水電站右岸導(dǎo)流洞施工測量

1、水電站右岸導(dǎo)流洞施工測量一、工程簡介金沙江溪洛渡水電站工程是我國西電東送中線的骨干電源之一，位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界處的金沙江干流上。 溪洛渡水電站是以發(fā)電為主， 兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等巨大的綜合效益，具有不完全年調(diào)節(jié)能力的特大型水電站。 是金沙江流域?qū)嵤拔麟姈|送”的第一期工程。溪洛渡水電站水工由混凝土雙曲拱壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、 瀉洪系統(tǒng)及導(dǎo)流建筑物組成?；炷岭p曲拱壩最大壩高 278.0m，壩頂高程610.0m，頂拱中心線弧長 698.07m；發(fā)電廠為地下式，分設(shè)在左、右兩岸山體內(nèi)，各裝 9 臺單機(jī)容量為 700MW 的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量 12600MW。施工期壩

2、址兩岸各布置了3 條導(dǎo)流洞，自左向右左岸為1#3#導(dǎo)流洞，右岸為 4#6#導(dǎo)流洞。導(dǎo)流洞平面上呈單彎道布置，洞身斷面為城門洞型，斷面尺寸均為18×20m。其中右岸 4#6#導(dǎo)流洞分別長為 1258.852m,1434.985m及 1697.110m。右岸導(dǎo)流洞施工期共布置了 3 條施工支洞進(jìn)行施工， 自上游至下游分別為 1#、2#和 3#施工支洞。二、右岸導(dǎo)流洞施工測量1、控制測量由于溪洛渡水電站控制網(wǎng)布設(shè)層次很好，已基本覆蓋整個施工區(qū)域，故控制測量采用業(yè)主測量中心提供的溪洛渡施工控制網(wǎng)中的一方石、水連天、衛(wèi)星城、觀景臺、日月亭五點為起算點。根據(jù)右岸導(dǎo)流洞平面布設(shè)位置及施工方案洞內(nèi)控

3、制測量分別在 1施工支洞以衛(wèi)星城日月亭為起算數(shù)據(jù)； 2施工支洞以一方石水連天為起算數(shù)據(jù)，3施工支洞以一方石觀景臺為起算數(shù)據(jù)作四等直伸導(dǎo)線進(jìn)入主洞，作為導(dǎo)流洞開挖階段的首級控制。 上導(dǎo)洞貫通后聯(lián)測成附和導(dǎo)線網(wǎng)，平差成果作為導(dǎo)流洞襯砌施工測量的首級控制。 高程控制測量采用四等三角高程，在布設(shè)四等直伸導(dǎo)線的同時布設(shè)。11 外業(yè)觀測外業(yè)觀測采用 Leica TCR402型全站儀（標(biāo)稱精度測角 2”，測距精度±（ 2+2ppm）進(jìn)行觀測。由于隧洞內(nèi)環(huán)境較差， 交叉作業(yè)影響較大， 故在進(jìn)行控制測量時應(yīng)選取空氣情況較好， 其他工序影響較小的時段進(jìn)行。 確保觀測成象清晰，測量結(jié)果準(zhǔn)確。架設(shè)儀器和棱鏡

4、時應(yīng)仔細(xì)嚴(yán)格對中、整平，量、記儀器高及棱鏡高，待每站觀測完畢后再次量取儀器高及棱鏡高作為檢查。 觀測時嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行觀測： 水平角觀測 6 個測回，邊長和高差往返各觀測 2 個測回。且水平角觀測應(yīng)符合下表技術(shù)要求： 現(xiàn)場記錄應(yīng)按照記錄手簿規(guī)定的格式進(jìn)行記錄， 并在每一測站結(jié)束后檢查記錄， 確認(rèn)無誤后再搬至下站進(jìn)行作業(yè)。12 內(nèi)業(yè)平差計算內(nèi)業(yè)計算前首先要對外業(yè)原始記錄受簿進(jìn)行200%的檢查，既記錄者自檢完畢后再分別由另外兩個人單獨進(jìn)行檢查。 確保準(zhǔn)確無誤后才開始進(jìn)行平差計算。平差計算采用南方公司的“平差易”軟件進(jìn)行計算，嚴(yán)格按以下步驟進(jìn)行操作。首先畫出導(dǎo)線網(wǎng)示意圖，標(biāo)上真實點名，并標(biāo)出已知

