抽水蓄能電站地下洞室施工測量控制技術(shù)

閆自連，戴永成

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

1 概述

抽水蓄能水電站一般具有施工區(qū)域范圍廣、引水洞距離長、上下庫高程落差大、地下洞室群出口多等特點(diǎn)，針對這些特點(diǎn)，布設(shè)合理的控制網(wǎng)尤為必要?？刂凭W(wǎng)中的平面網(wǎng)一般采用邊角控制網(wǎng)布設(shè)，主要原因是考慮到抽水蓄能電站有很長的輸水系統(tǒng)，點(diǎn)位要求既方便施工測量放樣，又能直接從加密控制點(diǎn)測出各地下洞室群的洞口點(diǎn)，提高放樣精度。在布設(shè)加密點(diǎn)時，應(yīng)充分考慮既能永久保存又不被施工破壞的要求。進(jìn)洞點(diǎn)及洞內(nèi)控制點(diǎn)的起算點(diǎn)首選首級控制點(diǎn)，其次才是加密點(diǎn)。洞內(nèi)控制點(diǎn)的布設(shè)宜為直伸雙導(dǎo)線，沿著隧洞的兩側(cè)布設(shè)，一般按150 m左右布設(shè)1點(diǎn)，各控制點(diǎn)相鄰邊長不宜相差過大[1]，盡量避免以過短的起始邊施測長距離邊長的控制點(diǎn)。

2 施工測量放樣

抽水蓄能電站洞挖施工主要包括平洞及豎井兩類。抽水蓄能電站平洞常見斷面形式有城門形、圓形、馬蹄形等，按設(shè)計(jì)圖正常放樣即可。抽水蓄能電站豎井?dāng)嗝嫘问揭话銥閳A形、矩形兩種，豎井開挖方法一般采用反井鉆機(jī)+鉆爆法，先用反井鉆機(jī)向下鉆一先導(dǎo)孔，然后反井鉆機(jī)向上反擴(kuò)，形成一個導(dǎo)井，再用鉆爆法擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)開挖線。

2.1 反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工測量放樣

反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工分為先導(dǎo)孔施工、擴(kuò)孔施工兩個步驟[2]。反井鉆機(jī)施工工藝流程見圖1。

圖1 反井鉆機(jī)施工工藝流程示意

反井鉆機(jī)導(dǎo)孔施工應(yīng)先測量放樣豎井中心點(diǎn)和反井鉆機(jī)施工平臺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)澆筑完成后，安裝反井鉆機(jī)及地腳螺栓，調(diào)平，然后澆筑二期混凝土，固定后再次檢查調(diào)平鉆機(jī)。

鉆桿的垂直度調(diào)整以反井鉆機(jī)機(jī)架立柱為基礎(chǔ)，立柱為長方體，鉆機(jī)安裝在立柱內(nèi)側(cè)的行走滑道上，滑道與立柱是平行的。先用測量儀器觀測立柱，調(diào)整至基本垂直，在方便用儀器觀測的方向布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，校正反井鉆機(jī)的垂直度，基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)最佳為對稱布設(shè)，且與機(jī)架平行，即同一立柱的上、下各布設(shè)一基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)用鋼板尺及角尺參照反井鉆機(jī)立柱構(gòu)造來量取，量取后檢驗(yàn)基準(zhǔn)點(diǎn)相對尺寸，檢驗(yàn)正確后才能調(diào)整反井鉆機(jī)的垂直度。用全站儀測量基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較，要求基準(zhǔn)點(diǎn)相對偏差值控制在2 mm以內(nèi)，在調(diào)整過程中需行走鉆機(jī)，以釋放應(yīng)力，循序漸進(jìn)，逐步調(diào)整垂直。垂直度的調(diào)整精度根據(jù)豎井高度及開挖斷面尺寸進(jìn)行估算，并且反井鉆機(jī)向上反擴(kuò)后不得超出開挖斷面外。反井鉆機(jī)布置及校正見圖2所示。

圖2 反井鉆機(jī)布置及校正示意(單位：m)

反井鉆機(jī)開孔形成后需停機(jī)檢測，每0.5 m停機(jī)檢測1次，之后在加鉆桿時應(yīng)檢測，達(dá)到30 m鉆深以后就無需對鉆機(jī)進(jìn)行檢測，因?yàn)槠溷@桿的長度過長，在巖石等作用下容易發(fā)生彎曲變形，測量無法控制。

