杜正喬,賈洪英

(長(zhǎng)江三峽技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司,北京 100038)

文章編號(hào)：1006—2610(2015)04—0027—04

金沙江烏東德水電站導(dǎo)流洞開(kāi)挖控制測(cè)量的布設(shè)及應(yīng)用

杜正喬,賈洪英

(長(zhǎng)江三峽技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司,北京 100038)

利用烏東德水電站工程中對(duì)導(dǎo)流洞的開(kāi)挖放樣、采用巖壁上布設(shè)控制點(diǎn),對(duì)各種自由設(shè)站的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了探討,介紹了自由設(shè)站在烏東德水電站導(dǎo)流洞施工測(cè)量中的具體實(shí)施方法及應(yīng)用,并提出了自由設(shè)站法的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，測(cè)量精度滿足規(guī)范要求。

烏東德水電站;導(dǎo)流洞;施工測(cè)量;自由設(shè)站

1 工程概述

烏東德水電站是金沙江下游河段4個(gè)水電梯級(jí)——烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水電站中的第1座梯級(jí)，壩址所處河段的右岸隸屬云南省昆明市祿勸縣，左岸隸屬四川省會(huì)東縣。

烏東德水電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪。電站總裝機(jī)容量10 200 MW，年發(fā)電量393.4億kWh。工程建成后還有攔沙、發(fā)展庫(kù)區(qū)航運(yùn)和改善下游航運(yùn)條件等綜合利用效益，是西電東送骨干電源點(diǎn)之一。

烏東德水電站樞紐由攔河壩、泄洪消能設(shè)施、引水發(fā)電系統(tǒng)等主要建筑物組成。擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，正常蓄水位975 m，壩頂高程988.0 m，最大壩高265 m；引水發(fā)電系統(tǒng)采用地下廠房，左、右兩岸各布置6臺(tái)單機(jī)容量850 MW的水輪機(jī)組，均靠河岸側(cè)布置；左岸靠山里側(cè)布置2條導(dǎo)流隧洞，尾段與廠房尾水隧洞結(jié)合，右岸靠山里側(cè)布置3條導(dǎo)流隧洞，其中2條尾段與尾水隧洞結(jié)合。

2 測(cè)量問(wèn)題的提出

由于烏東德水電站工程左、右岸導(dǎo)流洞的規(guī)模、地質(zhì)特點(diǎn)等因素，在施工開(kāi)挖過(guò)程中，為了利于開(kāi)挖、支護(hù)施工組織和高邊墻穩(wěn)定，導(dǎo)流洞開(kāi)挖采用邊開(kāi)挖邊支護(hù)的施工方法，這樣對(duì)施工測(cè)量的控制及放樣形成了困難。

2.1 施工控制點(diǎn)維護(hù)困難

導(dǎo)流洞開(kāi)挖斷面尺寸大，且平行布置，距離近，交叉洞室多；洞室頂拱分布有緩傾角層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶，對(duì)頂拱圍巖穩(wěn)定不利；高邊墻及頂拱開(kāi)挖穩(wěn)定問(wèn)題突出。選擇合理的施工程序和方法，是既好又快地施工，確保導(dǎo)流洞穩(wěn)定的根本。導(dǎo)流洞分層開(kāi)挖施工，有利于開(kāi)挖、支護(hù)施工組織和高邊墻穩(wěn)定，分層開(kāi)挖減少了每層的高度，便于及時(shí)支護(hù)，也有利于抑制高邊墻的變形。導(dǎo)流洞開(kāi)挖支護(hù)見(jiàn)圖1。但是對(duì)施工測(cè)量放樣的控制點(diǎn)卻很難維護(hù),因?yàn)槭欠謱娱_(kāi)挖,制作的控制點(diǎn)無(wú)法長(zhǎng)久保留,損壞度很大。