5、點、已知方向和起算邊，然后再從記錄手簿上將每一測站的測得的方向值，經(jīng)改正后的邊長抄記在示意圖上每兩邊中間。啟動“平差易”，按軟件格式要求輸入數(shù)據(jù)并保存，啟動自動平差計算，若軟件提示錯誤則重新檢查輸入數(shù)據(jù)直到正確為止， 檢查閉和差，點位誤差等誤差是否符合要求，最后得到最終結(jié)果。2、施工放樣21 放樣前的準(zhǔn)備工作放樣前及時收集該掌子面附近的控制點信息，根據(jù)圖紙及掘進(jìn)里程樁號確定該掌子面所屬開挖斷面類型，并對計算器中預(yù)先編制好的的放樣程序進(jìn)行檢核，使在現(xiàn)場放樣時能做到高質(zhì)高效。22 利用邊角后方交會對基本導(dǎo)線的延伸由于溪洛渡電站的導(dǎo)流洞開挖斷面為20m×22m，采用大型的鑿巖臺車打眼，每天

6、進(jìn)尺達(dá)10 米左右，斷面的精度要求小于5mm。中心和開挖輪廓線均要求測量人員放樣。由于大型的裝載機(jī)和20 噸以上的汽車出渣，測量人員根本無法按傳統(tǒng)的方法在接近掌子面附近布設(shè)控制點，布設(shè)在頂板太高，布設(shè)在地上汽車碾壓，不易保護(hù)。測量速度趕不上施工進(jìn)度， 迫切需要采用新的測量方法進(jìn)行測量控制點的布設(shè)。測量人員經(jīng)過討論和試驗采用了在洞壁上布設(shè)控制點， 觀測時采用邊角后方交會的方法來解決這個問題。具體方法為：首先在距掌子面 100m 左右外布設(shè)高精度的導(dǎo)線，在高精度的導(dǎo)線點設(shè)站， 用免棱鏡全站儀在洞壁上布設(shè)控制點， 布設(shè)洞壁控制點時采用一定的措施， 保證點位的精度。在 100m 的范圍內(nèi)，采用邊角后方

7、交會的方法在洞壁上布設(shè)控制點， 現(xiàn)場放樣利用洞壁上控制點，采用邊角后方交會的方法，進(jìn)行掌子面開挖輪廓線的放樣。超過 100m 左右 ，后續(xù)導(dǎo)線布設(shè)新的高級控制點，用新的高級控制點對洞壁點進(jìn)行重新布設(shè)。下圖洞內(nèi)為邊角后方交會示意圖，圖中 P 點為設(shè)站點， A、B 為布設(shè)在洞壁上的控制點。 根據(jù)測得的 PA的距離以及 PA、PB間的夾角可迅速計算出 P 點的坐標(biāo)，根據(jù)測得 P、A 間的高差可計算出 P 點的高程。采用該種方法，可以在施工干擾較大的環(huán)境下迅速架設(shè)好儀器并測量計算出測站坐標(biāo)， 在保證測量放樣精度的同時極大的提高了測量工作效率。23 施工坐標(biāo)系與洞內(nèi)相對坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換溪洛渡水電站采用的是獨

8、立的金沙江坐標(biāo)系，在導(dǎo)流洞施工時，測量人員為施工施工方便施工，采用了洞內(nèi)的相對坐標(biāo)系統(tǒng)。該坐標(biāo)系統(tǒng)具體確立方法如下：在洞內(nèi)相對坐標(biāo)系中，以遂洞起點為零點；以隧洞軸線為 X 軸，隧洞前進(jìn)方向為正方向， 樁號為 X 值，以垂直于軸線方向為 Y軸組成左手坐標(biāo)系， 以距軸線的垂直距離為 Y 值。高程仍采用原高程系統(tǒng)。如下圖所示：在這套洞內(nèi)相對坐標(biāo)系中，某一個點的X、Y 值直觀的反映了該點的樁號及距洞軸線的距離， 使對隧洞的測量放樣和編寫放樣程序都非常方便。同時，該坐標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用也給以后斷面驗收帶來極大的方便。24 掌子面放樣在溪洛渡右岸導(dǎo)流洞施工放樣中由于都已經(jīng)采用了免棱鏡反射全站儀進(jìn)行作業(yè)，故放樣皆

