布侖口—公格爾水電站深斜豎井的導(dǎo)洞軸線施工控制

崔 龍,張紅忠,侍克斌,董文明,白現(xiàn)軍,鄧英銘

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,新疆烏魯木齊830052;2.葛洲壩新疆工程局,新疆烏魯木齊830049)

隧洞是地下工程的重要內(nèi)容,順利保障隧洞按期貫通,施工質(zhì)量和進度起著決定性的作用,而施工放樣則是控制工程進展的關(guān)鍵因素。由于隧洞的位置、地質(zhì)構(gòu)造、斷面等等不同,呈現(xiàn)了多種施工放樣的方法,因此針對具體工程去探討一種得益于實際工程應(yīng)用的方式,最終達到指導(dǎo)施工的目的,具有重要的意義。

1 水電站引水隧洞工程概況

布侖口-公格爾水電站工程位于新疆克爾柯孜自治州阿克陶縣境內(nèi)的蓋孜河上,該工程的引水隧洞地處高海拔、高地應(yīng)力分布區(qū),由三條傾角60°的深斜豎井和四條引水平洞組成(見圖1),深斜豎井段總長656 m,其中上斜井長296 m,中斜井280 m,下斜井80 m。平洞段總長度535.866 m。洞徑4 m,高程在2 631 m～3 221 m,高差590 m。洞體巖性為綠泥石云母石英層、二云母石英片巖等互層,巖石較堅硬,呈中厚層狀[1]。此工程在國內(nèi)尚屬罕見。

圖1 布侖口引水發(fā)電洞深斜豎井縱剖面圖

2 施工控制測量

2.1 洞外控制測量

該地區(qū)山體坡度大、高差大,洞口位置距離蓋孜河河岸較近,洞口外部的施工控制網(wǎng)點是以蓋孜河沿岸的GPS控制網(wǎng)作為基準點,采用附合導(dǎo)線形式,在各個洞口周邊布設(shè)三個平面控制點,并用GPS復(fù)核其坐標,保證平面控制點的精度[2];高程控制采用三角高程測量,進行往返觀測[3-4],滿足《水電水利工程施工測量規(guī)范》(DL/T5173-2003)的精度要求。

2.2 洞內(nèi)控制測量

布侖口-公格爾水電站工程地處高海拔缺氧地區(qū),山體坡度陡峭,給施工造成相當(dāng)大的難度,為確保三條深斜豎井的貫通,首先向平洞與斜井交接處開挖支洞,待支洞成型后,再自下而上實施斜豎井的導(dǎo)洞開挖,最后自上而下擴挖形成設(shè)計斷面。洞內(nèi)平面控制采用光電測距導(dǎo)線,隨洞室的開挖,由洞口控制點向洞內(nèi)測設(shè)基本導(dǎo)線和施工導(dǎo)線,考慮到便于導(dǎo)線點的保存,導(dǎo)線點盡量沿洞壁兩側(cè)布設(shè)。施工導(dǎo)線點50 m左右埋設(shè)一個,以滿足施工放樣與驗收的需要,并每隔數(shù)點與基本導(dǎo)線附合,保證其精度。高程采用全站儀三角高程往返測量。對基本導(dǎo)線點定期進行復(fù)測檢查[5]。

3 導(dǎo)洞施工測量

因三條斜豎井的傾角均為60°,考慮到自上而下開挖時,隨著斜井的掘進,排渣的難度大,為此,施工中采用每條斜豎井均由底部向上預(yù)先開挖一條直徑2 m的導(dǎo)洞,導(dǎo)洞貫通后,從上向下依據(jù)4 m的設(shè)計斷面擴挖成型。

3.1 導(dǎo)洞前期施工放樣

導(dǎo)洞在前期掘進過程中,儀器安置在平洞與斜井交界處的平洞施工導(dǎo)線點上,應(yīng)用極坐標法進行放樣。在掌子面上標定中線和腰線,以及開挖輪廓線。洞內(nèi)開挖輪廓放樣點相對于洞室軸線的限差為±50 mm。隨著洞室逐漸延伸,觀測過程受到照明、煙塵等影響,通視條件愈來愈差,而且60°的仰角給觀測帶來相當(dāng)大的難度。因此,掘進一定深度,在視線較好的情況下,在開挖的洞壁上,選擇堅固巖石,測設(shè)兩個以上的導(dǎo)線點,以供后期進行坐標傳遞[6]。

