水電站右岸導(dǎo)流洞施工測(cè)量

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 一、工程簡(jiǎn)介     金沙江溪洛渡水電站工程是我國(guó)西電東送中線的骨干電源之一，位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界處的金沙江干流上。溪洛渡水電站是以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運(yùn)條件等巨大的綜合效益，具有不完全年調(diào)節(jié)能力的特大型水電站。是金沙江流域?qū)嵤?ldquo;西電東送”的第一期工程。     溪洛渡水電站水工由混凝土雙曲拱壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、瀉洪系統(tǒng)及導(dǎo)流建筑物組成。混凝土雙曲拱壩最大壩高278.0m，壩頂高程610.0m，頂拱中心線弧長(zhǎng)698.07m；發(fā)電廠為地下式，分設(shè)在左、右兩岸山體內(nèi)，各裝9臺(tái)單機(jī)容量為700MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量12600MW。     施工期壩址兩岸各布置了3條導(dǎo)流洞，自左向右左岸為1#~3#導(dǎo)流洞，右岸為4#~6#導(dǎo)流洞。導(dǎo)流洞平面上呈單彎道布置，洞身斷面為城門洞型，斷面尺寸均為18×20m。其中右岸4#~6#導(dǎo)流洞分別長(zhǎng)為1258.852m,1434.985m及1697.110m。     右岸導(dǎo)流洞施工期共布置了3條施工支洞進(jìn)行施工，自上游至下游分別為1#、2#和3#施工支洞。     二、右岸導(dǎo)流洞施工測(cè)量     1、控制測(cè)量     由于溪洛渡水電站控制網(wǎng)布設(shè)層次很好，已基本覆蓋整個(gè)施工區(qū)域，故控制測(cè)量采用業(yè)主測(cè)量中心提供的溪洛渡施工控制網(wǎng)中的一方石、水連天、衛(wèi)星城、觀景臺(tái)、日月亭五點(diǎn)為起算點(diǎn)。根據(jù)右岸導(dǎo)流洞平面布設(shè)位置及施工方案洞內(nèi)控制測(cè)量分別在1＃施工支洞以衛(wèi)星城～日月亭為起算數(shù)據(jù)；2＃施工支洞以一方石～水連天為起算數(shù)據(jù)，3＃施工支洞以一方石～觀景臺(tái)為起算數(shù)據(jù)作四等直伸導(dǎo)線進(jìn)入主洞，作為導(dǎo)流洞開挖階段的首級(jí)控制。上導(dǎo)洞貫通后聯(lián)測(cè)成附和導(dǎo)線網(wǎng)，平差成果作為導(dǎo)流洞襯砌施工測(cè)量的首級(jí)控制。高程控制測(cè)量采用四等三角高程，在布設(shè)四等直伸導(dǎo)線的同時(shí)布設(shè)。     1．1 外業(yè)觀測(cè)     外業(yè)觀測(cè)采用Leica TCR402型全站儀（標(biāo)稱精度測(cè)角2”，測(cè)距精度±（2+2ppm））進(jìn)行觀測(cè)。 由于隧洞內(nèi)環(huán)境較差，交叉作業(yè)影響較大，故在進(jìn)行控制測(cè)量時(shí)應(yīng)選取空氣情況較好，其他工序影響較小的時(shí)段進(jìn)行。確保觀測(cè)成象清晰，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。     架設(shè)儀器和棱鏡時(shí)應(yīng)仔細(xì)嚴(yán)格對(duì)中、整平，量、記儀器高及棱鏡高，待每站觀測(cè)完畢后再次量取儀器高及棱鏡高作為檢查。觀測(cè)時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行觀測(cè)：水平角觀測(cè)6個(gè)測(cè)回，邊長(zhǎng)和高差往返各觀測(cè)2個(gè)測(cè)回。