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        新疆波波娜水電站引水隧洞貫通測量方案

        2015-05-30 16:36:24張世軍潘立志
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年15期
        關(guān)鍵詞:誤差分析

        張世軍 潘立志

        摘 要:文章通過對波波娜水電站發(fā)電引水隧洞的貫通測量,詳細(xì)介紹了貫通測量的誤差預(yù)計以及在貫通測量中的施測方案和方法,確保隧洞的順利貫通。

        關(guān)鍵詞:貫通測量方案;誤差分析;誤差預(yù)計

        1 工程概述

        波波娜水電站工程由攔河壩、發(fā)電引水洞、發(fā)電廠房和尾水渠等建筑物組成。發(fā)電引水洞為開挖直徑6.2m的圓形隧洞,整個引水系統(tǒng)總長12.393km,其中引水隧洞段長11.629km,縱坡1/380,共分1個主洞進水口、4個支洞口、1個出水口。各個洞口之間受地形限制,通視條件差,交通條件也較為不便。鑒于實際情況的考慮,洞外采用二等GPS平面控制網(wǎng)和二等(部分為三等)水準(zhǔn)高程控制網(wǎng),洞內(nèi)采用支導(dǎo)線或雙支導(dǎo)線控制測量的方法實施施工測量。

        2 貫通測量方案

        2.1 概述

        為了隧洞貫通后接合處的偏差不超過規(guī)范允許的限差要求,滿足隧洞貫通的精度,所以貫通測量的方案選擇和誤差預(yù)計都是必要的。貫通測量方案和方法選用的是否合理,一方面要看它們在實地施測時是否切實可行,另一方面還要看貫通測量的精度是否能滿足隧洞貫通的設(shè)計允許偏差要求,做到隧洞貫通心中有數(shù)。根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》(DL/T5173-2003)要求,貫通測量限差如表1所示。

        2.2 洞外控制測量

        平面控制網(wǎng)為設(shè)計院提供的二等GPS施工控制網(wǎng),中央經(jīng)線為79度30分,邊長投影面為1830面和1590面,每個洞口附近都至少有兩個相互通視的網(wǎng)點。高程控制網(wǎng)為設(shè)計院提供的二等水準(zhǔn)網(wǎng),每個洞口附近都設(shè)有一個水準(zhǔn)基點。在交接樁后對設(shè)計院提供的首級控制網(wǎng)進行復(fù)測,確定其精度達到規(guī)范要求后,方能進行施工測量。

        2.3 洞內(nèi)控制測量

        2.3.1 控制點的布設(shè)。洞內(nèi)控制測量包括平面和高程兩部分,受洞內(nèi)地形條件限制,場地狹窄,控制點只能以導(dǎo)線形式布設(shè),導(dǎo)線分為基本導(dǎo)線和施工導(dǎo)線,基本導(dǎo)線和施工導(dǎo)線宜沿洞壁兩側(cè)交叉布設(shè)(以減少旁折光影響),主要拐角點和進洞控制點可埋設(shè)混凝土觀測墩。洞內(nèi)控制測量按三等導(dǎo)線的技術(shù)要求進行施測,最短平均邊長360m,測角中誤差±1.8〃,測邊中誤差±5mm,邊長相對中誤差1/150000。高程控制網(wǎng)以設(shè)計院提供的二等水準(zhǔn)點為基礎(chǔ),按三等水準(zhǔn)要求引測到各施工支洞口附近,高程標(biāo)石可與基本導(dǎo)線標(biāo)石合一,對于支導(dǎo)線線路應(yīng)進行兩組獨立觀測。

        2.3.2 外業(yè)測量。洞內(nèi)導(dǎo)線測量用徠卡TCR402全站儀(測角精度2″,測距精度2mm+2ppm)進行施測,儀器的精度完全滿足三等導(dǎo)線測量的要求。角度觀測采用方向觀測法,水平角觀測9測回,天頂距4測回,測距4測回,邊角均進行往返觀測。

