白鶴灘水電站左岸出線豎井開挖測量控制方法

費 開 洋，曹 官 軍，蔡 敏

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站左岸①②號出線豎井單井總高度為413.1 m，主要由出線豎井上段、下段兩部分組成。其中出線豎井上段頂部高程為965 m，位于出線場內；上段底部高程為838 m，與①②號出線上平洞相連，上段總高度為127 m；出線豎井下段頂部高程為869 m，位于出線交通洞內，與出線上平洞相連；出線豎井下段底部高程為583.4 m，與出線下平洞相連，下段總高度為286.1 m。豎井井口段(20 m)開挖斷面直徑為15.2 m，噴射混凝土厚度為10 cm，初期鋼筋混凝土支護厚度為100 cm，支護后斷面直徑為13 m；上段井身段、下段豎井開挖斷面的直徑均為13 m，噴射混凝土厚10 cm，支護后的斷面直徑為12.8 m。由于出線豎井開挖完成后需要進行混凝土襯砌施工，故豎井在垂直度控制、測量精度要求、超欠挖控制、空間貫通等方面對測量技術的要求比較高。筆者通過對新設備、新方法的綜合運用并將其與傳統(tǒng)的方法進行比對、分析，闡述了白鶴灘水電站左岸出線豎井開挖采用的測量控制方法。

2 控制測量

2.1 控制網(wǎng)的布設

根據(jù)出線豎井的空間布置及分布特點，控制網(wǎng)的布設分上、下兩級，控制點加密測量按四等附合導線精度要求施測。該專用控制網(wǎng)主要作為豎井施工測量基準控制的依據(jù)。

2.2 控制網(wǎng)的施測及平差

控制網(wǎng)的施測主要采用Leica TCRA1201+，標稱精度為(1″，1 mm+1 ppm)全站儀按四等附合導線施測。在儀器設站的同時對溫度、氣壓、濕度等參數(shù)進行詳細記錄。水平角、天頂距和光電距離的測量參照《水電水利工程施工測量規(guī)范》(DL/T5173-2012)[1]中關于四等導線測量技術要求執(zhí)行(表1、2)。內業(yè)平差使用南方平差易2005和武漢科傻軟件進行控制網(wǎng)導線平差[2]計算。平差計算合格后，報監(jiān)理工程師復核、審批。

表1 水平角方向觀測法技術要求表 /″

表2 電磁波測距附合(閉合)導線技術要求表

2.3 控制點的保護與復測

工程測量[3]中的控制點主要采用混凝土地標點，待施測完成后在控制點附近安置混凝土防撞墩(0.6 m×0.4 m×0.5 m)。鑒于洞內照明及施工影響，在防撞墩外部涂刷反光漆或粘貼反光警示帶進行防護提醒，嚴格要求控制點附近嚴禁堆放施工材料、嚴禁停放施工機械設備，并在墻壁上懸掛控制點告知警示標志牌進行控制點的防護與保護。

由于洞內施工干擾大，加之開挖爆破對控制點的穩(wěn)定性影響較大，在使用過程中需要根據(jù)實際情況定期(一般為一個月，特殊時期需增加頻次)對控制點進行復測，以確?？刂泣c無位移、沉降、破壞等；必要時對控制點進行轉移。轉移或局部加密控制點時，補測加密點的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)系統(tǒng)平差[4]后將其作為控制點使用。

3 傳統(tǒng)與新型的施工測量方法

3.1 傳統(tǒng)的施工測量方法

洞室開挖成型質量的好壞主要取決于開挖結構線的放樣精度，因此，輪廓線放樣已成為①②號出線豎井測量管控中的重中之重。傳統(tǒng)測量方法主要采用的是重錘控制中心線的方式(重錘投點法)控制豎井的整體結構。重錘投點放樣法是井挖施工中最常見的方法之一。但重錘利用地心引力的作用僅能保證在豎井開挖中不會出現(xiàn)粗差,其精度相對較低.具體方法為：

(1)傳統(tǒng)放樣設施的布置。在龍門架上用全站儀準確放出豎井中心點，在豎井中心點旁邊安裝或焊接事先準備好的導向滑輪(主要起導向、定向作用)，反復測量滑輪的基準點，直至定滑輪基準點與豎井中心線重合為止，然后再在導向滑輪附近安裝細鋼繩繩圈作為重錘細鋼繩收、放使用。

(2)傳統(tǒng)測量方法之開挖輪廓線放樣。開挖輪廓線放樣時，首先將重錘的細鋼繩通過導向滑輪將細鋼繩下放至井底，然后將重錘懸掛于細鋼繩底部、將重錘放入溜渣井蓋板附近事先準備好的油桶(或水桶加鋸末代替)內，調整好錘球位置，待錘球和細鋼繩穩(wěn)定后，用10 m長的鋼尺丈量出豎井中心至開挖輪廓面的距離，將其與半徑比較，計算出超欠挖值，并按間隔0.5 m標記在開挖出的基巖面上。

