竖井开挖测量控制

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摘要：竖井开挖施工对测量而言，主要分为控制测量、反井钻机垂直度控制、激光指向仪安装、日常开挖施工放样、贯通测量、资料整理等。以江西洪屏抽水蓄能电站竖井施工测量为例，探讨竖井控制测量、日常开挖测量放样、开挖竣工形体测量、满足规范精度等问题。

关键词：竖井开挖；激光指向仪安装；垂直度控制；放样；精度

中图分类号：E992文献标识码： A

1、概述

江西洪屏抽水蓄能电站位于江西省靖安县境内，下库坝址距县城约40km，为周调节抽水蓄能电站。电站装机容量为1200MW（4×300MW），本工程属大（1）型一等工程，主要永久性建筑物按1级建筑物设计，次要永久性建筑物按3级建筑物设计。

本标段为江西洪屏抽水蓄能电站主体工程包2（C2标）引水系统土建工程。单条输水管道总长度约为2642.7m（指4#输水系统长度，下同），其中单条引水隧洞长约1372.4m，引水上平洞为钢筋混凝土结构，开挖洞径为7.6m，衬砌后断面直径6.0m；从引水上竖井的上弯段起点以下均采用钢管衬砌，钢衬内径5.2m；尾水系统中除尾水支管采用钢衬外，其它均为钢筋混凝土结构，衬砌后断面直径6.5m。

2、利用资料 及测量设备

（ 1 ）引水竖井及上、中、下平洞等建筑物施工开挖、支护图 。

（ 2 ）华东测绘有限公司提供 、 西北监理公司审核的Ⅱ等控制复测成果 ( 电 站独立坐标系、 WGS84黄海高程系 ) ；施工局完成的加密控制成果。

（ 3 ）测量设备：采用 Leica TCR802( 2 ″级 ) 全站仪，天宝GPS、激光指向仪等辅助设备。

3 、控制测量

根据规范要求，本次洞内控制应满足四等导线精度要求。平面控制网相对于同级起始点的中误差小于± 10mm 。

3.1 控制技术指标

埋点：控制点沿形成开挖洞室布置，采用强制对中盘安装在牛腿上和Φ 24 长 50cm 钢筋深埋基岩两种类型搭配使用。

技术要求

（1）平面控制：水平角观测 6 测回(2 ″级 仪器6测回) ，边长往返观测 6 测回， 垂直角往返各三测回。

（2）高程控制：采用四等水准高程测量闭合导线。

达到精度指标：按左右角闭合差计算的测角中误差为 1.5 ″；对向观测平均值测距中误差为 1.2mm ，平均边长相对中误差为 1/15000 。

计算平距用垂直角经过两差改正，观测边经气象、加、乘常数改正，改正后观测边投影至测区选定高程面 462.2m 。

3.2 竖井控制形成

根据规范和实际情况以满足开挖精度要求为前提，导线控制等级选定为四等。

我局承担的引水上平洞 K0+88.361 以后的引水上平洞的控制点从Ⅱ等控制网引测，经 1# 施工支洞先后引进至 2#、1# 引水上平洞 1ZDX8 、 1ZDX9 两点。引水中平洞的控制点从Ⅱ等控制网、 2# 施工支洞引到XK8、XK9点。引水下平洞的控制点从Ⅱ等控制网、经进厂交通洞、 3# 施工支洞、 引水下平洞引到B8、B9号控制点。经测量平差后的结果对比，均满足规范要求，控制点精度在允许的误差以内。

4.1 反井钻机的垂直度控制

反井钻机需要平台来安置机器，在浇筑好的砼平台上放出竖井的中心点，钻机就位时钻杆的中心对准竖井中心点，对钻机进行粗调，使机架基本垂直，粗调后看钻杆中心是否在竖井中心点上，如在竖井中心点就可以对机器基座和车架固定，如没有对准竖井中心点就需要对整台机器平移，使钻杆中心和竖井中心点对准，然后固定基座和车架。

4.2 垂直度控制的实施

机架为一长方体立柱，首先用测量仪器观测机架使其调整为垂直，然后在机架一侧面上做两点来控制机器的垂直度，这两点必须在一铅垂线上。用全站仪对钻机进行控制，在控制前首先要对精度要求进行计算，竖井高度是已知的，但实际要钻进的深度是小于竖井中心线和引水上平洞及引水下平洞中心线交点间的距离。没有对其实际钻进高度测量，用中心线交点间的距离计算，此距离大于钻机所要钻进竖井的深度，同等条件下，对钻机的垂直度也就要求要高一点。在测量控制上要求机架上两点间的偏差值控制在 2mm 以内。

