帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞施工测量技术与应用

冯贵元

(中国水利水电第十一工程局有限公司 ，河南 郑州 450000)

1 洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞工程概况

洪都拉斯Patuca 3 水电站位于奥兰乔首府Jutigalpa以南50 km、Guayamre河和Guayape河交汇处下游，距之约5 km，距首都特古西加尔巴约200 km。

工程枢纽建筑物由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪系统、岸边引水发电系统组成。引水系统布置于右岸，采用一洞一机单元供水方式(机组台数共2台)，由坝式进水口、引水隧洞和压力钢管三部分组成。进水口位于大坝10号挡水坝段，底板高程265.0 m，1#引水线路总长为228.019 m，2#引水线路总长为245.358 m，直径7 m，压力钢管平均长17 m，内径6.2 m。引水洞断面由方变圆段、上弯段、斜坡段、下弯段、渐变段和厂房城门洞段组成，引水隧洞的衬砌部位主要是方变圆到下弯段，斜坡段的结构坡比为20.814%，引水隧洞从2016年02月初开工，于2018年04月初开挖、支护、衬砌和压力管道回填全部结束，经过最终上、下贯通测量，其点位精度均在水利水电施工测量规范内，从而为帕图卡Ⅲ水电站如期蓄水发电奠定了坚实的测量基础。

2 测量放样方法及其点位的确定

引水隧洞开挖根据引水及发电系统施工方案设计从明挖段(方变圆)和厂房隧洞出口，两端同时一起施工贯通。先由1#引水洞贯通后再进行2#引水洞施工，减少对山体的扰动。按照施工要求在洞进口和洞出口旁边布设施工控制点，与洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站控制网形成闭合导线，洞内施工控制点均由洞外经过埋设的导线点逐级传至布设好的施工控制点上，使其施工控制点位误差满足相应水工建筑物测量规范要求。

引水洞部位由进口方变圆、上弯段、斜坡段和下弯段为钢筋混凝土衬砌段，不允许存在欠挖，直接影响钢筋的安装，在开挖阶段需严格控制超欠挖。由下弯段到引水隧洞出口(厂房)为压力管道回填段，只需要控制在允许超欠挖10 cm范围之内。

2.1 测量放样方法和数据处理方法：

根据施工放样所提供的一台LeicaTS11+R400红外线可见光无棱镜反射全站仪，配合专业测量工具棱镜放样施工，其全站仪测角精度为1″，测距精度为±(1 mm+1.5 ppm×D)。采用直接由离施工面较近控制点转测站到施工面附近，用全站仪坐标法测定其测点的坐标值，将全站仪显示屏的坐标值，输入到核算无误的测量计算程序CASIOfx-5800P型函数编程计算器内，进行现场测量数据计算后得出测点与设计点的改正值来确定测点的设计位置。

2.2 测点精度估算：

采用全站仪坐标法测定其测点的坐标，按《水利水电工程施工测量规范》(DL/T 5173-2003)的附录H平面位置方法精度估算公式的H.1全站仪坐标法进行测点精度评定，其精度评定结果为测点的点位精度均满足规范要求。

由于引水隧洞从方变圆到下弯段设计为直线段，根据引水洞的中心线建立施工坐标系为水平投影，北坐标X是洞的桩号，东坐标Y是洞的左右居中位置，高程H就是标高。简易现场施工坐标的难度，提高了现场施工放样的速度和精度。

3 测量放样数据处理

由现场测量人员利用全站仪进行数据采集保存，取出全站仪内存卡通过电脑徕卡办公软件导出数据，进行AUTOCAD断面绘图计算。设计标准断面是以引水隧洞中心线所建立的坐标系，断面图中的X轴和Y轴分别为高差值和水平偏离值，为了实测断面与设计标准断面进行核算对比。

