抽水蓄能电站地下洞室施工测量控制技术

2020-11-09闫自连戴永成

广东水利水电 2020年10期

闫自连，戴永成

(中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明 650041)

1 概述

抽水蓄能水电站一般具有施工区域范围广、引水洞距离长、上下库高程落差大、地下洞室群出口多等特点，针对这些特点，布设合理的控制网尤为必要。控制网中的平面网一般采用边角控制网布设，主要原因是考虑到抽水蓄能电站有很长的输水系统，点位要求既方便施工测量放样，又能直接从加密控制点测出各地下洞室群的洞口点，提高放样精度。在布设加密点时，应充分考虑既能永久保存又不被施工破坏的要求。进洞点及洞内控制点的起算点首选首级控制点，其次才是加密点。洞内控制点的布设宜为直伸双导线，沿着隧洞的两侧布设，一般按150 m左右布设1点，各控制点相邻边长不宜相差过大[1]，尽量避免以过短的起始边施测长距离边长的控制点。

2 施工测量放样

抽水蓄能电站洞挖施工主要包括平洞及竖井两类。抽水蓄能电站平洞常见断面形式有城门形、圆形、马蹄形等，按设计图正常放样即可。抽水蓄能电站竖井断面形式一般为圆形、矩形两种，竖井开挖方法一般采用反井钻机+钻爆法，先用反井钻机向下钻一先导孔，然后反井钻机向上反扩，形成一个导井，再用钻爆法扩挖至设计开挖线。

2.1 反井钻机导井施工测量放样

反井钻机导井施工分为先导孔施工、扩孔施工两个步骤[2]。反井钻机施工工艺流程见图1。

图1 反井钻机施工工艺流程示意

反井钻机导孔施工应先测量放样竖井中心点和反井钻机施工平台基础，基础浇筑完成后，安装反井钻机及地脚螺栓，调平，然后浇筑二期混凝土，固定后再次检查调平钻机。

钻杆的垂直度调整以反井钻机机架立柱为基础，立柱为长方体，钻机安装在立柱内侧的行走滑道上，滑道与立柱是平行的。先用测量仪器观测立柱，调整至基本垂直，在方便用仪器观测的方向布设基准点，校正反井钻机的垂直度，基准点布设最佳为对称布设，且与机架平行，即同一立柱的上、下各布设一基准点，基准点用钢板尺及角尺参照反井钻机立柱构造来量取，量取后检验基准点相对尺寸，检验正确后才能调整反井钻机的垂直度。用全站仪测量基准点坐标进行比较，要求基准点相对偏差值控制在2 mm以内，在调整过程中需行走钻机，以释放应力，循序渐进，逐步调整垂直。垂直度的调整精度根据竖井高度及开挖断面尺寸进行估算，并且反井钻机向上反扩后不得超出开挖断面外。反井钻机布置及校正见图2所示。

图2 反井钻机布置及校正示意(单位：m)

反井钻机开孔形成后需停机检测，每0.5 m停机检测1次，之后在加钻杆时应检测，达到30 m钻深以后就无需对钻机进行检测，因为其钻杆的长度过长，在岩石等作用下容易发生弯曲变形，测量无法控制。

先导孔钻通后，测量先导孔出孔口坐标，计算偏斜率。

2.2 钻爆法开挖测量放样

导井完成后，采用钻爆法进行扩挖，扩挖过程中需要提供测量控制基准。竖井高程测量采取在井口测设基准点，用悬挂钢卷尺法向井下传递，每25 m布设一基准点，悬挂用的钢卷尺需检定，悬挂锤球的重量按检定证书中进行选取。竖井施工的高程测量放样只在起止处要求高，井身段要求不高，能满足开挖断面测量即可，重点是平面测量放样。扩挖至设计开挖线需要准确放样平面开挖轮廓线，竖井的设计开挖断面较大时，可采用全站仪直接放样[3]，若竖井的设计开挖断面较小，可采用悬吊锤球法及激光指向仪法[4]。由于爆破的影响，前30 m左右用全站仪及悬吊锤球法进行放样，有一定的安全距离后再安装激光指向仪进行放样。圆形断面与矩形断面的悬吊锤球点及激光指向仪安装布设方法略有不同，下面分别介绍。

