對以禮河四級水電站進行改造升級。為滿足設計和施工的要求，需對局部地下引水隧洞現狀進行測量。當前，水電站每年均有發電任務，每月均有發電計劃。因此水電站管理者提出，可以降低日調節池水位，同時關閉進水口3 d，作為地下引水隧洞測量作業時間。針對本電站改造涉及地下施工爆破，設計人員提出：需要地下引水隧洞局部平面位置、坡度、橫剖面等測量數據，數據力求準確，確保在0.15 m以內的精度，且與地面測量數據保持統一的坐標系統、高程基準。

水電站日調節池附近有2個垂直的地下引水隧洞檢修孔，互不通視，兩檢修孔間隧洞呈曲線狀。測量環境空間有限、作業時間緊迫，短時間內無法調用陀螺經緯儀用于定向[1_2]。考慮滿足精度要求及外業時空受限等條件，決定采用兩井定向、布設無定向導線方法，將地面平面坐標系統傳遞到地下引水隧洞底部，同時將地面高程引測至隧洞底部；繼而在地下引水隧洞內，向需要測量的部位發展直伸形支導線，同步進行電磁波測距三角高程測量。隨機抽檢碎部點，分析測量數據精度。

2 兩井幾何定向原理與平差計算

2.1 兩井幾何定向原理

兩井幾何定向，就是通過兩個豎井，分別將地面點投點到井口底部，并在投點間進行連接測量[3]。可以用線垂或投點儀進行投點，井上下高差用長鋼尺量距，簡便可行。由于兩投點互不通視，連接測量無起始方位角，所以稱作無定向導線(見圖1)，只能觀測各導線邊的邊長和各個轉折角。計算時，根據起點A、終點B的已知坐標，間接計算起始方位角。

圖1 無定向導線示意

2.2 無定向導線嚴密平差計算

文獻[3]提出無定向導線有3個條件方程式：

(1)

(2)

(3)

3 具體測量作業及精度分析

3.1 測量作業思路

由于無定向導線沒有方位角閉合條件，應設法提高導線測角精度，采用嚴密平差方法是提高導線點精度的重要手段[4]。考慮隧洞內平均高度不足2 m，即使用2 m水準尺也難以立放，所以在測量導線的同時，采用電磁波測距三角高程測量方法進行圖根級高程控制測量。

3.2 無定向導線測量

通過兩檢修孔投點至隧洞底板的測量標志DX1、DX2彼此不通視，在DX2、DX1之間布設DX3～DX8導線點(見圖2)。使用Leica TS30全站儀(標稱精度：±0.5″,±1 mm+1 ppm)，參照《工程測量規范》(GB 50026—2007)[5]，按二級導線技術要求測量。因受地下隧洞空間條件限制，不可避免地存在個別導線邊長較短，相鄰邊長相差較大。通過掛垂球對中，以垂球線為照準方向目標，目的是改善對中、照準條件，減小對中、照準誤差，水平角觀測左、右角各2測回，從而提高測角精度。

圖2 無定向導線線路圖

3.3 無定向導線平差計算

采用COSA地面控制系統V 6.0軟件，平差無定向導線，平面平差結果如下所示(見表1、表2)。

表1 最弱點及其精度

表2 最弱邊及其精度

導線全長相對閉合差1/11 000≤1/10 000,符合二級導線測量技術要求[5]，點位誤差為0.128 cm，平差后平面精度較高。

3.4 圖根電磁波測距三角高程測量

3.5 圖根支導線測量、隧洞內碎部測量

圖3 圖根支導線線路圖

設站各圖根支導線點，采用極坐標法測量相應的地下引水隧洞平面位置、坡度和橫剖面，實地標識測量位置并拍照取證。使用圖根支導線成果，計算各碎部點測量數據。隨機抽檢33個碎部點，經統計：平面中誤差±3.1 cm，高程中誤差±4.5 cm。

4 分析結論

通過上述工程實例測量計算分析，不難發現平面、高程測量數據能夠滿足地下爆破施工提出的0.15 m精度要求。可以推論出：在高度不大于2 m、長度不大于2 km的地下引水隧洞內測量，無法應用GNSS、攝影遙感等快捷高效的新技術，難以使用價格昂貴、操作復雜的陀螺儀時，可選用導線測量和電磁波測距三角高程測量等傳統測量技術。使用高精度全站儀完全能夠同時獲得預計精度的平面坐標和高程數據[6_7]，滿足設計和施工提出的要求。

將地面坐標、高程向地下引水隧洞底板傳遞時，因檢修孔較深，使用的垂球線不可避免的有輕微擺動；使用鋼尺量取垂直高差時，未加入鋼尺的垂曲改正、尺長改正、兩端拉力改正等，傳遞高程肯定會存在一定系統誤差。因此，在今后類似工作中，改用激光(紅外)投點儀，加入各項改正，以消除客觀存在的各項系統誤差，對提高測量精度仍有余地。文獻[8]適當提高測角、測距精度，并經過嚴密平差后，無定向導線精度能夠達到相當于一級導線的精度要求，完全可以滿足一般土建工程設計和施工的需要。

總之，在當前測繪技術日新月異的情況下，作為傳統測量技術的無定向導線測量和電磁波測距三角高程測量，在空間極為有限的地下引水隧洞內測量，仍然有著較為廣泛的適用性。