浅析坪头水电站引水隧洞施工测量控制

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[摘 要] 阐述了坪头水电站引水隧洞洞内施工测量控制工艺。对导线布设方案、外业观测、内业平差及贯通误差做了详细介绍。在严格执行规范的基础上，结合全站仪及配套设备，应用新工艺、新方法，保质保量的完成了施工任务，提高了工作效率。

[关键词] 坪头水电站；引水隧洞；测量控制

1、工程概况

坪头水电站位于凉山州美姑、昭觉、雷波三县交界处，是美姑河干流“一库五级”开发方案的最后一级，闸址位于美姑县境内柳洪沟下游约600m的峡谷段内，厂址位于雷波县境内的坪头乡附近。闸址距西昌市约161km，距美姑县城约74km。坪头电站为闸坝引水式开发，水库正常蓄水位913m，总库容62.09万m3，电站总装机容量180MW。本工程等别为Ⅲ等中型工程。

工程主要建筑物由首部闸坝枢纽、引水系统、厂区枢纽等组成。左岸引水系统采用压引水形式，引水隧洞洞线在寒武系及震旦系薄至中厚层状地层中通过，垂直埋深40～570m，水平埋深140～1000m，隧洞全长12.706km。洞身岩体为Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类围岩，隧洞开挖断面为马蹄形，开挖底宽5.5m，洞径6.8～6.9m。

2、 测量控制的范围和目的

坪头水电站隧洞施工期间共布设七条施工支洞进行双向开挖施工。为了保证每个开挖工作面的的工程施工质量和进度，以及确保每个工作面的水利贯通，施工中每个施工支洞布置了一条四等闭合导线平面控制网与四等三角高程控制网进行隧洞施工的测量控制，同时进行隧洞联合贯通误差分析。

3、 引水隧洞施工测量控制

3.1控制测量

坪头水电站首级控制网为三等导线平面控制网与四等三角高程控制网，控制网主要沿美姑河两岸布设的导线网，首级控制网基本覆盖了整个施工区域。根据引水隧洞平面布设位置及施工方案，首先对首级控制网进行了测量校核，以确保施测工程中的质量和精度。在前期支洞开挖阶段，以支导线进行开挖施工测量控制，各支洞加密控制点有洞口附近首级控制点直接进洞，以减小测量点位的误差，待开挖进入主洞后进行各施工支洞的加密控制网测量，洞内控制测量分别以首级控制点为起算数据做闭合导线网作为隧洞开挖阶段的首级控制网，同时该网的平差数据作为洞内贯通误差分析的主要依据，隧洞掘进过程中以支导线向前延伸，待隧洞贯通后根据实际贯通误差数据对隧洞轴线进行调配。在布设点位时应注意点与点之间的水平距离，尽量避免长短边的不良搭配，洞内渗水处较多，施工机械在洞内来回行走时极易破坏测量控制点，因此，控制点尽量沿洞的两侧布设并做好明显的点位标记。

3.2 外业观测

外业观测采用瑞士生产的LeicaTCR702型全站仪进行观测，测角标称精度为2”、测距精度为2mm+2ppm。由于隧洞内环境较差，施工作业影响较大，为力确保观测结果的准确性，外业观测尽量选取空气较好、其他工序影响较小、成像清晰的时段进行。

外业测量中的观测和记录必须有专人负责，架设仪器和棱镜时严格对中、整平，仔细的量、记仪器高和棱镜高，严格按照记录手薄规定的格式进行，待每站观测完毕后再次量取仪器高及棱镜高作为检查。观测时严格按照《水利水电工程施工测量规范》要求进行，每一测站完成后认真检查记录并计算出2C值、各测回水平角值、天顶距角值，并根据等级要求进行比较，检查各数值是否超限。天顶距和斜距分别观测四个测回，水平角则按左、右角各三个测回要求观测，观测时将温度和大气压强值直接输入仪器对观测距离进行改正。为了确保测量时的高程的准确性，引水隧洞控制点高程采用三角高程光电测量，组成三角高程网，以提高高程控制网的精度。

