水利工程中引水隧洞施工控制測量的研究

胡浩明 廣東水電二局股份有限公司

1.引水隧洞施工控制測量的必要性

引水隧洞施工作為當前水利工程項目當中的重要一環(huán)，其對于精度方面有著相對較高的要求，雖然其施工長度較短，但受到其他因素的影響程度較大，如：地質(zhì)條件、工程性質(zhì)等均可能會影響到工程開展，對此需要嚴格保證控制測量數(shù)據(jù)的準確性與真實性，否則將會對水利工程貫通程度造成很大影響。一般而言，測量方法的選擇主要是以引水隧洞工程的實際情況為主，需要安排專人負責(zé)此項工作，首先是設(shè)計隧洞內(nèi)的控制測量，其次在進行貫通的同時對貫通結(jié)果加以精確測量，最后如果發(fā)現(xiàn)問題立即停止貫通工作，糾正后才可繼續(xù)施工。通過采用以上流程可以保證控制測量結(jié)果的準確性，在此基礎(chǔ)上，相關(guān)人員還需要科學(xué)合理對測量方案進行設(shè)計，使施工人員能夠嚴格按照測量方案開展測量工作，真正意義上提升引水隧洞施工控制測量準確度，確保施工的有效開展。

2.引水隧洞施工控制測量

在引水隧洞施工實踐中，控制測量無疑具有十分重要的意義，其實質(zhì)上是基于隧洞施工設(shè)計要求，妥善確保兩相向開挖方向于貫通面的正確貫通，換言之，要能夠根據(jù)相關(guān)規(guī)定來有效控制橫向與高程貫通誤差。具體而言，實踐工作當中主要是涉及到洞外與洞內(nèi)兩方面的控制測量。

2.1 平面控制測量

對于該環(huán)節(jié)工作來說，其核心實質(zhì)即要面向相關(guān)洞口的控制點，針對其在平面上的位置來加以測定，從而基于此可以進一步落實開展地下設(shè)計，對后續(xù)的開挖工作加以引導(dǎo)，同時依照相應(yīng)要求妥善實現(xiàn)精準貫通。在具體實踐測量工作當中，過去因技術(shù)條件等方面的制約，該環(huán)節(jié)工作一般多采取直接定線、三角網(wǎng)、經(jīng)緯儀導(dǎo)線等措施手段，但是這些方法或多或少都存在有一定的局限或不足之處，比如：精度不足、投入精力與成本過高、適用條件差等等。對此，隨著工程測量領(lǐng)域快速發(fā)展，現(xiàn)階段實踐工作中可以借助全站儀，依靠它來建立導(dǎo)線，并發(fā)揮其所具備的光電測距作用，達到引水隧洞貫通平面控制測量工作需求，而從實際工作反饋來看，其作業(yè)精度、效率都更具保障。

2.2 高程控制網(wǎng)的布設(shè)與要求

對于該環(huán)節(jié)工作而言，其核心實質(zhì)即根據(jù)相應(yīng)設(shè)計要求，以相向開挖的洞口作為對象，針對其二者的控制點高差加以測量，從而在隧洞里得到統(tǒng)一高程系統(tǒng)，為具體作業(yè)帶來參考，最終實現(xiàn)豎向上的妥善貫通。以往該環(huán)節(jié)工作更多是通過等級水準測量來加以落實，但因其相對較為低效而逐漸被“光電測距三角高程+導(dǎo)線”測量模式所取代。實踐工作當中，需要對向（往返）觀測各邊高差，各方向上進行4次讀數(shù)，由儀器與氣象改正往返高差的差在±5mm以下，則將平均值做最終結(jié)果。此外，針對高程線路來講，具體實踐工作中一般要將其作為閉水準路線，同時也可以將之附合至已知等級水準點，且高差閉合差控制在±Lmm以下（L：路線長度；單位：km）。往返觀測時還需要注意控制氣象、設(shè)備等變量因素，涉及邊長最大超1000m時需要將臨時轉(zhuǎn)點置于中部，從而最大程度上降低大氣折光誤差，保障能夠更加準確來觀測豎直角[1]。

2.3 隧洞洞內(nèi)控制測量

該環(huán)節(jié)工作主要涵蓋以下兩個方面：

（1）洞內(nèi)平面控制測量—導(dǎo)線測量。該項工作需結(jié)合實際開挖進展情況，有序推進落實導(dǎo)線布設(shè)及測量工作；通常而言是將洞口點視作導(dǎo)線起點，同時基于洞口控制點測定其具體坐標；而該環(huán)節(jié)作業(yè)往往環(huán)境不夠理想、易受諸多因素影響且時間壓力大；若實際隧洞為中小類型，則通常僅會涉及到施工與基本導(dǎo)線的作業(yè)，前者邊長在30～50 m，結(jié)合實際作業(yè)情況，靠洞軸線來布設(shè)導(dǎo)線點，后者邊長在100～150m，其和前者需要協(xié)同考量進行布設(shè)，但導(dǎo)線精度較前者則要高一等級。