9、用極坐標(biāo)法進(jìn)行放樣。具體步驟如下，首先已經(jīng)提前在 CASIO fx-4500、fx-4800 系列可編程計算器里編制好具體放樣程序；在施工現(xiàn)場根據(jù)掌子面情況架設(shè)好儀器， 利用邊角后方交會等方法測算出測站點坐標(biāo)； 利用免棱鏡激光反射直接測得掌子面上一點的三維坐標(biāo)， 將該數(shù)據(jù)輸入計算器里的放樣程序， 算出該點的樁號、距軸線距離以及相對于開挖輪廓線的差值； 根據(jù)具體放樣要求移動點位再進(jìn)行測算直至符合要求， 作標(biāo)記之后再放樣下一個點。 放樣應(yīng)放出洞子開挖輪廓線， 中線，腰線等基本的一些點以及由于施工等各方面原因而需要加密的點字。采用這種全站儀極坐標(biāo)放樣相比以前傳統(tǒng)放樣方法工作效率大為提高，在熟練的情況

10、下一個作業(yè)小組從開始架設(shè)儀器到測量完畢僅需時 3045 分鐘，使測量人員的勞動強度大大減輕。3、斷面驗收隨著遂洞不斷掘進(jìn)， 為及時反映出遂洞的超、 欠挖值等遂洞開挖質(zhì)量情況，為后續(xù)驗收、支護(hù)等工序提供資料，需及時測量遂洞的開挖斷面圖。溪洛渡水電站右岸4#6#導(dǎo)流洞共有 3 條施工支洞，高峰時有十幾個掌子面同時掘進(jìn)，由于隧洞施工中各種工序銜接緊湊，平行作業(yè)、交叉施工的工程很多，且洞內(nèi)作業(yè)面狹小，而遂洞斷面圖又要求每 3m 一條及時提供，所以斷面驗收工作的工作量非常大，時間也非常緊。在實際中測量人員利用“外業(yè)全站儀采集數(shù)據(jù)+內(nèi)業(yè) cass軟件成圖”的全數(shù)字化方法很好的解決了這個問題。31 外業(yè)數(shù)據(jù)

11、采集外業(yè)數(shù)據(jù)采集利用LeicaTCR402等免棱鏡反射全站儀直接進(jìn)行。并且采用洞內(nèi)相對坐標(biāo)系統(tǒng)。首先，根據(jù)要求每 3m 測一條斷面，由于采用的是洞內(nèi)相對坐標(biāo)系，每測得的一個點的樁號都可以直接讀出來， 所以就不必像傳統(tǒng)測量斷面那樣每條斷面單獨架設(shè)儀器， 而可以在需要測量斷面圖的部位任意架站，利用邊角后方交會測算出設(shè)站點坐標(biāo)；然后進(jìn)行測量，每測一個點看它的樁號是否符合要求， 若在待測斷面樁號上就直接存入全站儀內(nèi)存，若不符合樁號要求則沿 X 軸前后移動直至符合要求為止，之后存儲入全站儀內(nèi)存，然后測量下一個點。一條斷面測量完畢后再測量下一條斷面。利用這種測量方法可以在一個測站上測量多個斷面， 根據(jù)實踐

12、經(jīng)驗得出，在一個測站上可以測量前后 20m 左右范圍內(nèi)的斷面，其精度完全可以達(dá)到要求。 具體的可測量范圍可根據(jù)隧洞斷面大小， 儀器架設(shè)位置，洞壁凹凸情況以及儀器免棱鏡測量距離具體確定， 只要精度符合要求即可。相比較傳統(tǒng)的斷面驗收方法， 采用了洞內(nèi)相對坐標(biāo)系統(tǒng)的新方法由于不必在每條斷面架設(shè)儀器，所以極大的提高了作業(yè)效率，使得外業(yè)采集工作所需時間比傳統(tǒng)方法有了非常明顯的縮短。32 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成圖外業(yè)利用 Leica TCR402采集回來的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳入電腦中。 數(shù)據(jù)傳輸可以利用南方公司的 cass系列成圖軟件傳輸，也可以利用 Leica公司隨儀器附送的Leica Survey Office 系

