对水电站隧洞贯通测量控制的探讨

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摘要：在水利水电站工程中，经常遇到隧洞工程，常见的有引水隧洞、导流洞、泄洪洞、尾水洞、交通洞等隧洞工程。本文通过多年工作经验，阐述了水电站隧漏掘进施工中，对隧洞的施工测量进度决定作用，并对隧洞施工测量进行研究探讨，以供同行参考！

关键词：水电站：隧洞工程；测量控制

1.工程概况

某水电站距上游水电站32.8km，距下游水电站73km。电站正常蓄水位 2452m，总库容10.79亿，最大坝高250m，电站装机容量 6×700MW，工程的主要任务是发电。

枢纽建筑物由双曲薄拱坝、坝身泄洪建筑物、坝后消能建筑物和右岸全地下厂房组成。工程规模为 I 等大（1）型工程。前期工程右岸低线交通洞担负着拉西瓦水电站地下厂房、进水口、尾水洞、调压井等建筑物的施工运渣、交通，对电站工程施工起着非常重要的作用，属于电站前期的关键工程。电站右岸低线交通洞设计全长 1385m，洞室设计断面尺寸为 14.3m×8.5m(宽×高，城门洞型）。

施工坝址区为高山峡谷地貌，河谷狭窄，两岸岸坡陡峻，高差近 700m，属典型的“V”字型河谷。进（出）洞口的明挖路线长且一侧为高边坡，另一侧为水流湍急河道，测量控制点不易布设。

2.控制测量技术

2.1首级平面控制测量

对于隧洞首级控制测量一般采用导线布网或三角锁布网，当隧洞过长时，其横向误差就会迅速积累，这对于隧洞贯通是极为不利的。在此项目水电站中采用首级二等 CPS 控制网来控制横向误差，其最大异步环相对闭合差在1/10万以上。同时为了提高和检测首级控制点之间的相对精度，用来卡TCR1101全站仪（测角精度2″，测距 2 5ppm ）按三等号线的精度要求对GPS成果进行了复测。

由于本隧洞采用两端洞门开挖，相向掘进，对方位角的测量精度要求较高。 GPS 控制网经高斯投影后，其方位角与地面常规测量仪器测出来的角度之间有一个差值，称为垂线偏差，应尽可能将其减小。

垂线偏差的计算公式： （1）

式中： 、 为垂线偏差在子午圈和卯酉圈方向上的分量； A 为方位角； 为测站上全站仪观测前后视点的高度角。

从（1）式中看出，当两点的高程大致相等，即接近零时，则 。因此在本工程首级 GPS 控制测量选点时，应尽量使洞口控制点的高程与洞口设计高程基本接近，这样就能减小垂线偏差影响。

2.2 加密平面控制测量

加密平面控制测量为洞口加密控制测量和洞内指导施工控制测量（洞内基本导线、洞内施工导线），按四等导线测量精度要求进行布点测量。

在洞口部位，由于可利用的两个三等控制点均与洞口点通视，直接布设导线网与洞口联测。洞口加密控制点的布设要求有利于点位保护、有利于保证测量精度及便于点位加密。

洞内控制测量采用导线网。为使导线边足够长，且视线与洞壁有一定距离，减少旁折光的影响，导线点应尽可能位于洞室中线附近，减少干扰，有利于控制点位的稳定。

导线尽可能布设成等边直伸型导线，在测量环境允许范围内尽可能地选长边。在施工过程中，由于进洞端为曲线段，且洞室设计曲线较多，考虑到施工影响和目标成像清晰，洞内边长一般为150～200m 左右，在接近贯通部位时，导线边长应适当缩短，边长在100m 左右。

洞内测量的频率及时间。结合洞室开挖施工进度，每一个月左右进行全面复测（此时洞室进尺约 200m )，同时对洞室开挖后的净空进行测量检查。对混凝土衬砌段约每5m 一个断面进行检查，非混凝土衬砌段约每 20m 一个断面进行检查。

2.3 高程控制测量

洞外高程控制测量。本工程在进洞口、出洞口附近均埋设两个洞外高程控制点，采用三等水准测量与附近高等级水准点进行联测。洞内高程控制测量，采用四等光电测距三角高程导线，全部进行两组独立观测。

3.隧洞贯通测量的设计精度分析

对水电施工单位而言，洞内控制测量精度的高低将直接影响到贯通的精度。为保证隧洞在允许精度范围内贯通，我们要对洞内控制测量进行设计，在未贯通前要对己施测的测量成果进行精度估算，确定所要采取的测量方案，保证控制测量精度。隧洞工程的贯通测量，主要应重视在贯通重要方向上（即沿贯通前进方向的重要方向）的误差。