圖1 導(dǎo)流洞開(kāi)挖支護(hù)示意圖 單位：m

2.2 施工控制點(diǎn)布設(shè)困難

為了加快導(dǎo)流洞的開(kāi)挖施工進(jìn)度，右岸導(dǎo)流洞的中導(dǎo)洞開(kāi)挖主要利用右下1號(hào)施工支洞、第Ⅱ?qū)娱_(kāi)挖利用右下4號(hào)施工支洞、第Ⅲ層開(kāi)挖利用右下2號(hào)施工支洞等施工通道，為導(dǎo)流洞上、中、下層立體開(kāi)挖提供通道。施工支洞平面布置見(jiàn)圖2，這樣交錯(cuò)作業(yè)，施工支洞無(wú)法按常規(guī)布設(shè)控制點(diǎn),只有將控制點(diǎn)布設(shè)在中導(dǎo)洞的施工洞口,布設(shè)的控制點(diǎn)數(shù)量少。

2.3 對(duì)外開(kāi)口少，通風(fēng)散煙難度大，測(cè)量通視差

導(dǎo)流洞開(kāi)挖高度大，對(duì)外通道復(fù)雜、通透性差、很難形成有效的通排風(fēng)通道；導(dǎo)流洞開(kāi)挖、支護(hù)高峰期，工作面多、多工序持續(xù)平行交叉作業(yè)，其施工環(huán)境復(fù)雜，通風(fēng)散煙難度很大，因?yàn)槭┕がF(xiàn)場(chǎng)灰塵大，通視條件差，在這種環(huán)境中測(cè)量，對(duì)測(cè)量的通視造成很大的困難。

3 測(cè)量問(wèn)題的解決辦法

導(dǎo)流洞開(kāi)挖高度大，通視條件差，利用正常的測(cè)量放樣方法無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量工作，通過(guò)測(cè)量人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，技術(shù)方面的多次探討，采用自由設(shè)站的平面坐標(biāo)計(jì)算方法進(jìn)行測(cè)量放樣。

全站儀自由設(shè)站定位法是自由選擇測(cè)站位置，對(duì)周?chē)目刂泣c(diǎn)進(jìn)行測(cè)角和測(cè)邊，確定測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)

圖2 右岸導(dǎo)流洞施工支洞平面布置示意圖 單位：m

的方法。自由設(shè)站分測(cè)角后方交會(huì)，測(cè)邊后方交會(huì)，邊角后方交會(huì)3種基本形式，本文重點(diǎn)討論邊角后方交會(huì)的平面坐標(biāo)計(jì)算數(shù)學(xué)模型[1]。

3.1 觀測(cè)角和邊PA的后方交會(huì)

在待定點(diǎn)P上架設(shè)儀器，后視已知點(diǎn)A，旋轉(zhuǎn)儀器照準(zhǔn)B點(diǎn)，測(cè)量∠P的角度與PA邊的距離，這種圖形采用正弦定理解算三角形。

(1) 計(jì)算已知點(diǎn)A、B的距離和方位角(圖3)

(2) 用正弦定理算出∠B

∠A=180°-∠B-∠P

(3)計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)

αAP=αAB+∠A

XP=XA+SPA·cosαAP

YP=YA+SPA·sinαAP

圖3 角邊后方交會(huì)示意圖

3.2 觀測(cè)PB邊和一角的后方交會(huì)

如圖4所示，在待定點(diǎn)P上架設(shè)儀器,觀測(cè)∠P和測(cè)量PB邊,這種圖形的解算與觀測(cè)PA邊的前一種情況類(lèi)似，這種計(jì)算方式省略。

圖4 邊角后方交會(huì)示意圖

3.3 觀測(cè)兩邊和夾角的后方交會(huì)

見(jiàn)圖5，在待定點(diǎn)P上架設(shè)儀器,觀測(cè)水平角∠P,同時(shí)測(cè)量PA和PB邊,這種圖形可以用嚴(yán)密平差的方法計(jì)算出坐標(biāo)，也可以看作是圖3、4兩個(gè)圖形的疊加，分別計(jì)算2套坐標(biāo)后取平均值即可得到P點(diǎn)的坐標(biāo)。