2.2.1圆形断面锤球及激光指向仪安装

对于圆形断面的竖井，悬吊锤球点及激光指向仪可布设在圆的中心上或圆的十字象限上。根据项目圆形竖井的设计情况，悬吊锤球点布设在井口圆的十字象限上且等距，每条垂线距设计开挖线0.5 m，以避开锚杆的影响。激光指向仪布设[5]在圆的中心上，激光可从竖井井口穿过导井射到井底，井口激光指向仪定位安装完成后，开启激光指向仪，在井底用全站仪校正激光指向，校正过程需井口及井底配合完成。在施工过程中，若遇到导井不通的情况，可用悬吊锤球法来校核激光指向，采用拉线并量距的方法来校核，若激光指向有偏差，调整激光指向仪，校正过程中需井口及开挖面上下配合完成，4条垂线相交出的中心与激光间的相对偏差控制在10 mm以内[4]。

前30 m悬吊锤球点的现场安装如图3所示，30 m之后悬吊锤球点及激光指向仪的现场安装如图4所示。

图3 圆形断面前30 m悬吊锤球点现场安装示意

图4 圆形断面30 m后悬吊锤球点及激光指向仪现场安装示意

2.2.2矩形断面锤球及激光指向仪安装

对于矩形断面的竖井，悬吊锤球点布设在井口与设计开挖线平行且等距的角点上，每条垂线距设计开挖线0.5 m，以避开锚杆的影响。

激光指向仪布设在悬吊锤球点同边两点连线的延长线上，且与对边对称布置。矩形断面激光投射到开挖面上，在施工过程中，可用悬吊锤球法来校核激光指向，采用拉线并量距的方法来校核，若激光指向有偏差，调整激光指向仪，校正过程中需井口及开挖面上下配合完成，垂线与激光间的相对偏差控制在10 mm以内。

前30 m悬吊锤球点的现场安装如图5所示，30 m之后悬吊锤球点及激光指向仪的现场安装如图6所示。

图5 矩形断面前30 m悬吊锤球点现场安装示意

图6 矩形断面30 m后悬吊锤球点现场安装示意

为保证工程质量的要求，竖井测量放样尽量使用全站仪，在有条件的情况下沿井壁布设自由点，每25 m布设1组，没条件的才使用激光指向；激光指向仪25 m校正1次，尽量使用全站仪校核，没条件使用悬吊锤球法校正，必须待锤球稳定后才能校正。

钢丝绳及锤球的选取见表1。

表1 钢丝绳及锤球配置

3 贯通测量

3.1 洞内贯通误差估算

隧道工程的施工控制测量在各种施工规范中要求较多，精度要求也比较高。施工单位，对洞内控制测量的精度直接影响到隧道贯通的精度，为保证隧道在贯通时的精度满足设计和规范要求，在隧道施工前，需要对洞内控制测量进行设计，估算隧道贯通误差的精度。贯通误差主要是由控制测量引起的，施工放样误差影响较小，可以忽略不计。相对于贯通误差而言，纵向贯通误差只影响隧道的长度，只要不大于隧道的定测中线的误差就满足隧道的施工要求，而横向贯通误差如果超限则会引起隧道几何形状的改变，导致洞内建筑物侵入隧道设计规定界限，竖向贯通误差采用水准测量的方法也能达到隧道施工要求，影响相对于横向贯通误差更小。

抽水蓄能电站的地下洞室群相对比较多且复杂，因此贯通面较多，尤其水道和厂房系统建筑物、构筑物较多，贯通误差对其影响最大[6]，故需要进行贯通误差估算，根据估算结果，在施工过程中加强洞内控制测量的精度，保证最终的隧道贯通精度满足设计衬砌要求，减少施工浪费和返工。

3.1.1横向贯通中误差计算

按下式计算贯通面上的横向中误差：

(1)

(2)

(3)