帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞施工測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用

馮貴元

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司 ，河南 鄭州 450000)

1 洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞工程概況

洪都拉斯Patuca 3 水電站位于奧蘭喬首府Jutigalpa以南50 km、Guayamre河和Guayape河交匯處下游，距之約5 km，距首都特古西加爾巴約200 km。

工程樞紐建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪系統(tǒng)、岸邊引水發(fā)電系統(tǒng)組成。引水系統(tǒng)布置于右岸，采用一洞一機(jī)單元供水方式(機(jī)組臺(tái)數(shù)共2臺(tái))，由壩式進(jìn)水口、引水隧洞和壓力鋼管三部分組成。進(jìn)水口位于大壩10號(hào)擋水壩段，底板高程265.0 m，1#引水線路總長(zhǎng)為228.019 m，2#引水線路總長(zhǎng)為245.358 m，直徑7 m，壓力鋼管平均長(zhǎng)17 m，內(nèi)徑6.2 m。引水洞斷面由方變圓段、上彎段、斜坡段、下彎段、漸變段和廠房城門洞段組成，引水隧洞的襯砌部位主要是方變圓到下彎段，斜坡段的結(jié)構(gòu)坡比為20.814%，引水隧洞從2016年02月初開工，于2018年04月初開挖、支護(hù)、襯砌和壓力管道回填全部結(jié)束，經(jīng)過(guò)最終上、下貫通測(cè)量，其點(diǎn)位精度均在水利水電施工測(cè)量規(guī)范內(nèi)，從而為帕圖卡Ⅲ水電站如期蓄水發(fā)電奠定了堅(jiān)實(shí)的測(cè)量基礎(chǔ)。

2 測(cè)量放樣方法及其點(diǎn)位的確定

引水隧洞開挖根據(jù)引水及發(fā)電系統(tǒng)施工方案設(shè)計(jì)從明挖段(方變圓)和廠房隧洞出口，兩端同時(shí)一起施工貫通。先由1#引水洞貫通后再進(jìn)行2#引水洞施工，減少對(duì)山體的擾動(dòng)。按照施工要求在洞進(jìn)口和洞出口旁邊布設(shè)施工控制點(diǎn)，與洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站控制網(wǎng)形成閉合導(dǎo)線，洞內(nèi)施工控制點(diǎn)均由洞外經(jīng)過(guò)埋設(shè)的導(dǎo)線點(diǎn)逐級(jí)傳至布設(shè)好的施工控制點(diǎn)上，使其施工控制點(diǎn)位誤差滿足相應(yīng)水工建筑物測(cè)量規(guī)范要求。

引水洞部位由進(jìn)口方變圓、上彎段、斜坡段和下彎段為鋼筋混凝土襯砌段，不允許存在欠挖，直接影響鋼筋的安裝，在開挖階段需嚴(yán)格控制超欠挖。由下彎段到引水隧洞出口(廠房)為壓力管道回填段，只需要控制在允許超欠挖10 cm范圍之內(nèi)。

2.1 測(cè)量放樣方法和數(shù)據(jù)處理方法：

根據(jù)施工放樣所提供的一臺(tái)LeicaTS11+R400紅外線可見光無(wú)棱鏡反射全站儀，配合專業(yè)測(cè)量工具棱鏡放樣施工，其全站儀測(cè)角精度為1″，測(cè)距精度為±(1 mm+1.5 ppm×D)。采用直接由離施工面較近控制點(diǎn)轉(zhuǎn)測(cè)站到施工面附近，用全站儀坐標(biāo)法測(cè)定其測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，將全站儀顯示屏的坐標(biāo)值，輸入到核算無(wú)誤的測(cè)量計(jì)算程序CASIOfx-5800P型函數(shù)編程計(jì)算器內(nèi)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算后得出測(cè)點(diǎn)與設(shè)計(jì)點(diǎn)的改正值來(lái)確定測(cè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)位置。

2.2 測(cè)點(diǎn)精度估算：

采用全站儀坐標(biāo)法測(cè)定其測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，按《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》(DL/T 5173-2003)的附錄H平面位置方法精度估算公式的H.1全站儀坐標(biāo)法進(jìn)行測(cè)點(diǎn)精度評(píng)定，其精度評(píng)定結(jié)果為測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位精度均滿足規(guī)范要求。

由于引水隧洞從方變圓到下彎段設(shè)計(jì)為直線段，根據(jù)引水洞的中心線建立施工坐標(biāo)系為水平投影，北坐標(biāo)X是洞的樁號(hào)，東坐標(biāo)Y是洞的左右居中位置，高程H就是標(biāo)高。簡(jiǎn)易現(xiàn)場(chǎng)施工坐標(biāo)的難度，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工放樣的速度和精度。