3.1 方变圆段测点坐标改正编程计算思路

(1) 根据设计提供的参数方程式，计算出L桩号位置a、b、r的值：

a=5.8×(10-L)÷10

b=7×(10-L)÷10

r=7×L÷20

(1)

(2) 以隧道的中心线定位参考线，左边为负右边为正，中心EL268.5区分上下，计算出圆角圆形坐标，因为圆角对称，根据坐标值来确定圆角位置和渐变边线。如下：

OHG=268.5+b/2=C;SBG=OHG+r=F；OXB=+a/2=D；ZYB=OXB+r=E

(2)

(3) 确定圆角的位置以后，就可以计算出圆角范围内的任意点R。如下：

R=√((H-C)2+(Abs(Y)-D)2)-r=W

(3)

(4) 根据以上表达式，洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞方变圆段(文件名: YSDFBY )计算程序编程如下：

L1 Lbl 8

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “P” ?P

L3 “A=”: 5.8×(10-X)÷10÷2→A◢

L4 “B=”: 7.0×(10-X)÷10÷2→B◢

L5 “R=”: 7.0×X÷20→R◢

L6 Lbl 1: “H”？H

L7 If H≧268.5: Then Goto 2: Else If H<268.5: Then Goto3：If End

L8 Lbl 2

L9 “OHG=”:268.5+B→C◢

L10 “SBG=”:C+R+P→F◢

L11 “OXB=”:A÷1→D◢

L12 “ZYB=”:D+R+P→E◢

L13 “RS=”:√((H-C)2+(Abs(Y)-D)2)-R-P→W◢

L14 Goto 8

L15 Lbl 3

L16 “OHG=”:268.5-B→C◢

L17 “XBG=”:C-R-P→F◢

L18 “OXB=”:A÷1→D◢

L19 “ZYB=”:D+R+P→E◢

L20 “RS=”:√((H-C)2+(Abs(Y)-D)2)-R-P→W◢

L21 Goto 8

注：程序中P为设计结构边线的偏移值，用于钢筋边线放样。

上述计算程序已在洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞方变圆段内测量放样成功使用，在此列出以供参考。

3.2 上弯段测点坐标改正编程计算思路

(1) 确定测点(X，Y，H)在上弯段内的轴线桩号，步骤如下：

①根据设计图纸上弯段圆心在起点处的设计轴中心线的设计桩号是0+10，设计高程是233.5，计算出放样点圆弧的夹角：

A=tan1-1((X-10)÷(-233.5))

(4)

②根据圆弧长计算公式，计算出上弯段内的轴线桩号L,其表达式如下：

L=10+A÷180×π×R

(5)

(2) 确定测点与上弯段圆心半径的偏差值，步骤如下：

①计算出测点到上弯段圆心的距离，其表达式如下：

S=Pol(X-10，H-233.5)

(6)

②根据设计图纸上弯段圆弧的半径为35 m，其测点与圆心半径的偏差值表达式为：

⊿H=S-35

(7)

(3) 根据以上表达式，洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞上弯段(文件名: YSDSWD )计算程序编程如下：

L1 Lbl 0

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “H” ?H: “SQXBJ”?R： “DZBJ”?V

L3 “A=”: tan1-1((X - 10)÷(H - 233.5)→A：“ZH=”：10+ A÷180×л×R→Q◢

L4 “S=”: Pol( X - 10，H - 233.5)→S◢

L5 “GC=”: S-R→K◢

L6 “SW=”: (R+V)-S→M◢

L7 “XW=”: (R-V)-S→N◢

L8 “CQW=”: √(K2+Y2)-V→W◢

L9 Goto 0

注：程序中“SQXBJ”为上弯段半径，“DZBK”为隧洞半径，钢筋边线放样，只需输入“DZBK”参数半径。

上述计算程序已在洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞上弯段内测量放样成功使用，在此列出以供参考。

