引水隧洞TBM法施工中的測量技術(shù)研究

梁武

摘 要：以廣西桂中治旱樂灘水庫引水灌區(qū)工程為例，本文先闡述了在引水隧洞法施工過程中提高施工測量技術(shù)的意義，然后詳細分析了法施工過程中的測量技術(shù)，最后探討了法施工中出現(xiàn)的測量偏差及其補救措施。

關(guān)鍵詞：引水隧洞；TMB法；測量技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.093

1 工程簡介

廣西桂中治旱樂灘水庫引水灌區(qū)地處紅水河中下游兩岸，涉及廣西4個縣（市）、27個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，分別為：南寧市賓陽縣、來賓市忻城縣、合山市和興賓區(qū)。灌區(qū)涉及灌溉面積為128.79萬畝，其中新增灌溉面積55.17萬畝，改善灌溉面積23.07萬畝，恢復灌溉面積40.11萬畝，保障當?shù)卮尜A、引用水源灌溉面積10.45萬畝，由樂灘水庫通過總干渠引水灌溉。本次研究工程為一期工程，包括總干渠和北干渠片，范圍為廣西桂中治旱樂灘水庫引水灌區(qū)一期工程北干渠一標北干渠起點至屯武渡槽進口段（樁號B0+000～B29+444.732）工程，采用TBM法施工。

2 提高 施工測量技術(shù)的意義

為協(xié)助施工中挖掘進程快、精確度高的特點，需要大力提高施工中的測量技術(shù)。本次施工中采用隧道導向系統(tǒng)，其型號為，并相應(yīng)配備了型號為的測距儀、型號為的水準儀和經(jīng)緯儀。施工時需要采用傳統(tǒng)導線測量方法為隧道導向系統(tǒng)提供坐標。由于隧道導向系統(tǒng)具有高效、快捷、精準的優(yōu)勢，可以將刀盤位置偏差，以隧道設(shè)計軸線與其軸線對應(yīng)關(guān)系的形式直觀準確地顯示在操作室，操作人員以此掌握時空位置并及時根據(jù)顯示結(jié)果適當調(diào)整方向，從而達到精準挖掘前進的目的。

3 施工測量技術(shù)

3.1 導向系統(tǒng)的構(gòu)成及其安裝準備工作

3.1.1 導向系統(tǒng)的構(gòu)成

本次工程施工過程中包括連接電纜、靶單元（組合式目標）、接口單元、重復單元、個人微機和打印機、手提式終端和工具及檢驗儀器[1]。

3.1.2 導向系統(tǒng)安裝準備工作

第一，檢查導向設(shè)備及其配備設(shè)備是否完好，能否正常投入使用；第二，將儀器保護罩、設(shè)備支架、設(shè)備單元等進行安裝處理，安裝過程中確保操作無誤，避免操作失誤導致設(shè)備無法正常使用；第三，將激光目鏡取代經(jīng)緯儀目鏡，安裝控制單元，并將電纜進行連接；第四，將洞內(nèi)外各計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；第五，將隧道設(shè)計軸點以散點分布圖形式計算出表列。

3.2 測量經(jīng)緯儀坐標（X，Y，Z）

由于配置較長，因而選擇通視性高、處在慢掘進或者不掘進狀態(tài)、無后配套機車的運行時段開展測量工作，一般在隧洞左側(cè)邊緣安裝經(jīng)緯儀組合設(shè)備，采用導線測量法來求得坐標[2]。具體測量過程如下：第一，操作人員實地勘察隧洞現(xiàn)場，選擇較為平穩(wěn)的地方固定經(jīng)緯儀支架，并觀察記錄上次控制單位顯示的各項空間數(shù)據(jù)；第二，向后查看洞內(nèi)的導線點，并牽引至經(jīng)緯儀上，并由此測出洞內(nèi)高度；第三，連接已安裝好的各單元，并檢查激光目鏡與視線、測距儀與經(jīng)緯儀的平行關(guān)系；第四，輸入經(jīng)緯儀坐標（X，Y，Z），向后視察導線點，估測方位角并輸入；第五，找準靶單元，適當調(diào)節(jié)激光光斑，將設(shè)備保護殼安裝，使系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，并仔細核對兩次測量結(jié)果。

