溪洛渡水电站泄洪洞开挖施工测量技术探讨

杜杰锋

（中国水利水电第四工程局有限公司勘测设计研究院青海西宁810007）

摘要：本文主要介绍了溪洛渡水电站左右岸泄洪洞龙落尾段涉及的几个典型洞段：直线段、奥奇曲线段、斜坡段、反弧段。他所担负的高坝泄洪消能的使命，决定了他特殊的体形结构，所以在开挖测量放样过程中有一定难度，文中对关键的作业步骤进行了梳理，对各个环节的难点提出了有效的解决办法。

关键词：泄洪洞；施工测量；测量技术；溪洛渡水电站

一、溪洛渡工程概况

溪洛渡水电站工程是一座高坝大库巨型水利发电站，施工区分布于近10Km长的金沙江“U”型峡谷区域范围内。

溪洛渡水电站枢纽由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电建筑物等组成。

拦河大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高278.0m，坝顶高程610.0m，顶拱中心线弧长698.09m，拱冠顶厚14m，拱冠底厚69m。

引水发电建筑物由电站进水口、压力管道、主厂房、主变室、尾水调压室、尾水洞及出口、通风洞、出线洞、地面出线厂及地下防渗排水系统等建筑物组成。

泄洪消能建筑物由坝身7个表孔、8个深孔、坝后水垫塘与两岸4条泄洪洞组成。

二、泄洪洞布置

某水电站泄洪洞布置于左岸，总长2025m，为无压洞，出口采用挑流消能。最大泄量3418m3/s，最大泄洪水头183m，洞身最大流速约40m/s。泄洪洞出口挑坎型式为扭曲斜切鼻坎，过水面底板宽度由12.0m变为到挑坎末端24.05m。反弧半径96.12m，挑角30。挑流水舌冲坑靠近河床左岸。

下游河道冲刷区基本地质条件：泄洪洞出口冲刷区河段，水面宽120～140m，水深6～12m，河床覆盖层厚45～63m；左右岸谷坡均为流纹斑岩，具有良好的抗冲蚀能力，但河床漂卵石层及漂块卵石层抗冲能力较弱。泄洪洞挑流鼻坎地基岩性为流纹斑岩，地基承载力和抗变形能力满足设计要求；护坦地基为冲积漂卵石层，结构松散，抗冲能力低，须采取防冲措施，防止溯源冲刷危及护坦。泄洪洞出口下游的河道两岸低线公路以下河岸覆盖层由表及里主要为人工堆积、崩坡积及河床冲积层。左岸覆盖层分布于古崩塌体至尾水出口、泄洪洞出口一带，其余区段主要为基岩。

根据泄洪洞出口对岸铁路雾化防护重要性确定雾化及防冲标准和研究防护范围的方法。该工程通过水工模型试验、雾化数模计算、地形条件和工程类比确定的防护范围和高程，经对泄洪洞消能区两岸河道边坡重点部位采取将公路路基及以下覆盖层挖除后回填混凝土，岸坡采取贴坡混凝土加锚筋与岩面紧密结合和系统排水等综合措施后，原河道两岸岸坡抗冲刷能力大大加强。

泄洪洞水库蓄水第一年运行时间长达1940小时，相当于几个汛期泄洪时间，第二年又历经整个汛期运行考验，期间最大泄量达2550m3/s，最小泄量为200m3/s，泄洪洞出口消能区河道岸坡防护经受雨雾和水流淘刷涌波考验。由于目前防冲护岸设计暂无规程规范可依，值得借鉴已成功的工程实例较少，本泄洪洞出口消能区河道护岸的设计经验值得其它类似工程借鉴和参考。