（2）洞內(nèi)高程控制測量——水準測量。該環(huán)節(jié)的作業(yè)情況和洞外基本一致；但考慮到實際環(huán)境因素，其視線長度宜控制在50m以下；如果洞頂板作為水準點，則進行觀測讀數(shù)需要倒轉(zhuǎn)水準尺并以其底部頂緊水準點標志。

2.4 洞內(nèi)測量注意事項

實際洞內(nèi)測量當中，可能會因為客觀環(huán)境與作業(yè)者主觀等因素而導(dǎo)致有不同的誤差情況產(chǎn)生，對此應(yīng)注意著力進行避免，并針對各類誤差采取相應(yīng)措施；同時根據(jù)不同開挖長度需注意做好基本導(dǎo)線點增設(shè)工作，以四等邊直伸型導(dǎo)線選擇為宜并宜選擇長邊；三角高程的同測距于同次照準落實，可借助隔點設(shè)站方式來保障精準對中；涉及砼襯砌則需注意附合導(dǎo)線與平差，結(jié)合貫通中誤差分配值的要求，對其進行估算，見表1所示為洞內(nèi)貫通中誤差影響值的限差；隧洞開挖還需注意定期復(fù)檢估算導(dǎo)線精度情況，從而更好的保障其正確開挖[2]。

表1 洞內(nèi)貫通中誤差影響值的限差

3.引水隧洞開挖掘進中的測量

在妥善落實好控制測量階段的工作任務(wù)后，可通過相關(guān)測量數(shù)據(jù)與參數(shù)進一步開展掘進階段的工作任務(wù)，具體而言主要包括以下方面內(nèi)容。

3.1 測設(shè)隧洞的開挖方向

施工人員可以利用中線法開挖隧洞。所謂中線法，主要是指確定隧洞中線點坐標與洞內(nèi)導(dǎo)線點坐標后，依據(jù)相應(yīng)公式將放樣數(shù)據(jù)準確計算出來。在這個過程當中，可以提前在隧洞中線點上設(shè)置點位T和點位B，并且在洞內(nèi)導(dǎo)線點上設(shè)置P1與P2，借助坐標反算公式計算水平角βT和βB、邊長S1與S2。在具體實際操作過程當中：首先是在P2位置安裝經(jīng)緯儀，其次是將P1視為一個后視點，最后撥角βT同時沿著經(jīng)緯儀方向?qū)1進行測量，以此明確中線T具體位置。利用同樣方法找到中線B所處位置，隧洞開挖方向即是二者連接線，同時二者之間應(yīng)該保持10cm左右的間距，如果中線點往前延伸一段距離時，可以將正倒鏡延長直線法用于直線上，而將偏角法則用在曲線上，通常偏角法也被稱之為短串線法，確定隧道開挖方向還需要根據(jù)實際情況合理選擇相應(yīng)方法[3]。

3.2 測定洞內(nèi)中線、腰線

在進行洞內(nèi)中線測定時，相關(guān)人員需要在洞口開挖面上測量、設(shè)置中線樁，以此為基礎(chǔ)，逐漸向洞內(nèi)開始緩慢掘進，而在這期間需要注意的是，每掘進20米時需要在隧洞頂部位置處埋設(shè)一個相應(yīng)中線里程樁，方便里程樁保存的同時，有利于其他工作順利開展。腰線設(shè)計位置往往在隧洞巖壁上，即以10米為間隔測量、設(shè)置一組腰線，而由于隧洞縱斷面并不是一成不變的，所以腰線將隨著中線里程變化而發(fā)生改變，且始終與隧洞地坪高程線保持平行關(guān)系[4]。另外，中線和腰線的測定是否到位，關(guān)系著隧道施工掘進方向的正確與否，所以相關(guān)人員必須依據(jù)相應(yīng)步驟將這項工作落實到實處。

3.3 隧洞掘進方向的指示

在實踐工作當中，借助激光指向儀開展隧洞掘進工作，一方面可以使相關(guān)人員直觀看到洞內(nèi)實際情況，另一方面則可以彌補洞內(nèi)光線不佳且操作面積小的不足，加快隧洞掘進工作開展進程；同時，將激光指向儀引入這項工作中還具有多方面作用，如：實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動管理和控制等。在利用機械化掘進設(shè)備進行隧洞掘進時，相關(guān)人員首先可以將激光指向儀固定在某個位置上，然后為機械化掘進設(shè)備配備光電接受靶，在掘進機開展工作時，如果發(fā)現(xiàn)掘進位置發(fā)生偏移，光電接受靶將自動調(diào)整偏離位置，且向掘進機傳輸自動控制數(shù)據(jù)，使其能夠自動調(diào)整當前工作位置，進而沿著直線方向繼續(xù)開展推進工作。