3.2 導(dǎo)洞掘進中施工放樣

導(dǎo)洞掘進一定深度后,在傾角60°的坡度上安置儀器非常困難,加之導(dǎo)洞斷面較小,底部流渣較多,給放樣造成諸多的不便。在不能依照常規(guī)方法進行工作的情況下,本次施工中采用懸垂線法進行放樣。針對三個斜豎井,為便于施工放樣,分別建立獨立坐標系,并將軸線方向與X軸方向平行,坐標原點設(shè)在平、斜井相交的左側(cè)50 m處,將原設(shè)計坐標換算為獨立坐標系統(tǒng)的坐標,同時將原設(shè)計樁號轉(zhuǎn)換為獨立樁號,獨立樁號即為軸線點的X坐標。

3.2.1 測站設(shè)置

首先在洞壁的導(dǎo)線點附近,選擇安置免棱鏡全站儀器的位置[7]。為保證觀測者和儀器架設(shè)的安全,先清理周圍流渣。利用Leica TS06全站儀(帶無棱鏡反射功能)的后方交會功能,由洞壁上的導(dǎo)線點,測量測站點的坐標。因缺少必要的檢核條件,均測量兩個測回,取其平均值作為最終的測站坐標(xO,yO,zO)。如圖2所示,O為測站點,A、B、C為洞壁上的導(dǎo)線點,i為導(dǎo)洞軸線點在底部的投影。

圖2 放樣點示意圖

3.2.2 懸垂線位置確定

在測站前后已開挖的導(dǎo)洞底部,選擇三個便于放置棱鏡的點位,點與點之間相距3 m～5 m,用棱鏡分別測量三個點至測站的距離。根據(jù)測站坐標分別計算出三個點的坐標,其X坐標即為該點的樁號。由該點的設(shè)計坐標(xi,yi)(i=1,2,3),計算放樣數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)見表1)。

式1中:β為水平角;αOA,αOi為測站至A點和i點的坐標方位角。

式2中:d為水平距離;(xi,yi)為軸線上樁點平面坐標;(xO,yO)為測站點平面坐標。

依據(jù)以上數(shù)據(jù),用極坐標法放樣,測設(shè)i點的位置,并將此點投射到導(dǎo)洞的頂部。

表1 測量數(shù)據(jù)

3.2.3 導(dǎo)洞軸線確定

在導(dǎo)洞頂部的投影點上噴射鉚釘,懸掛垂線。測量鉚釘?shù)狞c位坐標(xj,yj,zj),校正鉚釘位置,以滿足:xj=xi,yj=yi,其中j為鉚釘點。根據(jù)導(dǎo)洞軸線的樁點設(shè)計坐標(xi,yi,zi),計算懸垂線與軸線交點位置:

式3中:li為鉚釘?shù)捷S線的長度;zi為軸線i點設(shè)計高程;zj為鉚釘j點高程。

從鉚釘測量點位沿懸垂線向下丈量li,得到軸線的點位,做一明顯標記。如圖3所示,1,2,3點為位于懸垂線上的導(dǎo)洞軸線點。施工時,利用手持激光儀通過懸垂線上的1,2,3三個中軸線點,將軸線投射到掌子面上,以控制導(dǎo)洞的中心。具體數(shù)據(jù)及精度分析見表2。

圖3 軸線點位示意圖

表2 測量精度分析

同理,可通過各懸垂線,在兩側(cè)洞壁上放出腰線位置,本文不再一一贅述。

4 結(jié) 語

在斜豎井的施工中,這種采用懸垂線法控制施工軸線的方法,通過布侖口-公格爾水電站導(dǎo)洞施工中的實際應(yīng)用,完成了導(dǎo)洞的順利貫通。證明了該方法具有一定的實用價值。

[1]周 峰,劉 章,陳功民,等.高海拔高地應(yīng)力區(qū)深斜井施工導(dǎo)井開挖技術(shù)研究[J].水資源與水工程學(xué)報,2011,22(3):25-28.

[2]董 鵬,崔團鋒.GPS在引紅濟石調(diào)水工程施工控制網(wǎng)測量中的應(yīng)用[J].水利與建筑工程學(xué)報,2009,7(3):69-70.

[3]楊春升.水利工程中某隧洞施工控制網(wǎng)的測量[J].黑龍江水利科技,2011,39(2):122-123.

[4]魏垂場.用免儀高、目標高同時對向三角高程觀測法替代二、三等水準測量的研究[J].水利與建筑工程學(xué)報,2008,6(3):85-87.

[5]紀 勇,李勤剛.全站儀在思林水電站隧洞施工測量中的應(yīng)用[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010,22(4):20-23.

[6]徐雙喜,高 靜.淺談獅子坪水電站引水隧洞施工測量中的新工藝、新方法[J].四川水力發(fā)電,2009,28(2):81-83.

[7]涂群生.免棱鏡全站儀在工程測量中的應(yīng)用[J].黃石理工學(xué)院學(xué)報,2007,23(5):66-68.