且水平角觀測(cè)應(yīng)符合下表技術(shù)要求： 等 級(jí) 儀    器 標(biāo)稱精度 ″ 光學(xué)測(cè)微器兩 次重合讀數(shù)差 ″ 兩次照準(zhǔn)讀數(shù)差 ″ 半測(cè)回 歸零差 ″ 一測(cè)回中 2較差 ″ 同方向值各測(cè)回互差 ″ 三等、四等 ±2 3 6 8 13 9     現(xiàn)場(chǎng)記錄應(yīng)按照記錄手簿規(guī)定的格式進(jìn)行記錄，并在每一測(cè)站結(jié)束后檢查記錄，確認(rèn)無誤后再搬至下站進(jìn)行作業(yè)。     1．2 內(nèi)業(yè)平差計(jì)算     內(nèi)業(yè)計(jì)算前首先要對(duì)外業(yè)原始記錄受簿進(jìn)行200%的檢查，既記錄者自檢完畢后再分別由另外兩個(gè)人單獨(dú)進(jìn)行檢查。確保準(zhǔn)確無誤后才開始進(jìn)行平差計(jì)算。     平差計(jì)算采用南方公司的“平差易”軟件進(jìn)行計(jì)算，嚴(yán)格按以下步驟進(jìn)行操作。     首先畫出導(dǎo)線網(wǎng)示意圖，標(biāo)上真實(shí)點(diǎn)名，并標(biāo)出已知點(diǎn)、已知方向和起算邊，然后再?gòu)挠涗浭植旧蠈⒚恳粶y(cè)站的測(cè)得的方向值，經(jīng)改正后的邊長(zhǎng)抄記在示意圖上每?jī)蛇呏虚g。     啟動(dòng)“平差易”，按軟件格式要求輸入數(shù)據(jù)并保存，啟動(dòng)自動(dòng)平差計(jì)算，若軟件提示錯(cuò)誤則重新檢查輸入數(shù)據(jù)直到正確為止，檢查閉和差，點(diǎn)位誤差等誤差是否符合要求，最后得到最終結(jié)果。     2、施工放樣     2．1 放樣前的準(zhǔn)備工作     放樣前及時(shí)收集該掌子面附近的控制點(diǎn)信息，根據(jù)圖紙及掘進(jìn)里程樁號(hào)確定該掌子面所屬開挖斷面類型，并對(duì)計(jì)算器中預(yù)先編制好的的放樣程序進(jìn)行檢核，使在現(xiàn)場(chǎng)放樣時(shí)能做到高質(zhì)高效。     2．2 利用邊角后方交會(huì)對(duì)基本導(dǎo)線的延伸     由于溪洛渡電站的導(dǎo)流洞開挖斷面為20m×22m，采用大型的鑿巖臺(tái)車打眼，每天進(jìn)尺達(dá)10米左右，斷面的精度要求小于5mm。中心和開挖輪廓線均要求測(cè)量人員放樣。由于大型的裝載機(jī)和20噸以上的汽車出渣，測(cè)量人員根本無法按傳統(tǒng)的方法在接近掌子面附近布設(shè)控制點(diǎn)，布設(shè)在頂板太高，布設(shè)在地上汽車碾壓，不易保護(hù)。測(cè)量速度趕不上施工進(jìn)度，迫切需要采用新的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量控制點(diǎn)的布設(shè)。測(cè)量人員經(jīng)過討論和試驗(yàn)采用了在洞壁上布設(shè)控制點(diǎn)，觀測(cè)時(shí)采用邊角后方交會(huì)的方法來解決這個(gè)問題。     具體方法為：首先在距掌子面100m左右外布設(shè)高精度的導(dǎo)線，在高精度的導(dǎo)線點(diǎn)設(shè)站，用免棱鏡全站儀在洞壁上布設(shè)控制點(diǎn)，布設(shè)洞壁控制點(diǎn)時(shí)采用一定的措施，保證點(diǎn)位的精度。在100m的范圍內(nèi)，采用邊角后方交會(huì)的方法在洞壁上布設(shè)控制點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)放樣利用洞壁上控制點(diǎn)，采用邊角后方交會(huì)的方法，進(jìn)行掌子面開挖輪廓線的放樣。超過100m左右 ，后續(xù)導(dǎo)線布設(shè)新的高級(jí)控制點(diǎn)，用新的高級(jí)控制點(diǎn)對(duì)洞壁點(diǎn)進(jìn)行重新布設(shè)。     下圖洞內(nèi)為邊角后方交會(huì)示意圖，圖中P點(diǎn)為設(shè)站點(diǎn)，A、B為布設(shè)在洞壁上的控制點(diǎn)。根據(jù)測(cè)得的PA的距離以及PA、PB間的夾角可迅速計(jì)算出P點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)測(cè)得P、A間的高差可計(jì)算出P點(diǎn)的高程。     