        高程控制測量用DS3200自動安平水準(zhǔn)儀進行施測(儀器的標(biāo)稱精度為±1mm/km),在每一測段的往測與返測時,測站數(shù)應(yīng)為偶數(shù),否則應(yīng)加入標(biāo)尺零點差改正,由往測轉(zhuǎn)向返測時,兩標(biāo)尺必須互換位置并應(yīng)重新安置儀器。

        洞內(nèi)控制測量應(yīng)在施工不影響時進行,并加強通風(fēng),保證照明充分,提高清晰度。以良好的施測環(huán)境,確保測量的精度。洞內(nèi)導(dǎo)線向前延伸,施測時必須聯(lián)測兩個以上同等級控制點,在確定前面點位正確無誤后方可向前延伸。

        2.3.3 內(nèi)業(yè)計算。測角時,每站的左右角都觀測,并進行測站平差;測距時,將大氣溫度和氣壓輸入儀器進行氣象改正,根據(jù)儀器鑒定常數(shù)進行加、乘常數(shù)改正,然后進行歸算到高程投影面改正;要對整個導(dǎo)線網(wǎng)進行嚴(yán)密平差計算,以減少測量誤差的積累。

        3 貫通誤差分析

        在隧洞施工中,由于洞外控制測量、聯(lián)系測量、洞內(nèi)控制測量以及細(xì)部放樣測量的誤差積累,使兩個相向開挖的施工中線不能理想地銜接,產(chǎn)生的錯開現(xiàn)象,叫做貫通誤差。貫通誤差包括縱向貫通誤差、豎向(高程)貫通誤差、橫向貫通誤差。一般來說縱向貫通誤差只影響隧洞的長度,對工程質(zhì)量關(guān)系不大,因此要求并不高。豎向(高程)貫通誤差會影響貫通面的光順或影響隧洞的坡度,要求較高。但實際經(jīng)驗表明,應(yīng)用水準(zhǔn)測量的方法容易達到所要求的精度。橫向貫通誤差會影響隧洞有效斷面的大小,如果誤差太大致使隧洞貫通面左右錯開,就必須采取其他補救措施,這些都會造成很大經(jīng)濟損失并拖延工期,可見影響貫通誤差的主要因素為橫向貫通誤差。

        洞內(nèi)基本導(dǎo)線受施工面狹窄影響,通常只能布設(shè)成支導(dǎo)線,而且不可能一次測完,只有開挖掘進一段距離后才可布設(shè)一個新點,為了施工放樣的需要,一般每開挖掘進20-50m就要增設(shè)一個施工導(dǎo)線點,但導(dǎo)線邊太短會增加橫向誤差。直伸等邊(為了使公式簡單便于說明)的支導(dǎo)線中端點的橫向誤差是由角度誤差引起的:

        每條導(dǎo)線邊的長度對導(dǎo)線全長[s]無影響,但它會影響n值。導(dǎo)線邊越短,n值越大。如果測角精度不變,支導(dǎo)線總長不變,但采用較長的導(dǎo)線邊,就可以減少n數(shù),從而減少端點的橫向誤差。因此在洞內(nèi)布設(shè)基本導(dǎo)線時,如洞內(nèi)空氣質(zhì)量好視線清楚導(dǎo)線邊盡可能做的長一些。

        4 貫通誤差預(yù)計值估算

        隧洞貫通誤差由洞外和洞內(nèi)控制測量兩部分組成。由于洞外采用GPS網(wǎng)控制測量,因此,文章只對洞內(nèi)貫通誤差預(yù)計值做出估算。

        波波娜引水洞共分三個貫通面進行橫向、縱向、豎向貫通控制,下面以3#支洞和4#支洞(引5+971.880至引7+806.719)之間,貫通導(dǎo)線全長2159m,貫通面在引6+900處為例,對洞內(nèi)貫通誤差預(yù)計值做出估算。根據(jù)隧洞設(shè)計開挖圖,按一定比例尺在CAD軟件上繪出隧洞開挖平面圖及貫通面位置,充分考慮開挖施工時洞內(nèi)的測量環(huán)境以及測量精度的提高,合理選出導(dǎo)線點位置,并展于圖上。如圖1所示。