先導(dǎo)孔鉆通后，測量先導(dǎo)孔出孔口坐標(biāo)，計(jì)算偏斜率。

2.2 鉆爆法開挖測量放樣

導(dǎo)井完成后，采用鉆爆法進(jìn)行擴(kuò)挖，擴(kuò)挖過程中需要提供測量控制基準(zhǔn)。豎井高程測量采取在井口測設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，用懸掛鋼卷尺法向井下傳遞，每25 m布設(shè)一基準(zhǔn)點(diǎn)，懸掛用的鋼卷尺需檢定，懸掛錘球的重量按檢定證書中進(jìn)行選取。豎井施工的高程測量放樣只在起止處要求高，井身段要求不高，能滿足開挖斷面測量即可，重點(diǎn)是平面測量放樣。擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)開挖線需要準(zhǔn)確放樣平面開挖輪廓線，豎井的設(shè)計(jì)開挖斷面較大時，可采用全站儀直接放樣[3]，若豎井的設(shè)計(jì)開挖斷面較小，可采用懸吊錘球法及激光指向儀法[4]。由于爆破的影響，前30 m左右用全站儀及懸吊錘球法進(jìn)行放樣，有一定的安全距離后再安裝激光指向儀進(jìn)行放樣。圓形斷面與矩形斷面的懸吊錘球點(diǎn)及激光指向儀安裝布設(shè)方法略有不同，下面分別介紹。

2.2.1圓形斷面錘球及激光指向儀安裝

對于圓形斷面的豎井，懸吊錘球點(diǎn)及激光指向儀可布設(shè)在圓的中心上或圓的十字象限上。根據(jù)項(xiàng)目圓形豎井的設(shè)計(jì)情況，懸吊錘球點(diǎn)布設(shè)在井口圓的十字象限上且等距，每條垂線距設(shè)計(jì)開挖線0.5 m，以避開錨桿的影響。激光指向儀布設(shè)[5]在圓的中心上，激光可從豎井井口穿過導(dǎo)井射到井底，井口激光指向儀定位安裝完成后，開啟激光指向儀，在井底用全站儀校正激光指向，校正過程需井口及井底配合完成。在施工過程中，若遇到導(dǎo)井不通的情況，可用懸吊錘球法來校核激光指向，采用拉線并量距的方法來校核，若激光指向有偏差，調(diào)整激光指向儀，校正過程中需井口及開挖面上下配合完成，4條垂線相交出的中心與激光間的相對偏差控制在10 mm以內(nèi)[4]。

前30 m懸吊錘球點(diǎn)的現(xiàn)場安裝如圖3所示，30 m之后懸吊錘球點(diǎn)及激光指向儀的現(xiàn)場安裝如圖4所示。

圖3 圓形斷面前30 m懸吊錘球點(diǎn)現(xiàn)場安裝示意

圖4 圓形斷面30 m后懸吊錘球點(diǎn)及激光指向儀現(xiàn)場安裝示意

2.2.2矩形斷面錘球及激光指向儀安裝

對于矩形斷面的豎井，懸吊錘球點(diǎn)布設(shè)在井口與設(shè)計(jì)開挖線平行且等距的角點(diǎn)上，每條垂線距設(shè)計(jì)開挖線0.5 m，以避開錨桿的影響。

激光指向儀布設(shè)在懸吊錘球點(diǎn)同邊兩點(diǎn)連線的延長線上，且與對邊對稱布置。矩形斷面激光投射到開挖面上，在施工過程中，可用懸吊錘球法來校核激光指向，采用拉線并量距的方法來校核，若激光指向有偏差，調(diào)整激光指向儀，校正過程中需井口及開挖面上下配合完成，垂線與激光間的相對偏差控制在10 mm以內(nèi)。

前30 m懸吊錘球點(diǎn)的現(xiàn)場安裝如圖5所示，30 m之后懸吊錘球點(diǎn)及激光指向儀的現(xiàn)場安裝如圖6所示。

圖5 矩形斷面前30 m懸吊錘球點(diǎn)現(xiàn)場安裝示意

圖6 矩形斷面30 m后懸吊錘球點(diǎn)現(xiàn)場安裝示意

為保證工程質(zhì)量的要求，豎井測量放樣盡量使用全站儀，在有條件的情況下沿井壁布設(shè)自由點(diǎn)，每25 m布設(shè)1組，沒條件的才使用激光指向；激光指向儀25 m校正1次，盡量使用全站儀校核，沒條件使用懸吊錘球法校正，必須待錘球穩(wěn)定后才能校正。