13、列軟件中的數(shù)據(jù)交換管理器進(jìn)行傳輸。傳入電腦的數(shù)據(jù)應(yīng)存放在指定的位置，并按照統(tǒng)一的要求進(jìn)行命名，以利于作圖時或日后需要用時能夠方便快捷的找到。由于從儀器內(nèi)傳輸出來的數(shù)據(jù)文件的格式為GSI 格式，而cass軟件繪制斷面圖所需的里程文件為HDM 格式，因此對由全站儀傳出的數(shù)據(jù)還需做進(jìn)一步的處理才能繪出出斷面圖。數(shù)據(jù)處理可直接用Leica Survey Office系列軟件坐標(biāo)編輯器打開GSI格式的數(shù)據(jù)文件，然后把所有數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼到Excel電子表格中，再在 Excel電子表格里對數(shù)據(jù)根據(jù)HDM文件的格式進(jìn)行手工修改，將其改為HDM文件之后再在cass中繪圖。這種方法雖然步驟較少，但是在Excel電子

14、表格中將數(shù)據(jù)該為 HDM 格式的工作比較煩瑣，工作量也較大且手工編輯也容易出錯。為此，葛洲壩溪洛渡測量隊專門開發(fā)出了一款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。具體步驟如下：首先在cass 軟件中利用“數(shù)據(jù)”菜單下的“讀取全站儀數(shù)據(jù)”對話框?qū)eica 的 GSI格式文件轉(zhuǎn)化為通用的 DAT文件，然后運行這款專門的轉(zhuǎn)換軟件將DAT文件轉(zhuǎn)換為cass所需的 HDM 文件，待檢查無誤后就可以在cass軟件中繪制斷面圖了。運行 cass 軟件中的“工程應(yīng)用”菜單下的“繪斷面圖”子菜單下的“根據(jù)里程文件”命令，選取剛轉(zhuǎn)換過來的HDM 文件，繪制斷面圖。繪制出的斷面圖如下圖所示：然后再將繪制出來的實測斷面與設(shè)計斷面

15、放在同一圖框下，并標(biāo)出超、欠挖值， 就可以反映出隧洞的開挖質(zhì)量情況。最終的斷面圖如下圖所示：三、溪洛渡水電站右岸導(dǎo)流洞施工測量所采用的新工藝、方法隨著工程測量學(xué)的發(fā)展， 越來越多的新工藝、 方法運用到實踐生產(chǎn)中，而溪洛渡導(dǎo)流洞工程由于工程浩大，測量精度要求高，工期較緊，因此在實踐中大量的運用了新的測量工藝、方法，如以下幾種。1、隧洞控制點的補設(shè)方法以及邊角后方交會的普遍運用傳統(tǒng)的隧洞控制測量的導(dǎo)線點都是布設(shè)在地面上， 但是由于隧洞中環(huán)境很差，布設(shè)在地面上的控制點很容易會因出渣車輛碾壓， 施工機(jī)械碰撞等原因損毀或被洞渣掩埋而無法使用， 因此在溪洛渡水電站右岸導(dǎo)流洞施工測量中， 利用地面高精度控制點在洞壁上補設(shè)低一級的控制點結(jié)合邊角后方交會的測量方法普遍運用， 在保證其精度完全符合要求的同時大大提高了勞動生產(chǎn)率。2、洞內(nèi)相對坐標(biāo)系的普遍應(yīng)用在溪洛渡右岸導(dǎo)流洞施工測量中，三條導(dǎo)流洞的洞內(nèi)測量全部都應(yīng)用了洞內(nèi)相對坐標(biāo)系統(tǒng)， 這種坐標(biāo)系對于隧洞的現(xiàn)場放樣以斷面驗收都非常的方便，尤其對于斷面驗收工作，成倍的提高了工作效率。3、全站儀外業(yè)采集數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)用CASS軟件成圖的作業(yè)模式在溪洛渡右岸導(dǎo)流洞施工測量中，全站儀外業(yè)采集數(shù)據(jù)， 內(nèi)業(yè)用CASS軟件成圖的作業(yè)模式已經(jīng)成為常規(guī)的作業(yè)模式，使用這種全數(shù)字化的作業(yè)模式不但使測量的內(nèi)業(yè)工作大為減輕，而且由于