淺談導(dǎo)線的布設(shè)形式對隧洞開挖質(zhì)量的影響

羅 剛， 劉 勝

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 概 況

蘇洼龍水電站壩址位于四川省甘孜州巴塘縣蘇洼龍鄉(xiāng)，右岸為西藏昌都地區(qū)芒康縣索多西鄉(xiāng)，距巴塘縣78 km，距成都897 km。大壩施工導(dǎo)流采用圍堰一次攔斷河流、導(dǎo)流隧洞與永久泄洪洞聯(lián)合泄流，導(dǎo)流洞布置在右岸，洞身為城門洞斷面，斷面尺寸為15 m×19 m，頂拱中心角120°，洞長907.0 m，隧洞縱坡為0.33%，導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底板高程2 379.0 m，出口底板高程2 376.0 m。平面上布置一彎道，轉(zhuǎn)彎半徑100 m，轉(zhuǎn)彎角度60.0°。

在蘇洼龍水電站導(dǎo)流洞施工控制測量，采用復(fù)測支導(dǎo)線的形式控制導(dǎo)流洞的貫通、以及施工放樣工作。隧道工程施工測量控制的布設(shè)以導(dǎo)線為主，布設(shè)形式經(jīng)常采用閉合導(dǎo)線、附和導(dǎo)線和支導(dǎo)線，閉合或附和導(dǎo)線在外業(yè)及內(nèi)業(yè)平差計(jì)算時(shí)均有檢核條件，且相關(guān)指標(biāo)精度能滿足規(guī)范要求。由于受洞室地形條件或控制點(diǎn)位等影響，無法將控制點(diǎn)布設(shè)成閉合或附和導(dǎo)線形式，經(jīng)常只能布設(shè)成支導(dǎo)線形式作為洞室開挖的控制點(diǎn)。為確保洞室開挖質(zhì)量以及貫通質(zhì)量，探討支導(dǎo)線與復(fù)測支導(dǎo)線的測量精度對洞室開挖質(zhì)量的影響及在洞室施工中的應(yīng)用是很有必要的。

2 支導(dǎo)線測角誤差引起終點(diǎn)點(diǎn)位誤差

從一個(gè)已知控制點(diǎn)出發(fā)，既不附和與另一個(gè)已知控制點(diǎn)，也不閉合于原來的起始控制點(diǎn)，則這種導(dǎo)線稱為支導(dǎo)線。它不具備嚴(yán)密的幾何條件，缺乏觀測數(shù)據(jù)的檢核，導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的特點(diǎn)是后一點(diǎn)需用起始點(diǎn)直至該點(diǎn)以前的全部觀測數(shù)據(jù)。因此，支導(dǎo)線全部觀測值的誤差都會(huì)影響支導(dǎo)線終點(diǎn)的點(diǎn)位。如圖1所示；

圖1 支導(dǎo)線示意圖

參照圖1可知，導(dǎo)線最弱點(diǎn)P(n+1)的坐標(biāo)計(jì)算公式為：

X(n+1)=XA+S1·cosα1+S2·cosα2……+S(n+1)·cosα(n+1)Y(n+1)=YA+S1·sinα1+S2·sinα2……+S(n+1)·sinα(n+1)

2.1 支導(dǎo)線任意邊方位角誤差

計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，首先要推算各邊的方位角。第i條邊Si方位角αi按下列公式計(jì)算：

式中α0為起算導(dǎo)線邊方位角；βi為所測導(dǎo)線各左角；i為導(dǎo)線中折角個(gè)數(shù)(或邊數(shù))。

對上式進(jìn)行微分則有方位角誤差(橫向誤差)：

從上式中看出，若已知起始方位角mβ無誤差影響，方位角中誤差與轉(zhuǎn)折角或邊數(shù)成正比，i愈大，mαi就愈大，越接近支導(dǎo)線終點(diǎn)端累積的橫向誤差就愈大。