三、左、右岸泄洪洞的概况及坐标系

3.1左、右岸泄洪洞概况

溪洛渡水电站泄洪洞左右两岸对称布置，左岸为1#~2#泄洪洞，右岸为3#~4#泄洪洞。平面线形均采用直线段—圆曲线段—直线段组成；竖曲线则分别由无压段、有压段、龙落尾段式组成。有压隧洞段是由上直坡段、奥奇曲线段、斜坡连接段、反弧曲线段以及下直坡段组成。有压段隧洞衬砌后断面尺寸为14m×19m（宽×高），断面形式为城门洞型。奥奇曲线段曲线方程为Z=X2／400+0.023X（Z轴正方向竖直向下，X为离坐标轴起点桩号）的竖曲线，斜坡段是奥奇曲线与反弧曲线之间的连接过渡段，斜坡与水平夹角为22°27′25″；反弧段为竖向圆曲线，其反弧半径为300m；下直坡段紧接反弧段末，下直段底坡i=0.08，出口采用扭曲斜切挑面，通过明渠段与洞身相接。

3.2坐标系

为了直观、方便洞室内施工，平面坐标系通过坐标转换，弧长计算等方式转化成隧洞轴线坐标系（里程，偏距）。其具体确立方法为：以洞室中心线0+0处为坐标原点，以洞室中心轴线前进方向为X轴正方向，垂直于轴线方向为Y轴，右正左负。高程仍采用原高程系统。。对此，在该施工坐标系下的每一点的X，Y坐标分别表示该点在隧洞中的桩号及该点距隧洞轴线的偏距，这为方便测量放样、检查验收等工作大大提高了工作效率，也给放样程序编写提供了基准。

四、泄洪洞龙落尾段开挖放样控制重点

4.1测量控制点的设置

由于该泄洪洞不是太长（2公里内），测量控制点采用洞外已知的二等控制点直接设置四等基本导线。基本导线采用左右角观测并不定期复测支导线的方式，导线长度控制在300米左右，（参考文献[3]）；然后在基本导线下加密施工导线作为施工放样控制点。施工导线边长则控制在100米左右。高程控制则采用不低于四等的三角高程替水准测量的办法进行。在泄洪洞开挖的施工放样过程中，由于施工机械的影响，测量放样通常采用测边后方交会的方法进行自由设站的方法。在设站确定后，放样之前，必须检查独立控制点，以确保放样的精度。

4.2直线无压段开挖放样及检查控制

普通直洞段的放样，其剖面为铅直面。由于剖面结构的不同，放样及检查计算需分别从直立边墙、底板、圆弧顶拱三部分进行判断计算。当测量点高程落在圆弧顶拱高程范围下（低于Hb）时，则为边墙和底板范围的计算。其中边墙的移动量可直接根据计算偏距Y和设计偏距进行比较便可（△d）；而底板超欠挖则根据计算的里程X和底板开挖坡比计算测量点处的设计底板高程，然后与测量高程进行比较便知（△h）。当测量点高程落在圆弧顶拱高程范围内时（H>Hi+L+S），其顶拱偏移量计算，则需根据测量点处的里程和底板开挖坡比，先计算出拱心的理论坐标（X，0，Hi+L），然后根据测量点的轴线坐标与拱心坐标的距离和设计半径的比较，便可得出（△r）。

4.3奥齐曲线段开挖放样及检查控制

奥齐曲线段、斜坡段、反弧段的体型复杂，开挖难度大，同时由于其剖面不为铅垂方向，而为垂直于竖曲线的法线方向，其法线方向随曲线的变化而变化。对此，其放样和检查的计算不同于铅直断面。为此，分别进行介绍。

根据图纸提供方程Z=X2/400+0.023X，奥奇曲线为一抛物线方程，测量点P（X0，Y0，H0）的计算里程X=X0-1456.143，P1点的设计高程H1=522.134-Z，过测量点P作垂直线PP1交曲线于P1点。其测点高程与理论高程之差PP1=H0-H1，当PP1>0（或者法向差PB>0）则判断为欠挖，反之则是超挖。过P1点做曲线的切线交于X轴，过P点作切线的垂直线PB，根据RT△PBP1。对公式Z=X2/400+0.023X求导数.