洞内控制测量受洞室开挖方式的限制，绝大部分采用导线测量。但是，导线测量极易导致测量误差的积累，同时在其它因素影响下，使得最终导线点位置产生误差，与设计位置产生偏离。因此，在隧洞工程的施工组织设计阶段，就需要对所拟定的测量方案和方法进行误差预计，估算采用此方案是否满足工程精度需要，并及时修正测量方案或测量方法，以满足工程施工精度需要。

3.1 洞内平面控制测量的设计

工程中标后，根据隧洞工程的实际情况、洞室相向或单向开挖长度及设计贯通精度要求，对洞内导线进行设计，确定洞内导线施测的等级、测量设备和测量方案，以保证洞室开挖轴线的正确。

首先要估算预期的贯通误差，在电脑 AutoCAD 图中绘出隧洞开挖平面图及预计贯通面的位置，充分考虑开挖施工时洞内的测量环境（如通视条件及出渣等对测量的影响）及提高测量精度的方法，合理地选出导线点位置，并展于平面图上。

隧洞在未贯通前都是支导线，而支导线的终点就是精度最弱点。对于双向开挖的隧洞，预计贯通的点，就是导线精度的最弱点。

主要影响隧洞贯通精度的横向贯通中误差是由导线网的测角误差及导线边长误差所引起。根据误差传播定律，导线测角及测边是相互独立的两个量。

导线测量误差在贯通面上引起的横向贯通中误差 my，见公式（2）：

（2）

式中： 为导线测角中误差；Ry为导线点到贯通面的垂直距离（m）； 为 206265； 为导线边相对中误差(mm)；Dy为导线边在贯通面上的投影长度（m）；n为导线组数。

根据绘制好的略图上量取各个导线点到贯通面的距离 Ry和各导线边在贯通面上的投影长度Dy，再根据实际使用测量仪器精度确定测角中误差 和测量边长的精度 ，进行计算。

当 my小于隧洞横向贯通中误差允许值时则达到设计要求。否则应该选择符合精度要求的仪器设备或者调整导线控制的线路及测量方案等重新进行计算，直至满足隧洞贯通精度要求。

也可以根据本单位的测量仪器等级及实际技术水平，根据选定的角和测量边长的精度 来确定导线测量的等级，再严格按照确定的等级测量技术要求进行施测。

3.2 洞内高程控制测量的设计

隧洞洞内高程的控制测量精度直接影响的是竖向贯通中误差。通常是根据水准测量或光电测距三角高程导线测量误差引起的竖向贯通中误差来确定高程控制测量的等级。

(3)

式中： 为竖向贯通中误差；L为洞内高程测量路线的全长，单位为km; 为按测段往返测的高差不符值计算的每千米的高差中数的中误差，单位为mm。

由公式3得：(4)

L可根据图上拟定的路线量取或取3～5倍洞轴线的长度。

根据设计贯通测量中误差和 L即可计算出 的数值，再查找相关测量规范，即可确定洞内相应的高程控制测量的精度和等级。确定高程测量的等级后，选取施测方便、经济合理，又能保证高程传递精度的测量方法，如水准测量或光电测距三角高程导线测量，严格按相应技术要求进行施测。以上分析洞内控制测量设计的计算方法适用于相向开挖长度（含支洞在内）为 10km 以内的隧洞开挖。

3.3 理论贯通误差与实际贯通误差

根据所采用的测量仪器及绘制的洞室导线点，按 、mL/L=1/45300、n=2，计算获得的理论横向贯通中误差my为±31 . 3mm 。

隧洞实际贯通之后，从进口段、出口段分别对贯通点进行了实测，实际横向贯通误差为 23.8mm。本工程贯通后的实际横向贯通误差 23.8mm与理论分析值31.3mm 相符，高程实际贯通误差为 19mm 。按照水电水利工程施工测量规范（DUT5173-2003）的要求，横向贯通误差不大于100mm，高程贯通误差不大于50mm。所以电站施工运渣交通洞以较高精度完成了隧洞贯通。对于有洞内混凝土衬砌要求的隧洞，还应对相向开挖的两条支导线进行附合，并进行贯通误差分配或平差处理，以保证洞内泥凝土衬砌形体的正确。

4.结束语

在水电站工程中，隧洞是电站工程的重要组成部分。贯通误差作为隧洞贯通最重要的参数，它直接影响隧洞贯通与否和施工质量。因此，在施工开挖前，确定其指导隧洞开挖的控制导线的等级极其重要，隧洞开挖的控制导线的等级过高，会增加测量人员的难度，造成测量人员的浪费，严重的会影响工期。