确保超长隧洞高精度贯通所采取的措施和方法

2015-12-17顾宏韩鹏程李熙乾

水利水电工程设计 2015年3期

顾宏韩鹏程李熙乾

顾宏韩鹏程李熙乾

隧洞导线测量和普通地面导线测量的区别在于，隧洞导线测量不能和普通地面导线测量一样对导线点一次性先进行符合测量。隧洞测量由于是地下工程，只能边掘进边布点，以支导线的形式进行测量，没有检核条件。随着隧洞的延伸，导线误差将越来越大，为了保证隧洞的正确贯通，需要采取不同于地面测量的特殊方法，由高精度的施工测量来保证，否则超长隧洞高精度贯通将无从谈起。

隧洞测量精确贯通超长隧洞

1 工程概况

东北某工程主洞全长约100 km，由于整条隧洞从进口到出口都在地下，中间无连接出口，为超长隧洞。为确保施工方便和保证控制测量与施工测量精度，在主洞沿线共布设14条施工支洞，满足设计对主、支洞结构尺寸的要求。即便如此，一部分隧洞两支洞间贯通距离仍然太长，最长两支洞间隧洞贯通距离加上支洞有约16 km之多。为增加隧洞正确贯通的可靠性，设计与测量监理对隧洞测量工作制定了详细的细则。

2 施工复测与控制测量

2.1 施工复测的程序

（1）施工单位应对所交的控制点进行复测，复测应包括下列内容：①GPS点的基线边长度；②导线点的转角、导线点间的距离；③水准点间的高差；④复测应与相邻标段进行贯通测量，确保标段施工交界处正确衔接。

（2）复测结果与设计单位的勘测成果不符时，必须再次复测进行确认。当确认设计单位勘测资料有误或精度不符合成果要求时，应积极与设计单位协商对勘测成果进行改正。

（3）控制点复测完成后，应编制详细的复测成果书并形成交桩文件，复测成果应报送监理人和设计单位，复测成果满足要求并经监理人批复后方可进行后续的测量工作。

（4）施工单位应将进洞及洞内的基本导线点布设成多环状导线网向前延伸，但每环的边数不得超过5条。要尽量布设成距离近似相等的长边导线网。在不得已发生短边时，相邻的长、短边比值不得大于3∶1。一般情况下，边长不应短于500 m，任何情况下，平均边长都不得短于450 m，且在有条件的情况下应当尽量拉长距离，以减小转折角观测误差对贯通精度的影响。

（5）隧洞长度大于1 000 m时，应根据隧洞横向贯通精度的要求进行平面控制测量设计；隧洞相邻两开挖口间的高程路线长度大于5 000 m时，应根据隧洞高程贯通精度的要求进行隧洞高程控制测量设计。

2.2 洞内平面控制测量

洞内平面控制测量以不低于三等的光电测距导线网的方式进行。

基本导线点的点位应设置为强制对中的观测墩。

平面观测采用设备的精度指标要求为：测角部分的标称精度不大于2 s，测距部分的标称精度a≤5 mm，b≤2 mm/km。

导线测量主要技术要求：测角中误差不大于1.3 s，测距中误差不大于±5.0 mm。

进洞及洞内基本平面控制点应当定期进行复测。复测周期应根据工程进展情况按照监理人的要求进行。

2.3 洞内高程控制测量

洞内高程控制测量必须采用三等（或以上）几何水准方式进行，不得采用光电测距三角高程的方式代替。高程控制测量采用水准仪的标称精度要求如下：（1）高差观测偶然中误差不大于±3 mm/km。