2.2 支導(dǎo)線終點(diǎn)點(diǎn)位誤差

點(diǎn)位誤差(M)作為衡量導(dǎo)線的精度指標(biāo)，支導(dǎo)線終點(diǎn)點(diǎn)位誤差為：

即有縱向與橫向誤差，由于洞室施工中，導(dǎo)線總是向某一方向延伸，測距誤差較小?？v向誤差ms主要由測距誤差所引起，橫向誤差mα主要由測角誤差所引起。在隧洞工程中，開挖工作面的施工中線放樣因?yàn)闇y量控制點(diǎn)點(diǎn)位誤差，產(chǎn)生貫通誤差。對于隧洞工程，縱向誤差不會(huì)影響隧洞的貫通質(zhì)量，橫向誤差和高程誤差將影響隧洞貫通質(zhì)量。

3 復(fù)測支導(dǎo)線

為提高控制點(diǎn)的精度和對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，需要對支導(dǎo)線進(jìn)行距離、角度的往返觀測，這種往返觀測的導(dǎo)線稱為“復(fù)測支導(dǎo)線”。復(fù)測支導(dǎo)線可以看成是從已知點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過終點(diǎn)在返回到已知點(diǎn)的閉合導(dǎo)線形式，或者是已知點(diǎn)與終點(diǎn)之間往、返測量兩次的支導(dǎo)線形式。由于支導(dǎo)線不具備檢核條件，因此，對支導(dǎo)線進(jìn)行往返觀測，主要是創(chuàng)造條件加強(qiáng)對觀測數(shù)據(jù)的檢核，平差計(jì)算其控制點(diǎn)測量成果，計(jì)算過程步驟如下：

(1)角度檢核平差計(jì)算：用圓周角條件計(jì)算導(dǎo)線各轉(zhuǎn)折角的閉合差，當(dāng)閉合差不超過相應(yīng)等級2倍測角中誤差時(shí)，取往返測的平均值為各轉(zhuǎn)折角(一般為左角)的最后平差值。

(2)距離檢核平差計(jì)算：經(jīng)各項(xiàng)改正后往返平距不超限時(shí)，取各導(dǎo)線邊往返測量邊長平均值作為平差值。

(3)利用各轉(zhuǎn)折角平差值推算各導(dǎo)線邊的方位角。

(4)利用各邊邊長平差值和方位角計(jì)算坐標(biāo)增量。

(5)根據(jù)坐標(biāo)增量推算各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。復(fù)測支導(dǎo)線方法類似于閉合導(dǎo)線。計(jì)算測量成果方法按照閉合導(dǎo)線平差計(jì)算，亦可按支導(dǎo)線的計(jì)算方法，按復(fù)測支導(dǎo)線計(jì)算時(shí)，各項(xiàng)精度指標(biāo)明顯高于沒經(jīng)過往返復(fù)測的支導(dǎo)線，復(fù)測支導(dǎo)線在測角、測距觀測數(shù)據(jù)上得到檢核，減小測角、測距誤差的累積傳遞。

(6)蘇洼龍導(dǎo)流洞施工控制采用復(fù)測支導(dǎo)線，導(dǎo)流洞貫通后進(jìn)行貫通誤差測量，其橫向誤差為：25 mm, 遠(yuǎn)小于《水電水利工程施工測量規(guī)范》(DL/T 5173-2012)規(guī)定的±100 mm；豎向誤差為33 mm，小于規(guī)定的±80 mm。

4 結(jié) 語

(1)在隧洞工程中，支導(dǎo)線的精度與測角測邊的精度、測站數(shù)目或?qū)Ь€邊數(shù)有關(guān)，而測角誤差的影響對導(dǎo)線的精度，以及點(diǎn)位誤差起決定性作用。測角誤差主要影響橫向誤差，橫向誤差則影響隧洞貫通質(zhì)量或引起洞室中線幾何形狀的改變。

(2)在隧道開挖中，盡量不要采用支導(dǎo)線，即使要采用，為提高支導(dǎo)線精度，減小導(dǎo)線點(diǎn)位誤差，首先應(yīng)提高測角精度，使用三聯(lián)腳架哈聯(lián)測，減小對中誤差，同時(shí)應(yīng)盡量加大邊長，減小測站數(shù)，應(yīng)盡量采取復(fù)測支導(dǎo)線。 有條件時(shí)，盡量將導(dǎo)線布設(shè)成閉合形式，可以消除系統(tǒng)誤差的影響。