3 測(cè)量放樣數(shù)據(jù)處理

由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員利用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集保存，取出全站儀內(nèi)存卡通過(guò)電腦徠卡辦公軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)，進(jìn)行AUTOCAD斷面繪圖計(jì)算。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面是以引水隧洞中心線所建立的坐標(biāo)系，斷面圖中的X軸和Y軸分別為高差值和水平偏離值，為了實(shí)測(cè)斷面與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行核算對(duì)比。

3.1 方變圓段測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)改正編程計(jì)算思路

(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)提供的參數(shù)方程式，計(jì)算出L樁號(hào)位置a、b、r的值：

a=5.8×(10-L)÷10

b=7×(10-L)÷10

r=7×L÷20

(1)

(2) 以隧道的中心線定位參考線，左邊為負(fù)右邊為正，中心EL268.5區(qū)分上下，計(jì)算出圓角圓形坐標(biāo)，因?yàn)閳A角對(duì)稱，根據(jù)坐標(biāo)值來(lái)確定圓角位置和漸變邊線。如下：

OHG=268.5+b/2=C;SBG=OHG+r=F；OXB=+a/2=D；ZYB=OXB+r=E

(2)

(3) 確定圓角的位置以后，就可以計(jì)算出圓角范圍內(nèi)的任意點(diǎn)R。如下：

R=√((H-C)2+(Abs(Y)-D)2)-r=W

(3)

(4) 根據(jù)以上表達(dá)式，洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞方變圓段(文件名: YSDFBY )計(jì)算程序編程如下：

L1 Lbl 8

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “P” ?P

L3 “A=”: 5.8×(10-X)÷10÷2→A◢

L4 “B=”: 7.0×(10-X)÷10÷2→B◢

L5 “R=”: 7.0×X÷20→R◢

L6 Lbl 1: “H”？H

L7 If H≧268.5: Then Goto 2: Else If H<268.5: Then Goto3：If End

L8 Lbl 2

L9 “OHG=”:268.5+B→C◢

L10 “SBG=”:C+R+P→F◢

L11 “OXB=”:A÷1→D◢

L12 “ZYB=”:D+R+P→E◢

L13 “RS=”:√((H-C)2+(Abs(Y)-D)2)-R-P→W◢

L14 Goto 8

L15 Lbl 3

L16 “OHG=”:268.5-B→C◢

L17 “XBG=”:C-R-P→F◢

L18 “OXB=”:A÷1→D◢

L19 “ZYB=”:D+R+P→E◢

L20 “RS=”:√((H-C)2+(Abs(Y)-D)2)-R-P→W◢

L21 Goto 8

注：程序中P為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)邊線的偏移值，用于鋼筋邊線放樣。

上述計(jì)算程序已在洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞方變圓段內(nèi)測(cè)量放樣成功使用，在此列出以供參考。

3.2 上彎段測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)改正編程計(jì)算思路

(1) 確定測(cè)點(diǎn)(X，Y，H)在上彎段內(nèi)的軸線樁號(hào)，步驟如下：

①根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上彎段圓心在起點(diǎn)處的設(shè)計(jì)軸中心線的設(shè)計(jì)樁號(hào)是0+10，設(shè)計(jì)高程是233.5，計(jì)算出放樣點(diǎn)圓弧的夾角：

A=tan1-1((X-10)÷(-233.5))

(4)

②根據(jù)圓弧長(zhǎng)計(jì)算公式，計(jì)算出上彎段內(nèi)的軸線樁號(hào)L,其表達(dá)式如下：

L=10+A÷180×π×R

(5)

(2) 確定測(cè)點(diǎn)與上彎段圓心半徑的偏差值，步驟如下：

①計(jì)算出測(cè)點(diǎn)到上彎段圓心的距離，其表達(dá)式如下：

S=Pol(X-10，H-233.5)

(6)

②根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上彎段圓弧的半徑為35 m，其測(cè)點(diǎn)與圓心半徑的偏差值表達(dá)式為：

⊿H=S-35

(7)

(3) 根據(jù)以上表達(dá)式，洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞上彎段(文件名: YSDSWD )計(jì)算程序編程如下：

L1 Lbl 0

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “H” ?H: “SQXBJ”?R： “DZBJ”?V

L3 “A=”: tan1-1((X - 10)÷(H - 233.5)→A：“ZH=”：10+ A÷180×л×R→Q◢

L4 “S=”: Pol( X - 10，H - 233.5)→S◢

L5 “GC=”: S-R→K◢

L6 “SW=”: (R+V)-S→M◢

L7 “XW=”: (R-V)-S→N◢

L8 “CQW=”: √(K2+Y2)-V→W◢

L9 Goto 0

注：程序中“SQXBJ”為上彎段半徑，“DZBK”為隧洞半徑，鋼筋邊線放樣，只需輸入“DZBK”參數(shù)半徑。

上述計(jì)算程序已在洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞上彎段內(nèi)測(cè)量放樣成功使用，在此列出以供參考。