鋼絲繩及錘球的選取見表1。

表1 鋼絲繩及錘球配置

3 貫通測量

3.1 洞內(nèi)貫通誤差估算

隧道工程的施工控制測量在各種施工規(guī)范中要求較多，精度要求也比較高。施工單位，對洞內(nèi)控制測量的精度直接影響到隧道貫通的精度，為保證隧道在貫通時的精度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，在隧道施工前，需要對洞內(nèi)控制測量進(jìn)行設(shè)計(jì)，估算隧道貫通誤差的精度。貫通誤差主要是由控制測量引起的，施工放樣誤差影響較小，可以忽略不計(jì)。相對于貫通誤差而言，縱向貫通誤差只影響隧道的長度，只要不大于隧道的定測中線的誤差就滿足隧道的施工要求，而橫向貫通誤差如果超限則會引起隧道幾何形狀的改變，導(dǎo)致洞內(nèi)建筑物侵入隧道設(shè)計(jì)規(guī)定界限，豎向貫通誤差采用水準(zhǔn)測量的方法也能達(dá)到隧道施工要求，影響相對于橫向貫通誤差更小。

抽水蓄能電站的地下洞室群相對比較多且復(fù)雜，因此貫通面較多，尤其水道和廠房系統(tǒng)建筑物、構(gòu)筑物較多，貫通誤差對其影響最大[6]，故需要進(jìn)行貫通誤差估算，根據(jù)估算結(jié)果，在施工過程中加強(qiáng)洞內(nèi)控制測量的精度，保證最終的隧道貫通精度滿足設(shè)計(jì)襯砌要求，減少施工浪費(fèi)和返工。

3.1.1橫向貫通中誤差計(jì)算

按下式計(jì)算貫通面上的橫向中誤差：

(1)

(2)

(3)

3.1.2豎向貫通中誤差計(jì)算

隧洞洞內(nèi)高程的控制測量精度直接影響的是豎向貫通中誤差，計(jì)算每千米測量高差平均值的偶然誤差。

(4)

式中Δ為往返測高差不符值,mm；R為測段長,km；n為測段數(shù)。

3.1.3貫通誤差估算結(jié)果使用

將貫通誤差估算結(jié)果與規(guī)范中規(guī)定的橫向、豎向貫通測量限差作比較，確定洞內(nèi)平面控制測量布設(shè)導(dǎo)線等級及高程控制測量布設(shè)三角高程等級[7]、使用儀器的精度等，使洞室開挖滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

在具體實(shí)施的過程中，要改進(jìn)技術(shù)、提高技術(shù)、提高精度，減小貫通誤差，最終實(shí)現(xiàn)順利貫通。

3.2 洞內(nèi)貫通誤差估算檢驗(yàn)

1) 當(dāng)洞內(nèi)實(shí)現(xiàn)貫通后，首先要檢查貫通斷面的實(shí)際偏差[8]，采用兩條導(dǎo)線同時測定某點(diǎn)，計(jì)算相對于軸線的偏差值。

2) 導(dǎo)線貫通差一般采用附(閉)合導(dǎo)線的測量方法進(jìn)行測量，貫通后導(dǎo)線可以附(閉)合到首級控制點(diǎn)，通過平差計(jì)算出貫通后導(dǎo)線上各點(diǎn)的坐標(biāo)，并與貫通前的導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較，若偏差過大可以對差值進(jìn)行合理分配，若差值小，可直接使用貫通后的測量成果。

3) 洞內(nèi)貫通后，確定貫通差，并與洞內(nèi)貫通誤差估算的結(jié)果進(jìn)行比較，分析估算結(jié)果是否合理，并進(jìn)行技術(shù)總結(jié)。

4 結(jié)語

抽水蓄能電站地下洞室的開挖，測量控制是工程的關(guān)鍵，豎井放樣使用垂球及激光指向儀是目前切實(shí)可行的較好方法，有效地控制了豎井開挖質(zhì)量。根據(jù)貫通誤差的估算結(jié)果，布置合理的導(dǎo)線網(wǎng)及高程網(wǎng)，可以保證各洞室開挖的準(zhǔn)確性。