4.3 过程测量控制

钻进 1m 左右需对钻机的垂直度进行检测，随着钻进深度的增大，检测的距离间距也随之曾大。达到 30m 以后就无需对钻机进行检测，因为其钻杆的长度过长，在岩石等作用下发生弯曲变形是测量所不能控制的。1#上竖井偏斜值稍微超出了竖井设计半径的范围，经调查确定因反井钻机首次使用，操作技术人员对机器操作还不够熟练和岩石的问题所造成。同时也说明一个问题反井钻机自身的偏斜率和其它偏斜率重合，可以初步确定反井钻机自身的偏斜方向。在 2# 竖井中反井钻机的控制时，对钻机的偏斜度进行了人为地控制，在 2mm 的坐标差值范围内，使钻杆方向和 1# 上竖井下口钻杆的方向相反，也就是控制的偏斜方向和钻机自身偏斜方向相反，结果显著。

4.4 扩挖测量

扩挖（即成型扩挖），成型扩挖需要准确的测量放样，在竖井开挖中运用全站仪放样是非常困难的，采用全站仪配合激光指向仪对竖井放样，这种方法相对其他方法明显的提高了安全系数、缩短了放样时间、提高了放样精度并且操作简单。

在竖井开挖深度为 25m 以前用全站仪及垂球放样，超过就需要安装激光指向仪，因 25m 以后运用垂球比较困难， 25m 以后安装可以保证激光指向仪和标靶距离掌子面有一定的距离，放炮时不被飞石破坏标靶。

4.5 激光指向仪的安装

① 在近井点处引一点架设全站仪，此点必须保证能够通视 a 、 b 、 c 三处，全站仪架设在此点上分别放出 a 、 b 、 c 三处的坐标。

② 在 a 、 b 、 c 三处已插好的锚杆上焊接制作好的激光指向仪固定件，固定件的中心必须在竖井轴线上，偏差值为± 1cm 。

③ 安装标靶 1 ，以 c 激光指向仪的标靶安装为例，标靶 1 焊接在预先埋设好的锚杆上，标靶 1 的中心基本在激光指向仪固定件的中心线方向，标靶 1 距离激光指向仪固定件的距离为 20 ~ 25cm ，标靶用铁板做成 15 ~ 20cm 四方形为宜。

④ 测定出激光指向仪固定件中心的坐标，在标靶 1 上放出激光照射孔点坐标 A1 （ X,Y,H ）， X 为竖井中心桩号， Y 为激光指向仪固定件中心实测偏距， H 为标靶 1 实测高程。对标靶 1 上 A1 点钻孔、孔的直径应在 0.3 ~ 0.6cm 以内，测出钻孔后激光照射孔的实际坐标 A1 （ X,Y,H ）并记录数据。测出标靶 2 上 A2 点， A2 的 X 和 Y 值同标靶 1 上 A1 点的 X 和 Y 值相同，在激光指向仪固定件上安装好激光指向仪，通过对激光指向仪的调节使激光通过标靶 1 上 A1 孔照射到 A2 点，使激光的中心对准 A2 点，然后在 A2 点上钻孔使激光通过标靶 2 照射到掌子面。用同方法完成另两只安装。

⑤ 激光指向仪安装一经完成，需要检查激光是否合格，根据图形可以看出对每条竖井安装三只激光指向仪，并且都在轴线上， b 、 c 在 Y 轴上，这样在放样时就可以找到竖井的中心点。

⑥ 激光指向仪的标靶每隔一个星期检查一次，在平时的放样中只需对掌子面上的激光点组成的T形以量取三边的方式检查。

⑦ 精度的要求 根据《水利水电工程施工测量规范》要求：土石方开挖平面位置限差和高程限差均为± 50mm 。根据现场实际情况和仪器的倾角极限，确定标靶 2 距离标靶 1 不小于 10m 。假设两个标靶距离为 10m ，平面坐标差值 2mm ，计算得出 1# 上竖井打通后的激光平面位置偏差值为 5.9cm 左右，完全满足规范要求。竖井完全打通后对激光平面位置检查偏差值仅为 2cm 。因为竖井开挖中高程对放样没有影响，高程采用测绳控制挂在井口已知点处即可。

4.6 竖井开挖断面的测量

竖井开挖断面的测量，根据要求每间隔 5m 必须测量一次断面，和放样时一样用激光找出竖井中心。找出竖井中心后，采用固定半径画圆的方法，记录下它们的数据，能够比较方便快捷的对圆形竖井放样。最后在内业中对数据计算处理画出竖井断面图。

5 、结语

竖井施工因采用开挖设备、开挖程序等原因，测量手段各有不同。但测量基本流程是一致的， 以上只是总结前人经验。除此之外再稍微发表了个人对竖井测量工作的一些体会和想法，如有不妥之处请指正。