采用該種方法，可以在施工干擾較大的環(huán)境下迅速架設(shè)好儀器并測(cè)量計(jì)算出測(cè)站坐標(biāo)，在保證測(cè)量放樣精度的同時(shí)極大的提高了測(cè)量工作效率。     2．3 施工坐標(biāo)系與洞內(nèi)相對(duì)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換     溪洛渡水電站采用的是獨(dú)立的金沙江坐標(biāo)系，在導(dǎo)流洞施工時(shí)，測(cè)量人員為施工施工方便施工，采用了洞內(nèi)的相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)。該坐標(biāo)系統(tǒng)具體確立方法如下：在洞內(nèi)相對(duì)坐標(biāo)系中，以遂洞起點(diǎn)為零點(diǎn)；以隧洞軸線為X軸，隧洞前進(jìn)方向?yàn)檎较?，樁?hào)為X值，以垂直于軸線方向?yàn)閅軸組成左手坐標(biāo)系，以距軸線的垂直距離為Y值。高程仍采用原高程系統(tǒng)。如下圖所示：       在這套洞內(nèi)相對(duì)坐標(biāo)系中，某一個(gè)點(diǎn)的X、Y值直觀的反映了該點(diǎn)的樁號(hào)及距洞軸線的距離，使對(duì)隧洞的測(cè)量放樣和編寫放樣程序都非常方便。同時(shí)，該坐標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用也給以后斷面驗(yàn)收帶來極大的方便。     2．4 掌子面放樣     在溪洛渡右岸導(dǎo)流洞施工放樣中由于都已經(jīng)采用了免棱鏡反射全站儀進(jìn)行作業(yè)，故放樣皆用極坐標(biāo)法進(jìn)行放樣。具體步驟如下，首先已經(jīng)提前在CASIO fx-4500、fx-4800系列可編程計(jì)算器里編制好具體放樣程序；在施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)掌子面情況架設(shè)好儀器，利用邊角后方交會(huì)等方法測(cè)算出測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)；利用免棱鏡激光反射直接測(cè)得掌子面上一點(diǎn)的三維坐標(biāo)，將該數(shù)據(jù)輸入計(jì)算器里的放樣程序，算出該點(diǎn)的樁號(hào)、距軸線距離以及相對(duì)于開挖輪廓線的差值；根據(jù)具體放樣要求移動(dòng)點(diǎn)位再進(jìn)行測(cè)算直至符合要求，作標(biāo)記之后再放樣下一個(gè)點(diǎn)。放樣應(yīng)放出洞子開挖輪廓線，中線，腰線等基本的一些點(diǎn)以及由于施工等各方面原因而需要加密的點(diǎn)字。 采用這種全站儀極坐標(biāo)放樣相比以前傳統(tǒng)放樣方法工作效率大為提高，在熟練的情況下一個(gè)作業(yè)小組從開始架設(shè)儀器到測(cè)量完畢僅需時(shí)30~45分鐘，使測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕。     3、斷面驗(yàn)收     隨著遂洞不斷掘進(jìn)，為及時(shí)反映出遂洞的超、欠挖值等遂洞開挖質(zhì)量情況，為后續(xù)驗(yàn)收、支護(hù)等工序提供資料，需及時(shí)測(cè)量遂洞的開挖斷面圖。溪洛渡水電站右岸4#~6#導(dǎo)流洞共有3條施工支洞，高峰時(shí)有十幾個(gè)掌子面同時(shí)掘進(jìn)，由于隧洞施工中各種工序銜接緊湊，平行作業(yè)、交叉施工的工程很多，且洞內(nèi)作業(yè)面狹小，而遂洞斷面圖又要求每3m一條及時(shí)提供，所以斷面驗(yàn)收工作的工作量非常大，時(shí)間也非常緊。在實(shí)際中測(cè)量人員利用“外業(yè)全站儀采集數(shù)據(jù)+內(nèi)業(yè)cass軟件成圖”的全數(shù)字化方法很好的解決了這個(gè)問題。     3．