Y′=（X2/400+0.023X）′

=X/200+0.023

=tan（α）

α=tan-1（Y）′=tan-1（X/200+0.023）

在RT△PBP1中，PB为过测量点P点的曲线法向方向，PB=PP1×Cos（α），过测量点P的剖面的断面里程为X0-PB×Sin（α），当PB少于剖面直立墙高度L+S时，则作为剖面底板超欠挖及边墙超欠挖判断，当大于L+S时，则落在顶拱区域。其拱心长度为OB=L，OP=PB-OB=PB-L，此时拱心X坐标为X0-OP×Sin（α），拱心Y坐标为0，拱心H=H0-OP×Cos（α），其圆弧区径向超欠挖△r=，当△r为正，则超挖，否则为欠挖；直立侧墙超欠挖判断仍然已Y0与设计偏距进行比较。

4.4斜坡段

斜坡段其实就是奥奇曲线段的一种特例，其法向方向为固定方向，因此斜坡段中其法向夹角a为固定值，α=tan-1（1/2.41935）=22°27′25″，至于其顶拱、直立墙边线、底板超欠挖计算同上面奥奇曲线计算相同，故不再详述。

4.5反弧段

反弧段由于其底板为圆曲线方程，其计算的方法不同于其他曲线段。对于其直立墙边线判断，仍然以轴线坐标的Y0与设计偏距进行比较判断；

在RT△OAB中，OA=，AC=R底-OA=△h，当AC<（L+S）时，则可判断测量点A（X0，Y0，H0）落在直立墙区间，反之，则落在顶拱区。

此时底板高程超欠挖通过AC值来进行判断，当AC>0，则底板欠挖，反之，超挖。

顶拱超欠挖值可通过下面公式△r=来计算，当△r>0，则顶拱超挖，反之，欠挖。其测量点处的偏角a=tan-1（（1789.062-X0）/（721.669-H0）），里程X=1789.062-R底×Sin（a）

五、施工放样方法及精度测量

5.1洞室开挖放样方法

施工放样坐标系采用施工坐标系，一般将工区坐标系换算为以洞轴线为X轴，以0+000桩号为起点的施工坐标系。现场测量放样方法如下：

（1）在控制点上架设全站仪并对中整平，初始化后检查仪器设置，气温、气压、凌镜常数；输入（调入）测站点的三维坐标，量取兵输入仪器高，输入（调入）后视点坐标，照准后视点进行后视。在后视点上架设凌镜，输入凌镜高，测量后视点的坐标和高程并与已知数据检核。

（2）瞄准另一后视点，检查方位角。

（3）采用无凌镜反射测出开挖掌子而某一点的坐标，放样顶拱轮廓线时，将该坐标输入计算器计算该点与圆心的距离，若该距离与设计平径的差值大于放样误差，则转动全站仪的水平和竖直微动螺旋，直至差值小于2cm，放样侧墙轮廓线时，将该坐标的Y值与设计值比较，若差值大于放样误差，则转动全站仪的水平和竖直微动螺旋，直至差值小于2cm.

（4）重复（3）的过程，放样出该测站上的所有待样点，放样点的密度根据爆破设计图上周边间距而定。

（5）为控制钻孔方向，放样出顶拱，起拱点的方向点。

（6）全部放样点放样完毕后，随机抽检规定数量的放样点并记录，其差值应不大于放样点的允许偏差值。

（7）作业结束后，观测员检查记录计算资料并签字。

（8）测量放样负责人逐一将标注数据与记录结果比对，同时检查点位间的几何尺寸关系及与有关结构边线的相对关系尺寸并记录，以验证标注数据和所放样点位无误。

六.结束语

溪洛渡工程是目前世界上最大的地下洞室群工程，本文分析了溪洛渡左右岸泄洪洞的典型洞段的开挖控制；结合了作者在溪洛渡工程施工测量控制工作中所积累的经验；指出了溪洛渡泄洪洞施工测量开挖过程中的重点及难点，并对其放样和检测列出了具体算法。现在溪洛渡泄洪洞的开挖已经接近尾声，这些方法已经得到了溪洛渡泄洪洞工程的检验。希望此文能起到抛砖引玉的作用，或为同类型洞室施工测量开挖参考和借鉴。

参考文献：

[1]许一百立、刘世煌.地下工程技术.1999.3：1一12

[2]符文喜.地应力环境场下岩体的变形特性及预测研究.成都理工学院博士论文.2000.5

[3]岩石力学进展与工程应用译文集.水利水电岩石力学情报网编译.科学出版社.1987.12