高程傳遞[5]是測量施工放樣與驗收的基本工作，待開挖輪廓線放線完成后，將錘球及細鋼絲收回，然后將測繩安裝在鋼絲繩圈上面。通過全站儀測出細鋼絲繩圈底部井口桁架下方的實際高程并做好記錄，然后將測繩起始部位懸吊重物系至豎井底部，通過繩圈調整測繩讀數(shù)，并與井口桁架下方的實際高程進行差值計算，計算出豎井整數(shù)高程并在豎井邊墻上做好基準點標記。由于豎井底部相對危險、操作不便，常根據(jù)水平管連通器的原理將高程傳遞到相應部位的邊墻上面。驗收斷面時的高程傳遞通常也采用該方法。

(3)豎井段斷面的驗收。斷面驗收按高程布置，布置原則為非缺陷段5 m/條，地質缺陷段2.5 m/條。如遇特殊斷面則驗收樁號應加密測量。首先通過高程傳遞的方法將高程傳遞至開挖結構面上并用紅色油漆做好標記，然后用重錘投點法確定豎井的中心點，通過10 m鋼卷尺或手持激光測距儀丈量出每一高程樁號范圍內的實際半徑，將實測數(shù)據(jù)在現(xiàn)場直接填寫在豎井測量檢測成果表上并會同測量監(jiān)理工程師簽字認可。施工過程中的超欠挖檢查方法和豎井段斷面驗收方法一致。

由于豎井深度的增加，吊重錘需要耗費的時間亦逐步增加，每次施工時均需傳遞高程，而油桶在施工過程中會因人為擾動和環(huán)境影響經(jīng)常傾倒，鋼繩和重錘晃動的亦比較厲害，安全隱患突出，精度、質量等方面無法得到有效控制。

3.2 新型施工測量方法

鑒于白鶴灘水電站左岸出線豎井采用了先進的移動式橋機作為豎井施工載人、載物的起重設備，因此，在桁架上部通過重錘投中心點的方式已不可取，為了提高工程實體的質量，采用了全站儀下井、高精度全自動激光垂準儀和激光水平儀配合的方式，通過后方交會法測量施工開挖放線。為了減少全站儀的下井頻次，采用高精度綠光水平儀和手持測距儀配合的方式對豎井錨桿施工放樣和高程傳遞進行控制。具體方法如下：

(1)高精度全自動垂準儀配合全站儀設站。施工作業(yè)時，通過乘坐移動橋機的載人吊籠至施工掌子面，在距豎井井壁50～80 cm位置任意架設兩臺自動安平垂準儀，粗平儀器即可(儀器可自動整平)，然后在合適的位置架設全站儀并嚴格整平，盡量保持三臺儀器角、邊大致相等且距離不能太近，角度最好在30°～120°之間。需特別注意規(guī)避危險圓的范圍。

7月10日，寶馬集團與長城汽車簽署了合資協(xié)議，在中國成立光束汽車，生產(chǎn)MINI電動汽車。記者從長城官方獲悉，近日，魏建軍董事長與寶馬集團董事Klaus?Fr?hlich（克勞斯·弗洛里希），長城汽車高級副總裁、光束汽車董事長趙國慶一行共同考察位于江蘇省張家港市的長城寶馬光束汽車項目。目前，長城寶馬光束汽車項目已獲最新進展，項目公司名稱已經(jīng)核準，項目工廠平面布局總圖已經(jīng)完成。

井下儀器架設完成后開啟自動激光垂準儀(全自動激光垂準儀的具體參數(shù)見表3)和全站儀。首先將紅外線遙控器的發(fā)射窗對準垂準儀方向，操作“LASER”鍵，選擇激光束的上、下出光；其次進行望遠鏡調焦，可利用紅外線遙控器操作“Focus Near”和“Focus Far”鍵分別實現(xiàn)向近點、向遠點的調焦，快速、準確地達到激光向上、向下的投點效果。向上投點可采用儀器原裝的激光接收靶進行激光接收。激光投點完成后，需通過井口附近的近井控制點測量激光投點的平面直角坐標(X1,Y1,H1)和(X2,Y2,H2)值，通過對講機將所測量的坐標傳遞給井下的測量人員。井下的測量人員根據(jù)傳遞點平面(X1,Y1)和(X2,Y2)坐標采用后方距離交會法[5]計算出井下測站點的平面坐標，然后通過儀器免棱鏡測量，根據(jù)(X1，Y1，H1)的高程值反推計算出井下測站點的高程；最后，通過井下、井上兩臺儀器的一致性測量對同一觀測點進行檢查復核，待其精度達到要求后，該井下全自動激光垂準儀配合全站儀設站完成。設站完成后，為后續(xù)施工測量方便，可在井壁錨桿上預留控制點，以方便下一次放樣或檢查時使用。