1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集     外業(yè)數(shù)據(jù)采集利用LeicaTCR402等免棱鏡反射全站儀直接進(jìn)行。并且采用洞內(nèi)相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)。     首先，根據(jù)要求每3m測(cè)一條斷面，由于采用的是洞內(nèi)相對(duì)坐標(biāo)系，每測(cè)得的一個(gè)點(diǎn)的樁號(hào)都可以直接讀出來，所以就不必像傳統(tǒng)測(cè)量斷面那樣每條斷面單獨(dú)架設(shè)儀器，而可以在需要測(cè)量斷面圖的部位任意架站，利用邊角后方交會(huì)測(cè)算出設(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)；然后進(jìn)行測(cè)量，每測(cè)一個(gè)點(diǎn)看它的樁號(hào)是否符合要求，若在待測(cè)斷面樁號(hào)上就直接存入全站儀內(nèi)存，若不符合樁號(hào)要求則沿X軸前后移動(dòng)直至符合要求為止，之后存儲(chǔ)入全站儀內(nèi)存，然后測(cè)量下一個(gè)點(diǎn)。一條斷面測(cè)量完畢后再測(cè)量下一條斷面。     利用這種測(cè)量方法可以在一個(gè)測(cè)站上測(cè)量多個(gè)斷面，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出，在一個(gè)測(cè)站上可以測(cè)量前后20m左右范圍內(nèi)的斷面，其精度完全可以達(dá)到要求。具體的可測(cè)量范圍可根據(jù)隧洞斷面大小，儀器架設(shè)位置，洞壁凹凸情況以及儀器免棱鏡測(cè)量距離具體確定，只要精度符合要求即可。     相比較傳統(tǒng)的斷面驗(yàn)收方法，采用了洞內(nèi)相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)的新方法由于不必在每條斷面架設(shè)儀器，所以極大的提高了作業(yè)效率，使得外業(yè)采集工作所需時(shí)間比傳統(tǒng)方法有了非常明顯的縮短。     3．2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成圖     外業(yè)利用Leica TCR402采集回來的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳入電腦中。數(shù)據(jù)傳輸可以利用南方公司的cass系列成圖軟件傳輸，也可以利用Leica公司隨儀器附送的Leica Survey Office系列軟件中的數(shù)據(jù)交換管理器進(jìn)行傳輸。傳入電腦的數(shù)據(jù)應(yīng)存放在指定的位置，并按照統(tǒng)一的要求進(jìn)行命名，以利于作圖時(shí)或日后需要用時(shí)能夠方便快捷的找到。     由于從儀器內(nèi)傳輸出來的數(shù)據(jù)文件的格式為GSI格式，而cass軟件繪制斷面圖所需的里程文件為HDM格式，因此對(duì)由全站儀傳出的數(shù)據(jù)還需做進(jìn)一步的處理才能繪出出斷面圖。數(shù)據(jù)處理可直接用Leica Survey Office系列軟件坐標(biāo)編輯器打開GSI格式的數(shù)據(jù)文件，然后把所有數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼到Excel電子表格中，再在Excel電子表格里對(duì)數(shù)據(jù)根據(jù)HDM文件的格式進(jìn)行手工修改，將其改為HDM文件之后再在cass中繪圖。這種方法雖然步驟較少，但是在Excel電子表格中將數(shù)據(jù)該為HDM格式的工作比較煩瑣，工作量也較大且手工編輯也容易出錯(cuò)。     為此，葛洲壩溪洛渡測(cè)量隊(duì)專門開發(fā)出了一款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。