圖5 兩邊和夾角的后方交會(huì)示意圖

4 在導(dǎo)流洞開(kāi)挖中的應(yīng)用

導(dǎo)流洞各層開(kāi)挖伴隨支護(hù)適時(shí)進(jìn)行，開(kāi)挖一層支護(hù)一層。這樣給測(cè)量布設(shè)控制點(diǎn)造成了很大的難度, 布設(shè)在頂板太高，布設(shè)在地上遭汽車(chē)來(lái)回碾壓，不易保護(hù)。但是施工進(jìn)度迫切需要采用新的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量控制點(diǎn)的布設(shè)及應(yīng)用。測(cè)量人員經(jīng)過(guò)多次探索試驗(yàn)，摸索出在洞壁上布設(shè)控制點(diǎn)，采用邊角后方交會(huì)的自由設(shè)站方法解決對(duì)基本導(dǎo)線的延伸和應(yīng)用。

4.1 在洞壁上測(cè)設(shè)控制點(diǎn)的方法

4.1.1 布設(shè)方法及樣式

洞壁控制點(diǎn)一般用于導(dǎo)流洞預(yù)裂面放樣，它是在中導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)主導(dǎo)線的基礎(chǔ)上布設(shè)的。在主導(dǎo)線上設(shè)站，架設(shè)整平儀器，在洞壁面上選擇較為突出的部位用紅油漆點(diǎn)一直徑約為2 mm的小圓點(diǎn)，外部用油漆畫(huà)一直徑約為8～10 cm的三角點(diǎn)或大圓圈，并寫(xiě)上導(dǎo)線點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，這樣一個(gè)洞壁點(diǎn)便布設(shè)完畢。洞壁點(diǎn)的樣式如圖6所示[2]。

4.1.2 洞壁控制點(diǎn)的測(cè)量

(1) 在主導(dǎo)線點(diǎn)上支點(diǎn)

在洞壁上布設(shè)完畢，即可測(cè)量這些點(diǎn)的坐標(biāo)，首次測(cè)量是在已知的高級(jí)地下導(dǎo)線點(diǎn)上架設(shè)全站儀，用棱鏡和全站儀測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)的方法直接測(cè)出點(diǎn)的洞壁控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。

測(cè)量時(shí)一般只有一個(gè)測(cè)回，即正鏡和倒鏡分別測(cè)出洞壁點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，然后取平均值，作為該點(diǎn)的最終坐標(biāo)和高程。

以后當(dāng)導(dǎo)流洞向前開(kāi)挖一單元時(shí)，后面的主導(dǎo)線要及時(shí)跟進(jìn)，在新的主導(dǎo)線點(diǎn)上重新布設(shè)新的洞壁點(diǎn)。

(2) 利用邊角后方交會(huì)點(diǎn)，繼續(xù)布設(shè)洞壁點(diǎn)

實(shí)際工作中，導(dǎo)流洞開(kāi)挖面需要隨時(shí)放樣，最早布設(shè)的洞壁點(diǎn)，不可能一直作為放樣時(shí)的已知點(diǎn)。這時(shí)距離最近的主導(dǎo)線點(diǎn)距離開(kāi)挖面又比較遠(yuǎn)，在這種情況下,可以用洞壁上控制點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，采用邊角后方交會(huì)的方法得出測(cè)站點(diǎn)的儀器中心坐標(biāo)，并以距離儀器較遠(yuǎn)的洞壁點(diǎn)為后視，繼續(xù)在洞壁上布設(shè)新的洞壁點(diǎn)，解決對(duì)基本導(dǎo)線的延伸[4]。

4.2 測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)的得出

在施工開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng),可以自由設(shè)站,采用邊角后方交會(huì)法，具體觀測(cè)如圖7。

圖7 自由設(shè)站后方交會(huì)圖

在P點(diǎn)架設(shè)全站儀，觀測(cè)邊長(zhǎng)PA、∠P

(1) 采用可編程序計(jì)算器計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)

觀測(cè)時(shí)邊長(zhǎng)直接讀出，角度觀測(cè)可以用半測(cè)回。采用CASIO 4850計(jì)算器,可直接計(jì)算出測(cè)站點(diǎn)P點(diǎn)的坐標(biāo)。