4.提高引水隧洞測量精度的對策

結(jié)合當前引水隧洞施工發(fā)展情況來看，針對有關(guān)實踐工作中測量精度方面的要求正顯著提升，而相應(yīng)施工單位根據(jù)水利工程項目實際需要，也紛紛采取對策措施著力提高引水隧洞測量精度?；谝酝鶎嵺`工作經(jīng)驗，可考慮從以下方面進行著手。

4.1 嚴格對隧洞洞內(nèi)控制進行設(shè)計

按照水利工程項目的特點以及施工要求，科學(xué)合理的對隧洞洞內(nèi)控制加以設(shè)計，使水利工程的設(shè)計與施工都能滿足相關(guān)技術(shù)要求，有助于更好的保證將這項工程落實到實處。同時，定期為施工人員組織開展培訓(xùn)，可以使施工人員能夠樹立起良好的安全意識，并且按照設(shè)計方案開展施工作業(yè)。在對隧洞洞內(nèi)控制進行設(shè)計時，應(yīng)該要求施工人員將三聯(lián)腳架法引入到施工作業(yè)中，并且嚴格按照方案內(nèi)容開展施工，如果發(fā)現(xiàn)三角高程等級已經(jīng)達到二等及以上，相關(guān)人員必須利用提高精度的方式進行作業(yè)。

4.2 開展隧洞工程開挖監(jiān)測工作

在正式施工開始前，相關(guān)負責(zé)單位應(yīng)選派一名專業(yè)人員檢測各項設(shè)備是否存在松動、偏移問題、以及安裝情況是否到位等，一旦發(fā)現(xiàn)問題必須立即更換相應(yīng)設(shè)備，期間需要注意，更換設(shè)備工作必須在隧洞工程開展前完成，避免影響隧洞施工整體進度。同時，還需要開展隧洞工程開挖監(jiān)測工作，待開挖到一定距離時便適當增加相應(yīng)導(dǎo)線，以此來保證隧洞開挖的準確度，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常需要再次對其加以測量，使施工工作能夠順利開展。在開展隧洞工程開挖監(jiān)測工作時，有關(guān)部門一定要保證數(shù)據(jù)真實可靠，從而使施工工程能夠按時且有序開展。

4.3 估算隧洞洞內(nèi)控制的測量數(shù)據(jù)

想要順利完成估算隧洞洞內(nèi)控制的測量數(shù)據(jù)工作，相關(guān)人員還需要注意以下幾項內(nèi)容：第一，當隧洞開挖到一定距離時，需要準確對導(dǎo)線加以估算；第二，等邊直伸型導(dǎo)線更有利于平面控制測量估算工作順利開展；第三，選擇長邊進行隧洞控制測量，以滿足這項作業(yè)的最高標準；第四，如果發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)有混凝土襯砌時，一定要及時開展精度估算工作，同時，在分配貫通誤差過程中，還需要特別注意混凝土襯砌狀態(tài)，達到最佳狀態(tài)才能保證施工質(zhì)量；第五，在測量隧洞三角高程時，必須要求施工人員按施工方案進行作業(yè)，以此保證各項數(shù)據(jù)估算的準確性，必要時安排專人定期檢查施工情況，減少施工人員違規(guī)操作等行為的發(fā)生。

5.結(jié)語

綜上所述：水利工程項目的建設(shè)施工是一項系統(tǒng)性工作，任何一項施工作業(yè)環(huán)節(jié)都應(yīng)該按既定規(guī)范要求得到精準落實，而妥善控制好測量環(huán)節(jié)的精度之于引水隧洞施工的重要意義顯然不言而喻，其對于整個水利工程項目的安全質(zhì)量以及價值效益實現(xiàn)都會產(chǎn)生重要影響，因此，作為相關(guān)施工單位必須要對此給予充分的關(guān)注和重視，結(jié)合以往工程施工經(jīng)驗與具體水利項目實踐，進一步明確引水隧洞施工控制測量的必要性，同時嚴格依照相關(guān)的標準規(guī)范要求細化落實好各項技術(shù)環(huán)節(jié)，科學(xué)靈活的開展測量工作，合理有序的配套選用施工對策，從而更好的保障工程項目實施開展。相信隨著水利工程施工實踐不斷發(fā)展，本文研究的此項工作還將會有更多進展。