（2）施测过程中，应当按照相关规范要求定期对投入使用的水准仪进行i角检验，并将检验观测记录及检验结果报送监理人。

（3）进洞及洞内水准测量应当采用左右路线分别观测并经常联测的方式进行，以加强校核。经监理人同意，也可采用其他能够有效防止粗差出现的方式进行。

（4）承包人应每隔500 m左右设置一基本水准点。基本水准点也可与基本导线点同点设置，但应满足水准标志的设置要求。

（5）洞内高程控制点应当定期进行复测。复测周期应根据工程进展情况按照监理人的要求进行。

2.4 依据规范

承包人应当依据GB 50026—2007《工程测量规范》SL 52—1993《水利水电工程施工测量规范》、DL/5173—2003《水电水利工程施工测量规范》及SL 378—2007《水工建筑物地下开挖工程施工规范》中关于三等光电测距导线观测、三角观测及水准观测的要求，结合本工程对平面控制测量、高程控制测量和隧洞贯通的精度要求。对平面控制测量、高程控制测量的观测实施与数据处理及施工误差控制制定具体的实施计划书，报送监理人审核。

3 贯通误差估算

超长隧洞在掘进前要进行贯通误差估算，根据隧洞长度和贯通测量容许极限误差值选择相应的仪器标称精度、水准测量等级和平均边长。按规范严格施测，才能够在规定限差要求下正确贯通。如东北某工程某标段主洞为TBM掘进施工，贯通点在施工终点桩号处。7#、9#、10#、11#支洞及其主洞双向掘进施工，导线长度均大于5 km，9#支洞长度加上主洞到7#洞服务区长度，约为11 km，7#支洞加上主洞到6#洞服务区长度，约为8.5 km，洞外控制点布置相差不大。按水工隧洞开挖极限贯通误差要求，对9#支洞与主洞方向贯通误差做出估算。其余支洞、主洞贯通中误差均小于此分析中误差。贯通中误差要求见表1，水准测量的精度见表2。

表1 贯通测量容许极限误差值

表2 水准测量的精度

3.1 估算依据

3.1.1 所用规范

所用规范有DL/T 5173—2003《水电水利工程施工测量规范》；GB/T 12898—2009《国家三、四等水准测量规范》。

3.1.2 拟使用仪器的精度

3.1.3 误差选择

贯通中误差的控制指标，见表1。

7#支洞及其主洞适用5～10 km的贯通误差的要求。

9#支洞及其主洞适用10～13 km的贯通误差的要求。

3.2 估算网形的选择

由于隧洞具有长且宽度窄的特点，本估算拟采用支导线形式向前传递。水平角观测时采用强制对中；采用工程测量中高精度测角方法，即对单边进行盘左、盘右测回法观测墩测量，一条边测完，再对另一条边进行同样的测回方法观测，即不因为两条导线边不相等而反复调焦，以减小调焦对测角的影响。

3.3 估算公式

由于影响隧洞的贯通，主要是横向贯通误差及竖向贯通误差，所以本次估算只对横向及竖向贯通误差进行估算。由于洞内基本导线，在主洞未贯通时，都是闭合导线，无法形成符合导线。为了强化点位误差对隧洞贯通的影响，简化计算，把支导线端点的点位误差看作横向贯通中误差。

3.3.1 横向贯通误差估算公式

式中mb——横向贯通中误差，mm；

ms——测距中误差，mm；

n——导线边数；

mβ——测角中误差，（″）；

ρ——206 265″；

L——基本导线总长，mm。

3.3.2 竖向贯通误差估算公式

式中mh——竖向贯通中误差，mm；

MΔ——每千米高程测量高差中数的偶然中误差，mm；

L——水准路线长度，km。

3.4 估算过程

3.4.1 横向贯通误差估算

根据公式：

通过上述估算，标称精度2″2 mm+2 ppm全站仪无法满足洞内控制要求，必须采用标称精度1″1 mm+1.5 ppm型全站仪进行控制作业，总长度8.5 km长平均边长不小于224 m能够满足横向贯通误差为150 mm的要求，总长度11 km长平均边长不小于225 m能够满足横向贯通误差为220 mm的要求，但在实际工作中洞内通视条件比较好的情况下，采用400 m的边长进行估算。

根据公式(边长400 m，9#洞共28条边，7#洞22条边)：