3.3 斜坡段测点坐标改正编程计算思路：

(1) 确定测点(X，Y，H)在斜坡段内的轴线断面桩号，步骤如下：

①根据设计图纸斜坡段的起点桩号是0+17.132，设计高程是267.766，设计坡比为20.814%的降坡，计算出放样点的圆心高程：

OX=267.766-(X-17.132)×0.208 14

(8)

②根据设计图纸斜坡段断面桩号与垂直投影的夹角为θ=11.7576°，轴线断面实际桩号的表达式如下：

DZZH=X-sin(11.7576°)×(H-OX)

(9)

(2) 确定测点位置到斜坡断面圆心的高差，计算出放样点的结构边线，根据设计图纸斜坡段断面桩号与垂直投影的夹角为θ=11.7576°，测点轴线断面到圆心的实际高差表达式如下：

GC=(H-OX)×cos(11.7576°)

(10)

(3) 根据以上表达式，洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞斜坡段(文件名: YSDXPD )计算程序如下：

L1 Lbl 0

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “H” ?H: “R”?R

L3 “OX=”： 267.766-(X-17.132)×0.20814→G ◢

L4 “DZZH = ”： X- sin(11.7576°)×(H-G )→D ◢

L5 “GC=”：(H-G )×cos(11.7576°)→M◢

L6 “CQW=”: √(M2+Y2)-R→E◢

L7 Goto 0

注: 斜坡段放样主要考虑它的实际断面桩号与圆心的高差。

上述计算程序已在洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞斜坡段内测量放样成功使用，在此列出以供参考。

3.4 下弯段测点坐标改正编程计算思路：

(1) 确定测点(X，Y，H)在下弯段内的轴线桩号，步骤如下：

①根据设计图纸下弯段圆心在终点处的设计轴中心线的设计桩号是0+150.223，设计高程是265.6，计算出放样点圆弧的夹角：

A=tan1-1((150.223-X)÷(265.6-H)

(11)

②根据圆弧长计算公式，计算出下弯段内的轴线桩号L,其表达式如下：

L=150.223-A÷180×л×R

(12)

(2) 确定测点与下弯段圆心半径的偏差值，步骤如下：

①计算出测点到下弯段圆心的距离，其表达式如下：

S=Pol(150.223-X，265.6-H)

(13)

②根据设计图纸下弯段圆弧的半径为25m，其测点与圆心半径的偏差值表达式为：

⊿H=25-S

(14)

(3) 根据以上表达式，洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞下弯段(文件名: YSDXWD )计算程序编程如下：

L1 Lbl 0

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “H” ?H: “SQXBJ”?R： “DZBJ”?V

L3 “A=”: tan1-1((150.223-X)÷(265.6-H)→A：“ZH=”：150.223- A÷180×л×R→Q◢

L4 “S=”: Pol(150.223-X，265.6-H)→S◢

L5 “GC=”: R-S→K◢

L6 “SW=”: (R-V)-S→M◢

L7 “XW=”: (R+V)-S→N◢

L8 “CQW=”: √(K2+Y2)-V→W◢

L9 Goto 0

注：程序中“SQXBJ”为下弯段半径，“DZBK”为隧洞半径，钢筋边线放样，只需输入“DZBK”参数半径。

上述计算程序已在洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞下弯段内测量放样成功使用，在此列出以供参考。

4 结束语

众所周知，测量数据的计算处理一直是影响测量进度和测量效益的关键因素之一，本文通过对洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站引水隧洞方变圆段、上弯段、斜坡段、下弯段的施工测量放样和测量数据的计算处理方法，重点讨论了在该类项目现场施工测量放样方法和测量数据的计算处理和校核方法。通过充分利用CASIOfx-5800P型函数编程计算器具有函数丰富、语句简单、内存大、操作方便简单、计算快速准确的特点进行编程计算，从而给测量人员带来了巨大的方便，对今后在相同类似的工程项目施工测量中的测量放样方法和测量数据的计算处理提供了借鉴的经验。