        4.1 橫向貫通誤差預(yù)計

        橫向貫通中誤差是由導(dǎo)線測角誤差和導(dǎo)線邊長誤差所引起,根據(jù)誤差傳播定律,導(dǎo)線測角及測邊是相互獨立的兩個量,得出橫向貫通中誤差常用的估算公式為:

        上式中:myβ-由于測角中誤差所產(chǎn)生的在貫通面上的橫向中誤差,m;mβ-測角中誤差,〃;ρ-206265〃;Rx-導(dǎo)線點到貫通面的垂直距離,m;myL-由于測邊中誤差所產(chǎn)生的在貫通面上的橫向中誤差,m;mL/L-導(dǎo)線邊相對中誤差;dy-導(dǎo)線邊在貫通面上的投影長度,m;My-洞內(nèi)導(dǎo)線測量在貫通面上所產(chǎn)生的總的橫向中誤差,mm;n-導(dǎo)線組數(shù)。

        在圖1上量取各導(dǎo)線點到貫通面的距離Rx和各導(dǎo)線邊在貫通面上的投影長度dy列入表2。

        根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》(DL/T5173-2003)要求,mL/L=1/150000、mβ=±1.8〃、n=2,由表2計算得出貫通面在引6+900處的橫向貫通中誤差估算值為:My=±12.6mm。

        4.2 縱向貫通誤差預(yù)計

        根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》(DL/T5173-2003)要求,mL/L=1/150000,計算得出貫通面在引6+900處的縱向貫通中誤差估算值為:Mx=± =±14.6mm。

        4.3 豎向貫通誤差預(yù)計

        根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范》(DL/T5173-2003)要求,以三等水準(zhǔn)測量的精度指標(biāo)計算,取M△=3.0mm、L=2.159km,計算得出貫通面在引6+900處的豎向貫通中誤差估算值為:M△h=±M△ =±4.4mm。

        5 貫通誤差的測定及調(diào)整

        5.1 貫通誤差的測定

        在貫通面附近埋設(shè)一臨時點,由進測的兩個方向分別測該點的三維坐標(biāo),所得的閉合差分別投影至貫通面及垂直方向上,得出實際的橫向和縱向貫通誤差,所測的高程差值即為實際的豎向貫通誤差。

        5.2 貫通誤差的調(diào)整

        因波波娜引水洞貫通面均在直線段上,應(yīng)采用折線法調(diào)整中線。在后期引水洞襯砌階段應(yīng)嚴(yán)格按照調(diào)整后的中線指導(dǎo)施工。

        6 結(jié)束語

        波波娜引水洞已于2010年全線貫通,經(jīng)測定貫通面在引6+900處的實際橫向貫通誤差為:17mm、縱向貫通誤差為:39.5mm、豎向貫通誤差為:6mm。通過對貫通成果進行評定,均達到《水電水利工程施工測量規(guī)范》(DL/T5173-2003)及測量設(shè)計要求。該工程的順利貫通,為我們積累了許多值得借鑒的經(jīng)驗,今后在同類工程中,在滿足必要的工程限差要求下,根據(jù)實際需要,考慮成本與效率,選擇適當(dāng)?shù)臏y量方案和方法,不要盲目提高測量精度,造成精度浪費,增加測量工作量。

        參考文獻

        [1]DL/T5173-2003.水電水利施工測量規(guī)范[S].

        [2]陳瑾.長隧道貫通測量方案[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2008,2:153-154.

        [3]武漢測繪科技大學(xué)《測量學(xué)》編寫組.測量學(xué)(3版)[M].北京:測繪出版社,1991.

        [4]武漢測繪科技大學(xué)測量平差教研室.測量平差基礎(chǔ)(3版)[M]北京:測繪出版社,1996,5.

        [5]陳龍飛.工程測量[M].上海:同濟大學(xué)出版社,1995,3.

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