3.3 内业平差计算

内业平差计算前，首先要对外业观测原始数据进行仔细检查，确保外业观测记录数据准确无误后再进行平差计算。平差计算采用南方测绘公司精密平差软件“平差易“进行，严格按以下步骤进行操作：

首先画图导线网示意图，表上真实点名，并标出已知点、已知方向和起算边，然后再从记录手薄上将每一测站测得的方向值与经过改正后的边长标在示意图上。

启动平差计算软件，输入控制网计算方案，按照软件格式要求输入各项数据并保存，启运自动平差计算。若软件提示错误则中心检查输入数据直到正确为止，随后对所计算的角度闭合差、点位误差进行检查是否符合要求，最后得出平差数据为最终结果。

3.4 施工放样

放样前及时收集工作面附件的控制点信息，根据图纸及里程桩号确定工作所属开挖断面类型，并用CISAO4800计算器预先编制好的放样程序进行校核，以保证现场放样时的高质高效；由于坪头水电站的引水隧洞开挖断面为马蹄形，尺寸为5.5m×（6.8～6.9）m，采用YT-28型手风机和爆破作业，大型装载机清渣，测量时无法按传统的方法在开挖断面附近布设控制点，布设控制点极易受到破坏，经过测量人员的试验讨论采用边角后方交会的方法解决了这一难题。采用该方法，可以在施工干扰较大的环境下迅速架设好仪器并测量计算出测站坐标，在保证测量放样精度的同时极大的提高了测量工作的效率。

在坪头水电站引水隧洞施工放养中，由于采用了免棱镜反射全站仪进行作业，姑放样均使用极坐标法。具体操作如下：首先根据设计图纸断面参数，在CISAO4800（卡西欧编程计算器）里便只好具体的放样程序，在施工现场，根据开挖工作面的实际情况架设好仪器，利用标胶后方交会的方法测算出测站坐标，然后利用免棱镜激光发射直接测的开挖断面上一点的三维坐标，将该数据输入计算器，算出该点桩号、距轴线距离以及相对于开挖轮廓线的差值；根据具体放样要求，移动点位在进行测算直到符合要求为止，做出标记后再放下一点。在实际的放样过程中，应放出开挖轮廓线、中线、腰线等基本点，但根据实际开挖需要可加密点位。

3.5 断面验收

在隧洞的实际开挖过程中，为了及时反映出隧洞的超、欠挖值等质量情况，为后续验收、支护等工序提供资料，需及时测量隧洞的开挖断面图。在实际施测过程中，一般采用“外业全站仪采集数据+内业南方CASS成图软件“的全数字化方法来解决这一问题。利用LeicaTCR702免棱镜全站仪直接进行，测出洞内相对坐标系统，一般每5m测设一个断面，在测量断面上任意架站，利用边角后方交会法测算出设站点坐标进行测量，每测一点看桩号是否符合要求，若在待测断面桩号上就直接存入全站内存，若不符合桩号要求则沿X轴前后移动直至符合要求为止，然后存入全站仪内存，再测量下一个点，整个断面测量完毕在测量下一个断面。此测量方法采用洞内坐标系统新方法，不仅提高了测量精度，提高了工作效率，而且比传统的外业测量操作方法有了明显的简化和时间的缩短，为工程施工提供了有利保障。利用LeicaTCR702全站仪的RS232接口与配套的传输软件将采集的数据输入电脑，并做好命名保存工作，以便作图和日后使用能够方便快捷的找到。启动南方CASS软件，展出断面的实测数据，运行相关命令绘制出断面图，再将绘制的实测断面图与设计断面放在同一图框下，标出超欠挖值，这样就从图上放映出了隧洞的实际开挖质量情况。实际开挖断面图见图1