表3 全自動激光垂準儀參數(shù)表

(2)開挖輪廓線的放樣及斷面測量。設站完成后，開始進行開挖輪廓線放線。為保證開挖質量，輪廓線放樣時按照50 cm的間距進行孔位測設并放出相應的后視方向點。傳統(tǒng)的極坐標計算方法需要用計算器(例如fx5800)進行坐標反算放樣，該方法速度慢、易出錯。技術人員經(jīng)研究分析后采用了全站儀內的“參考弧”功能，將豎井的中心點坐標和設計開挖輪廓線上任意兩點的坐標參數(shù)輸入到儀器中，此時，用全站儀免棱鏡模式測距、儀器中直接計算出弧長的樁號及超欠挖的大小，然后根據(jù)儀器的計算值進行孔位和超欠挖值的調整，待輪廓點位精度滿足要求后進行下一輪廓點的測設。

開挖放線完成后，可以直接用全站儀及時對開挖斷面按高程進行免棱鏡測量，亦可待施工開挖20～30 m時進行一次性斷面驗收測量，該斷面測量方法快速、簡單、精度高、節(jié)約時間，在施工過程中得到了良好的印證。該開挖輪廓線的放樣及斷面測量方法同樣適用于豎井混凝土澆筑階段的模板放樣、驗收及混凝土形體斷面測量。

(3)激光水平儀及手持測距儀輔助測量。豎井開挖過程中，為保證施工安全，往往遵循“一茬炮一支護”的原則，需要測量人員進行錨桿孔位放樣和高程放樣，保證錨桿支護成排成行，此時就需要使用激光水平儀(兩線型)和手持測距儀進行輔助測量放樣。

豎井開挖時，可在井口位置布設50 cm×50 cm大小的激光反射板并測量該反射板的絕對高程。輔助測量時，首先用手持測距儀測量激光反射板的高差(保持測距儀氣泡居中)，傳遞出所測位置的高程，然后架設自動安平的激光水平儀，開起“V”(水平)和“H”(垂直)激光，根據(jù)錨桿的間排距逐孔測設各孔位點。在此過程中，可以通過“H”垂直激光檢查已施工錨桿的情況，保證錨桿施工成排成行。該方法施工簡單、投入設備少、操作便捷、效果明顯。該施工輔助測量可由土建技術人員直接施測放樣，進而提高了效率。

3.3 傳統(tǒng)與新型測量方法之對比

通過對傳統(tǒng)測量方法和新型施工測量技術進行對比得知，新技術優(yōu)點突出：

(1)新型測量方法解決了傳統(tǒng)測量方法施工安全風險高、隱患突出等問題，自動化程度較高。

(2)新型測量方法簡單、絕對定位、效率高，解決了傳統(tǒng)測量方法在輪廓線、錨桿放樣過程中難以準確放樣、精度差等問題，突破了豎井施工開挖形體控制的難題。

(3)新型測量方法在斷面驗收及地質缺陷測量方面優(yōu)勢明顯，解決了每茬炮都需要驗收斷面的難題。新型測量方法可每30 m進行一次斷面測量而不需要其他吊裝設備輔助，且任一高程均可測量，所采集的數(shù)據(jù)點位均為絕對坐標，對工程計量及質量管控具有重大意義。

(4)傳統(tǒng)測量方法需要定期復測導向滑輪基準點，原則上每15 d復測一次。由于豎井開挖爆破作業(yè)對導向基準點影響較大導致復測較頻繁，而新型測量方法巧妙地避免了導向基準點的復測，減輕了工作負擔，提高了工作效率。

(5)新型測量方式中的激光水平儀及手持測距儀輔助測量可實現(xiàn)孔位及高程的準確定向、精確定位，且其簡單易學，施工過程中土建管理人員及工人均可操作施工，進而保證了工程外觀形象質量。

(6)新型測量方法采用高精度全自動激光垂準儀并采用紅外遙控器進行遠程控制，激光斑點的大小具備可調節(jié)性，操作簡單。該測量施工方法科技含量高、精度優(yōu)，實踐效果好。

4 結 語

白鶴灘水電站左岸出線豎井開挖通過新型測量方法的綜合運用，克服了傳統(tǒng)測量方法具有的精度低、安全風險高、施工難度大、質量控制水平低等缺陷，取得了良好的效果。該新型測量方法在深大豎井、豎井上彎段、豎井下彎段等類似井段測量施工中具有十分廣闊的應用前景，可廣泛推廣應用。