水工电站隧洞开挖测量方法及精度剖析

李冠军

摘要：本文探析为了保证隧洞的贯通精度而进行的洞内控制测量的设计、精度估算及提高贯通精度的测量方法。

关键词：控制测量、设计、精度估算、施工

TD173

1、前言隧洞工程的开挖施工质量决定后期支护工程的进行，超挖过多要引起支护工程量的增加，增加资金投入，造成不必要浪费，欠挖过多要二次开挖，也要增加资金投入。因此，开挖施工中的施工测量显得尤为重要。贯通精度是衡量隧洞开挖施工测量质量的重要指标。

2、隧洞贯通误差及控制网设计

隧洞测量的贯通误差是指相向开挖的隧洞不能理想地衔接，而产生错开现象。贯通误差分为三个方向上的误差：横向贯通误差（垂直于中线方向的投影长度）、纵向贯通误差（线路中线方向的投影长度）、高程贯通误差（高程方向的投影长度）。纵向贯通误差影响隧洞的长度，这是容易做到的，高程误差影响隧洞的支度，现代全站仪技术的高程精度能够满足，而且要求较高时还可以使用水准测量，这也是容易做到的，而横向误差超过一定的范围会引起隧洞中线几何形状的改变。影响隧洞后期支护和过水断面，因此控制横向贯通误差是隧洞控制测量的重点。

隧洞的贯通误差是由洞外、洞内控制测量引起的，因些要控制贯通误差就要根据隧洞长度确定洞内、洞外控制测量的中误差（注意：限差=2倍中误差），由于洞外观测条件比洞内好，观测方法比洞内多，因些洞外控制测的设计中误差要比洞内小，具体见下表。

根据表2洞内、洞外控制测量应达到的精度（中误差）要求布设平面控制网，结合隧洞长度，控制网测量等级如表3、表4。

由于GPS技术的日趋成熟和全站仪的广泛运用，因些一般优先选用GPS网，导线网次之，而三角网因为观测数据多（多测回方向对向观测、加测部分边长），条件要求高（通视、三角形角度），计算复杂，因些现代隧洞测量已很少使用。每个洞口附近应布设至少3个洞外控制点作为起始点。

洞内控制测量由于条件限制采用等边直伸导线方式，导线直线段应大于200m，曲线段应大于0.7m，导线点一般采用施工放样时的施工导线点（根据距离隔点选取），随着隧洞开挖的增长，可以增长导线边来提高精度。

高程控制：导线点的高程可以采用四等三角高程的方式测量，对长隧洞要达到高程贯通精度，应每隔200-500m设立一水准点（水准点与导线点重合），采用水准测量的方式推导高程。

3、开挖施工测量

隧洞施工过程中，测量人员的任务是每开挖一轮就要进行施工放样,确定开挖断面和开挖的方向，并测量工程进度及完成的开挖量。

开挖方向放样：开挖方向放样可以采用中线法、串线法和极坐标法。最常用的方式是采用激光经纬仪（或全站仪）极坐标放样的方法。具体方法为：在已开挖的撑子面上放样一断面中垂线点，根据该点在开挖面上画出断面，指导开挖。由于仪器架设的导线点在埋设时一般不一定能刚好埋设在隧洞轴线上，因此可事先内业计算该导线点偏离设计轴线的距离和放样前进轴线方向与后视方向的夹角（放样拔角），放样时放样出的点位用钢卷尺量偏距（导线点偏离设计轴线的距离）改正到设计轴线点上，并在离开挖面5m左右用同样方法再放样一轴线点，与开挖面上轴线点连成一线确定开挖前进方向。

对用大型机械施工的长距离隧洞，最好的方式可采用激光指向仪指导开挖，每掘进20m用全站仪对开挖面和激光指向进行检核。

开挖高程测量:极坐标放样时，仪器在放样轴线方向上配置坡度反算的垂直角，根据测站点视线到设计的高度在开挖面用钢尺从开挖面下量此距离得到设计底开挖底板高程。

4、小结

随着现代测量技术的不断进步和精度的不断提高，RTK测量技术的兴起，全站仪的智能化和可操作性的提升以及断面仪的使用，测量人员将从繁重的低精度、低效率作业时代解脱出来，隧洞测量也会成为一项很容易的工作。

参考文獻：

[1]张正禄. 工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2002.

[2]李天文. GPS原理及应用 [M]. 北京：科学出版社，2003。

[3]钱东辉. 水电工程测量学[M]. 北京: 中国电力出版社，1998.

[4]孔祥元等. 大地测量学基础[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2001

[5]武汉大学测绘学院测量平差学科组. 误差理论与测量平差基础[M]. 武汉: 武汉大学出版社,2003.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。