3.3 導向系統(tǒng)工作原理

隧道導向系統(tǒng)以安裝在隧洞右側(cè)洞壁邊緣的經(jīng)緯儀發(fā)出的激光為方向參考標準，其接口單元把經(jīng)緯儀發(fā)出的激光數(shù)據(jù)、經(jīng)緯儀坐標、距離與控制系統(tǒng)進行整合，并將信息發(fā)送給控制單元。目標單元獲取激光束，并以此測量出激光點在靶點上的平面空間位置，靶單元能夠感應(yīng)出激光束軸線與自身軸線的對應(yīng)關(guān)系，從而可以精準測量出的仰角和滾動角。電纜是信息輸送通道，可將上述數(shù)據(jù)傳達給控制單元，然后運用控制單元中的計算機系統(tǒng)進行一系列的計算操作處理，綜合考慮靶單元與軸線之間的組合誤差，可計算與靶單元對應(yīng)的軸線的實際平面位置，也能計算出引水隧道設(shè)計軸線偏差的實際平面位置。根據(jù)與引水隧洞之間的角度關(guān)系，可大致評估刀盤平面位置的偏差，這些數(shù)據(jù)均可直觀、數(shù)字化反映在顯示屏上，由此，操作人員即可根據(jù)顯示屏數(shù)據(jù)來合理調(diào)整掘進方向，提高設(shè)備施工效率。

3.4 測量偏差控制

影響掘進偏差的主要因素有：第一，在引水隧洞中進行掘進工作時，由于溫度較高、水汽較重，飲水隧洞中的空氣分布不均勻，激光束在發(fā)射過程中，易產(chǎn)生折射現(xiàn)象，因而在處理數(shù)據(jù)時發(fā)生誤差。這種誤差難以避免，因而在測量過程中，選擇引水隧洞內(nèi)溫度正常、水汽較低的時段來進行測量工作，以此來提高測量結(jié)果的精準度；第二，引水隧洞深處地質(zhì)條件不好，有巖石塌落現(xiàn)象，并且、不能穩(wěn)定支撐，因而無法正常轉(zhuǎn)移方向。在實際操作中，可以采取加墊實木等手段，協(xié)助、穩(wěn)定支撐。例如，在本次施工過程中，由于隧洞含水砂層、粉質(zhì)壤土強度較低，且超前支護管棚搭設(shè)密度欠缺，隧洞在開挖之后，圍巖在地心引力作用下形成松散體，沿著超前支護的縫隙塌落，給的施工帶來嚴重影響，無法根據(jù)操作盤來正確轉(zhuǎn)變方向，因而施工人員采用實木加墊在設(shè)備中，幫助設(shè)備穩(wěn)定支撐，從而正確調(diào)整方向；第三；操作人員技術(shù)不夠純熟，責任意識薄弱，因而需要提高操作人員的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)能力?？梢远酱俨僮魅藛T學習關(guān)于隧洞規(guī)范測量這方面書籍，并在實踐中加以指導，適當進行思想教育，提高操作人員的工作責任心，以此可減少因人為因素產(chǎn)生的測量偏差事件，為高效、精準的掘進施工提供保障。

4 結(jié)束語

在廣西桂中治旱樂灘水庫引水灌區(qū)工程中，在TMB法施工中很好的運用到了隧道導向系統(tǒng)、測距儀、水準儀和經(jīng)緯儀。操作人員嚴格按照各測量設(shè)備的技術(shù)要求規(guī)范操作，以為導向系統(tǒng)，其他設(shè)備提供坐標（X，Y，Z），建立全面、精準的掘進方向偏差控制系統(tǒng)，為提供其軸線與隧洞設(shè)計軸線的對應(yīng)關(guān)系，并將偏差具體信息數(shù)據(jù)顯示在操作屏上。當方向不在操作范圍內(nèi)時，可以精準調(diào)整方向，使其在正確方向上開展施工，提高施工效率。

參考文獻：

[1]施建軍.大伙房輸水工程TBM法施工同步襯砌技術(shù)的應(yīng)用[J].中國農(nóng)村水利水電，2013，15（06）：141-144.

[2]楊繼華，齊三紅，郭衛(wèi)新等.厄瓜多爾CCS水電站TBM法施工引水隧洞工程地質(zhì)條件及問題初步研究[J].隧道建設(shè)，2014，34（06）：513-518.