3.3 斜坡段測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)改正編程計(jì)算思路：

(1) 確定測(cè)點(diǎn)(X，Y，H)在斜坡段內(nèi)的軸線斷面樁號(hào)，步驟如下：

①根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙斜坡段的起點(diǎn)樁號(hào)是0+17.132，設(shè)計(jì)高程是267.766，設(shè)計(jì)坡比為20.814%的降坡，計(jì)算出放樣點(diǎn)的圓心高程：

OX=267.766-(X-17.132)×0.208 14

(8)

②根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙斜坡段斷面樁號(hào)與垂直投影的夾角為θ=11.7576°，軸線斷面實(shí)際樁號(hào)的表達(dá)式如下：

DZZH=X-sin(11.7576°)×(H-OX)

(9)

(2) 確定測(cè)點(diǎn)位置到斜坡斷面圓心的高差，計(jì)算出放樣點(diǎn)的結(jié)構(gòu)邊線，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙斜坡段斷面樁號(hào)與垂直投影的夾角為θ=11.7576°，測(cè)點(diǎn)軸線斷面到圓心的實(shí)際高差表達(dá)式如下：

GC=(H-OX)×cos(11.7576°)

(10)

(3) 根據(jù)以上表達(dá)式，洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞斜坡段(文件名: YSDXPD )計(jì)算程序如下：

L1 Lbl 0

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “H” ?H: “R”?R

L3 “OX=”： 267.766-(X-17.132)×0.20814→G ◢

L4 “DZZH = ”： X- sin(11.7576°)×(H-G )→D ◢

L5 “GC=”：(H-G )×cos(11.7576°)→M◢

L6 “CQW=”: √(M2+Y2)-R→E◢

L7 Goto 0

注: 斜坡段放樣主要考慮它的實(shí)際斷面樁號(hào)與圓心的高差。

上述計(jì)算程序已在洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞斜坡段內(nèi)測(cè)量放樣成功使用，在此列出以供參考。

3.4 下彎段測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)改正編程計(jì)算思路：

(1) 確定測(cè)點(diǎn)(X，Y，H)在下彎段內(nèi)的軸線樁號(hào)，步驟如下：

①根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙下彎段圓心在終點(diǎn)處的設(shè)計(jì)軸中心線的設(shè)計(jì)樁號(hào)是0+150.223，設(shè)計(jì)高程是265.6，計(jì)算出放樣點(diǎn)圓弧的夾角：

A=tan1-1((150.223-X)÷(265.6-H)

(11)

②根據(jù)圓弧長(zhǎng)計(jì)算公式，計(jì)算出下彎段內(nèi)的軸線樁號(hào)L,其表達(dá)式如下：

L=150.223-A÷180×л×R

(12)

(2) 確定測(cè)點(diǎn)與下彎段圓心半徑的偏差值，步驟如下：

①計(jì)算出測(cè)點(diǎn)到下彎段圓心的距離，其表達(dá)式如下：

S=Pol(150.223-X，265.6-H)

(13)

②根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙下彎段圓弧的半徑為25m，其測(cè)點(diǎn)與圓心半徑的偏差值表達(dá)式為：

⊿H=25-S

(14)

(3) 根據(jù)以上表達(dá)式，洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞下彎段(文件名: YSDXWD )計(jì)算程序編程如下：

L1 Lbl 0

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “H” ?H: “SQXBJ”?R： “DZBJ”?V

L3 “A=”: tan1-1((150.223-X)÷(265.6-H)→A：“ZH=”：150.223- A÷180×л×R→Q◢

L4 “S=”: Pol(150.223-X，265.6-H)→S◢

L5 “GC=”: R-S→K◢

L6 “SW=”: (R-V)-S→M◢

L7 “XW=”: (R+V)-S→N◢

L8 “CQW=”: √(K2+Y2)-V→W◢

L9 Goto 0

注：程序中“SQXBJ”為下彎段半徑，“DZBK”為隧洞半徑，鋼筋邊線放樣，只需輸入“DZBK”參數(shù)半徑。

上述計(jì)算程序已在洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞下彎段內(nèi)測(cè)量放樣成功使用，在此列出以供參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

眾所周知，測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算處理一直是影響測(cè)量進(jìn)度和測(cè)量效益的關(guān)鍵因素之一，本文通過(guò)對(duì)洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞方變圓段、上彎段、斜坡段、下彎段的施工測(cè)量放樣和測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法，重點(diǎn)討論了在該類項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量放樣方法和測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算處理和校核方法。通過(guò)充分利用CASIOfx-5800P型函數(shù)編程計(jì)算器具有函數(shù)豐富、語(yǔ)句簡(jiǎn)單、內(nèi)存大、操作方便簡(jiǎn)單、計(jì)算快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)進(jìn)行編程計(jì)算，從而給測(cè)量人員帶來(lái)了巨大的方便，對(duì)今后在相同類似的工程項(xiàng)目施工測(cè)量中的測(cè)量放樣方法和測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算處理提供了借鑒的經(jīng)驗(yàn)。