水利工程长隧洞贯通测量方法研究康航航

康航航

中国水利水电第十四工程局有限公司云南昆明650000

摘要：经济的发展，离不开水利工程的建设。在水利施工工程中,隧洞工程是最常见的,其中包括导流洞、引水隧洞、泄洪动等等隧洞工程。对隧洞工程中的数据测量是至关重要的,测角和量边误差及其实际精度是隧洞贯通测量设计中必不可少的重要参数。本文就水利工程长隧洞贯通测量方法展开探讨。

关键词：水利工程；长隧洞测量；贯通误差

引言

贯通测量工作的一般程序,在工程设计阶段就需要根据选择的测量方法和方案惊醒测量误差预算,在进行贯通测量误差预算时一般采用规程中的参数进行误差预算,在贯通工程完工后,通过及时联测得出实际偏差,以便进行技术分析和技术总结。

1隧洞贯通误差的来源

隧洞的贯通误差包括横向、纵向及竖向三个方向的贯通误差。按来源环境又分为洞外贯通误差及洞内贯通误差。纵向和横向贯通误差主要由洞外GNSS网误差、联系测量误差及洞内导线测量误差引起。其中，纵向贯通误差主要由洞外的GNSS网测量及洞内的测距引起，对工程贯通影响不大，也能较好地控制。竖向贯通误差主要由采用精密电子水准测量时水准仪的精度、大气折光等因素引起或采用三角高程测量时的照准误差、折光系数误差及地球曲率影响引起，由于水工隧洞的特殊性，如竖向误差超出限差，会引起水流变缓或出现倒坡，导致隧洞的过流及承压发生改变，甚至使隧洞不能顺利贯通。横向贯通误差主要由洞外GNSS网测量、联系测量及洞内导线测量引起，主要误差有测距误差、测角误差、垂线偏差、对中误差及旁折光误差。

2隧洞贯通测量技术的内容

一般包括：地面控制联测、地下基本控制测量和贯通误差测量。地面控制联测是指隧洞洞口地面控制联系测量，高程一般使用水准高程、三角高程；平面一般使用导线、三角网、GPS网。地下基本控制测量一般使用支导线、双导线、延伸性闭合导线等形式布设。贯通测量包括平面贯通测量和高程贯通测量，前者是测定实际的横向和纵向贯通误差，可以使用导线测量或坐标测量；高程贯通测量是测定实际的竖向贯通误差，可以采用水准测量方法，也可以采用三角高程测量方法。

3应用实例

3.1工程简介

蒙自市杨柳河引水隧洞工程位于蒙自市鸣鹫镇，地理位置为东经103°33′~103°40′，北纬23°25′~23°28′，隧洞全长9.88km，隧洞轴线平均高程1830m，洞内设计坡比1/1000，隧洞穿越区地形复杂，植被茂密，最高海拔2030m。云南省红河州水利水勘察设计研究院承担了该工程的勘察设计工作，通过该工程引水入菲白水库，为蒙自市城区供水提供保障。

3.2洞内控制测量的实施

3.2.1仪器设备

隧道控制测量仪器应满足下列要求:测角精度小于或等于±1,测距精度不大于±(2mm+2×10-6D)水准仪的精度应高于或等于±1mm/km,采取铟钢水准尺。测量仪器按照国家规定每年送国家授权检定部门检定,合格后方可使用。

3.2.2洞内平面控制测量

洞内平面控制测量基本导线布设为交叉双导线网，控制网的等级按三等施测，仪器采用徕卡TS09型全站仪进行，测角标称精度为1″，测距标称精度1.5mm+1.5ppm。观测时，角度至少进行2～3次重复观测，每次照准读数差小于4″；角度测回数为6个，一测回读数较差小于3mm；边长进行往返各2次测量，往返较差小于5mm，满足测角中误差小于1.8″，导线平均边长相对中误差小于1/150000的技术要求。洞内三等导线网横向贯通误差估算按下列公式计算:

式中：mYβ———由于测角误差所产生的在贯通面上横向中误差，mm；mYl———由于测距误差所产生的在贯通面上横向中误差，mm；mβ———导线测角中误差，（″）；Rx，dy———导线各点至贯通面的垂直距离和投影长度，m；ml/l———导线边长相对中误差；n———独立测量次数。该工程为直线型隧洞，中误差估算时洞内平均导线边长按500m计，洞径为3m，设贯通面位于隧洞中间，采用交叉双导线对横向贯通的误差影响值可按单导线的计，把数值代入上式计算得洞内横向贯通中误差为±52mm，小于规范要求的±75mm。从上面计算中可得，对于直线型隧洞，测距对横向贯通的影响可忽略，横向误差主要误差来源是测角的影响。如要减小测角引起的贯通中误差，可从增加导线边长、增加独立观测次数、采用更高精度测量仪器等方面进行。该工程在施工阶段，设计方对施工方进行了技术指导，并在临近贯通面时进行了洞内外控制点的复测、联测及统一平差，隧洞贯通时贯通面中误差小于规范容许值的要求。

3.3洞外平面控制测量

引水隧洞坐标系统采用独立平面直角坐标系，投影面为隧洞平均高程面，中央子午线采用过测区中央的子午线103°35′。洞外平面控制测量采用GNSS测量，施测等级按三等进行，仪器采用南方测绘S82-T型GNSS双频接收机，静态标称精度为5mm+1ppm，满足《水利水电工程测量规范》（SL197-2013）要求的10mm+5ppm技术要求。洞外控制网布设在满足精度要求时主要考虑网型的可靠性，作业效率，施工阶段方便对洞外控制点的使用及联测。GNSS控制点选在土质坚实，视野开阔，远离高压线，便于加密、交通便利的地方。洞口控制点满足导线测量进洞引测需要，视线距障碍物的距离不受旁折光的影响。静态观测时，先检查接收机，进行仪器的自测试，每站记录测站名，仪器编号，天线高及观测时间等信息，同步观测时间长度大于90分钟。在GNSS控制网基线解算前，先进行外业数据质量的检查，再进行基线解算；基线解算合格后，进行无约束平差及约束平差计算；最后进行精度分析与评定。该工程根据地形条件采用边连式共布设12个GNSS控制点，网中共有32条基线参与平差计算，闭合环最大节点数为3个，闭合环总数32个，其中，同步环总数20个，异步环总数12个。二维网约束平差后最弱边相对中误差1/362607，精度满足《水利水电工程测量规范》（SL197-2013）中小于1/80000的要求；对于近10km长的隧洞，对贯通误差的影响值中误差为10km×1/362607=±28mm，小于规范要求的±30mm，且控制网中其它边的精度均高于最弱边相对中误差，因而洞外GNSS控制网对贯通误差影响值中误差要小于±30mm。

3.4提高洞内控制测量精度

在水利水电工程隧洞施工中,除交通洞等附属工程在地质情况较好时不需要进行洞内砼衬砌外,其余隧洞工程都需要进行洞内砼支护、条石衬砌、砼海底和砂浆抹面。因此,还要对相向开挖的两条导线进行附合,并进行贯通误差分配或平差处理,确保洞内砼衬砌形体的正确。以保证隧洞的设计坡降及对墙面的技术要求,使隧洞控制测量满足于水利水电工程对隧洞施工的高要求。严格按设计的控制测量等级相关技术要求进行施测,严格按操作程序进行。施测中尽量采用三联脚架法,要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动、气泡有无偏离、对中偏离是否较大等。

结语

由于采用GNSS技术，测量精度有了很大的提高，洞外平面控制点数量大大减少，使得洞外控制测量误差引起的贯通误差也相应减小。在严格控制洞外平面控制测量精度的前提下，洞内平面控制测量对于隧洞的顺利贯通起决定性作用。

参考文献

[1]谷云香.长大深埋隧洞测量控制探讨[J].测绘通报，2014（6）：63-65.

[2]SL52-2015，水利水电工程施工测量规范[S].北京：中国水利水电出版社，2015.