(2) 直接采用全站儀測(cè)量并計(jì)算

目前各種全站儀(如徠卡系列和拓普康系列全站儀)自身都帶有自由設(shè)站程序，可以進(jìn)行各種形式的自由設(shè)站[5]。

4.3 在洞壁上布設(shè)控制點(diǎn)，采用自由設(shè)站進(jìn)行放樣測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

(1) 方便快捷地解決了隧洞高速掘進(jìn)的測(cè)量

問(wèn)題。

盡管要大致選擇一下測(cè)站的位置，但仍然是任意設(shè)站，全站儀無(wú)需對(duì)中，得到的高程直接是儀器望遠(yuǎn)鏡中心高程，不需要丈量?jī)x器高，測(cè)量設(shè)站的速度應(yīng)當(dāng)是最快的、最方便的。

(2) 這里架設(shè)儀器不用對(duì)中,儀器對(duì)中誤差為0，是其它測(cè)量方法所不及的。

(3) 解決了導(dǎo)流洞開(kāi)挖測(cè)量設(shè)站的困難，對(duì)掘進(jìn)作業(yè)沒(méi)有影響，不僅為測(cè)量人員解決了設(shè)站困難，也深受現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖人員的歡迎,提高了測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的放樣速度。

(4) 對(duì)于只有2個(gè)已知點(diǎn)的自由設(shè)站，把半個(gè)測(cè)回的測(cè)量工作改為1個(gè)測(cè)回。但是在實(shí)際工作中盡量用三點(diǎn)后方交會(huì)。通過(guò)我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐證明，采用自由設(shè)站的測(cè)量方法，其精度完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣的需要[6]。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)烏東德水電站工程導(dǎo)流洞的開(kāi)挖特點(diǎn)，測(cè)量人員通過(guò)多次研究、探討，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，最終解決了布設(shè)控制點(diǎn)困難的問(wèn)題，在開(kāi)挖的巖壁上布設(shè)控制點(diǎn)，采用自由設(shè)站的方法測(cè)量放樣，有效地提高了導(dǎo)流洞的開(kāi)挖放樣精度及放樣速度，有效地將開(kāi)挖質(zhì)量控制在規(guī)范范圍內(nèi)，為以后測(cè)量人員遇到這樣的項(xiàng)目可以作為借鑒[7]。

[1] 張正祿.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

[2] DL/T 5173-2012,水電水利工程施工測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[3] GB 50026-2007,工程測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

[4] 崔洪斌.Auto CAD實(shí)踐教程[M].北京：高等教育出版社，2005.

[5] 王文勝，孫全，杜正喬.淺談水利樞紐地下洞室群工程監(jiān)理測(cè)量過(guò)程控制[J].水利學(xué)報(bào),2011,(6):81.

[6] 杜正喬，付江山.數(shù)字正射影像圖在SCS G2004軟件中的應(yīng)用[J].西北水電,2011,(6):81-84.

[7] 楊?lèi)?ài)明.溪洛渡地下主廠房開(kāi)挖控制測(cè)量的布設(shè)及應(yīng)用[C]//水利水電測(cè)繪科技論文集,長(zhǎng)江出版社,2012.

Arrangement and Application of Control Survey of Excavation of Diversion Tunnel,Wudongde Hydropower Project

DU Zheng-qiao, JIA Hong-ying

(Yangtze Three Gorges Technology and Economy Development Co., Ltd., Beijing 100038, China)

By application of the excavation setting of the diversion tunnel and the control points arranged on the rock wall of Wudongde Hydropower Project, the specific implementation methods and application of free station in the construction surveying of the diversion tunnel of Wudongde Hydropower Project are introduced. Furthermore, the surveying advantages of the free station are proposed. The surveying precision satisfies the requirements of specification as well.Key words: Wudongde Hydropower Project; underground diversion tunnel; construction survey; free station

2014-09-17

杜正喬(1968- ),男，甘肅省康樂(lè)縣人，高級(jí)工程師，從事工程測(cè)繪工作.

TV522；TV221

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.007