具體步驟如下：首先在cass軟件中利用“數(shù)據(jù)”菜單下的“讀取全站儀數(shù)據(jù)”對(duì)話框?qū)eica的GSI格式文件轉(zhuǎn)化為通用的DAT文件，然后運(yùn)行這款專門的轉(zhuǎn)換軟件將DAT文件轉(zhuǎn)換為cass所需的HDM文件，待檢查無誤后就可以在cass軟件中繪制斷面圖了。     運(yùn)行cass軟件中的“工程應(yīng)用”菜單下的“繪斷面圖”子菜單下的“根據(jù)里程文件”命令，選取剛轉(zhuǎn)換過來的HDM文件，繪制斷面圖。繪制出的斷面圖如下圖所示：       然后再將繪制出來的實(shí)測(cè)斷面與設(shè)計(jì)斷面放在同一圖框下，并標(biāo)出超、欠挖值，就可以反映出隧洞的開挖質(zhì)量情況。最終的斷面圖如下圖所示：     三、溪洛渡水電站右岸導(dǎo)流洞施工測(cè)量所采用的新工藝、方法     隨著工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展，越來越多的新工藝、方法運(yùn)用到實(shí)踐生產(chǎn)中，而溪洛渡導(dǎo)流洞工程由于工程浩大，測(cè)量精度要求高，工期較緊，因此在實(shí)踐中大量的運(yùn)用了新的測(cè)量工藝、方法，如以下幾種。     1、隧洞控制點(diǎn)的補(bǔ)設(shè)方法以及邊角后方交會(huì)的普遍運(yùn)用     傳統(tǒng)的隧洞控制測(cè)量的導(dǎo)線點(diǎn)都是布設(shè)在地面上，但是由于隧洞中環(huán)境很差，布設(shè)在地面上的控制點(diǎn)很容易會(huì)因出渣車輛碾壓，施工機(jī)械碰撞等原因損毀或被洞渣掩埋而無法使用，因此在溪洛渡水電站右岸導(dǎo)流洞施工測(cè)量中，利用地面高精度控制點(diǎn)在洞壁上補(bǔ)設(shè)低一級(jí)的控制點(diǎn)結(jié)合邊角后方交會(huì)的測(cè)量方法普遍運(yùn)用，在保證其精度完全符合要求的同時(shí)大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。     2、洞內(nèi)相對(duì)坐標(biāo)系的普遍應(yīng)用     在溪洛渡右岸導(dǎo)流洞施工測(cè)量中，三條導(dǎo)流洞的洞內(nèi)測(cè)量全部都應(yīng)用了洞內(nèi)相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，這種坐標(biāo)系對(duì)于隧洞的現(xiàn)場(chǎng)放樣以斷面驗(yàn)收都非常的方便，尤其對(duì)于斷面驗(yàn)收工作，成倍的提高了工作效率。     3、全站儀外業(yè)采集數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)用CASS軟件成圖的作業(yè)模式     在溪洛渡右岸導(dǎo)流洞施工測(cè)量中，全站儀外業(yè)采集數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)用CASS軟件成圖的作業(yè)模式已經(jīng)成為常規(guī)的作業(yè)模式，使用這種全數(shù)字化的作業(yè)模式不但使測(cè)量的內(nèi)業(yè)工作大為減輕，而且由于數(shù)據(jù)從采集到使用的全過程都數(shù)字化，大大降低了由于手工操作而產(chǎn)生錯(cuò)誤的概率。     在溪洛渡右岸導(dǎo)流洞施工測(cè)量中使用的新工藝、方法還有很多，在此就不一一敘述了，正是由于這些新工藝、方法的使用，使溪洛渡右岸導(dǎo)流洞工程的施工測(cè)量的質(zhì)量、效率都上了一個(gè)新臺(tái)階。     四、結(jié)語(yǔ)     通過上文所述施工測(cè)量過程，溪洛渡右岸導(dǎo)流洞工程的施工測(cè)量工作完全符合測(cè)量規(guī)范要求，滿足了生產(chǎn)的需要。并且通過生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)大量洞挖施工測(cè)量的性工藝和新方法。但也存在不足之處，例如對(duì)新的創(chuàng)新與方法總結(jié)不夠還需從理論與實(shí)際兩方面繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)等。