水電站右岸導流洞施工測量

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 一、工程簡介     金沙江溪洛渡水電站工程是我國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)及導流建筑物組成?；炷岭p曲拱壩最大壩高278.0m，壩頂高程610.0m，頂拱中心線弧長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臺單機容量為700MW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量12600MW。     施工期壩址兩岸各布置了3條導流洞，自左向右左岸為1#~3#導流洞，右岸為4#~6#導流洞。導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#導流洞分別長為1258.852m,1434.985m及1697.110m。     右岸導流洞施工期共布置了3條施工支洞進行施工，自上游至下游分別為1#、2#和3#施工支洞。     二、右岸導流洞施工測量     1、控制測量     由于溪洛渡水電站控制網(wǎng)布設(shè)層次很好，已基本覆蓋整個施工區(qū)域，故控制測量采用業(yè)主測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、日月亭五點為起算點。根據(jù)右岸導流洞平面布設(shè)位置及施工方案洞內(nèi)控制測量分別在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～觀景臺為起算數(shù)據(jù)作四等直伸導線進入主洞，作為導流洞開挖階段的首級控制。上導洞貫通后聯(lián)測成附和導線網(wǎng)，平差成果作為導流洞襯砌施工測量的首級控制。高程控制測量采用四等三角高程，在布設(shè)四等直伸導線的同時布設(shè)。     1．1 外業(yè)觀測     外業(yè)觀測采用Leica TCR402型全站儀（標稱精度測角2”，測距精度±（2+2ppm））進行觀測。 由于隧洞內(nèi)環(huán)境較差，交叉作業(yè)影響較大，故在進行控制測量時應(yīng)選取空氣情況較好，其他工序影響較小的時段進行。確保觀測成象清晰，測量結(jié)果準確。     架設(shè)儀器和棱鏡時應(yīng)仔細嚴格對中、整平，量、記儀器高及棱鏡高，待每站觀測完畢后再次量取儀器高及棱鏡高作為檢查。觀測時嚴格按照規(guī)范要求進行觀測：水平角觀測6個測回，邊長和高差往返各觀測2個測回。且水平角觀測應(yīng)符合下表技術(shù)要求： 等 級 儀    器 標稱精度 ″ 光學測微器兩 次重合讀數(shù)差 ″ 兩次照準讀數(shù)差 ″ 半測回 歸零差 ″ 一測回中 2較差 ″ 同方向值各測回互差 ″ 三等、四等 ±2 3 6 8 13 9     現(xiàn)場記錄應(yīng)按照記錄手簿規(guī)定的格式進行記錄，并在每一測站結(jié)束后檢查記錄，確認無誤后再搬至下站進行作業(yè)。     1．2 內(nèi)業(yè)平差計算     內(nèi)業(yè)計算前首先要對外業(yè)原始記錄受簿進行200%的檢查，既記錄者自檢完畢后再分別由另外兩個人單獨進行檢查。確保準確無誤后才開始進行平差計算。     平差計算采用南方公司的“平差易”軟件進行計算，嚴格按以下步驟進行操作。     首先畫出導線網(wǎng)示意圖，標上真實點名，并標出已知點、已知方向和起算邊，然后再從記錄手簿上將每一測站的測得的方向值，經(jīng)改正后的邊長抄記在示意圖上每兩邊中間。     啟動“平差易”，按軟件格式要求輸入數(shù)據(jù)并保存，啟動自動平差計算，若軟件提示錯誤則重新檢查輸入數(shù)據(jù)直到正確為止，檢查閉和差，點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 放樣前的準備工作     放樣前及時收集該掌子面附近的控制點信息，根據(jù)圖紙及掘進里程樁號確定該掌子面所屬開挖斷面類型，并對計算器中預先編制好的的放樣程序進行檢核，使在現(xiàn)場放樣時能做到高質(zhì)高效。     2．2 利用邊角后方交會對基本導線的延伸     由于溪洛渡電站的導流洞開挖斷面為20m×22m，采用大型的鑿巖臺車打眼，每天進尺達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量人員放樣。由于大型的裝載機和20噸以上的汽車出渣，測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，布設(shè)在頂板太高，布設(shè)在地上汽車碾壓，不易保護。測量速度趕不上施工進度，迫切需要采用新的測量方法進行測量控制點的布設(shè)。測量人員經(jīng)過討論和試驗采用了在洞壁上布設(shè)控制點，觀測時采用邊角后方交會的方法來解決這個問題。     具體方法為：首先在距掌子面100m左右外布設(shè)高精度的導線，在高精度的導線點設(shè)站，用免棱鏡全站儀在洞壁上布設(shè)控制點，布設(shè)洞壁控制點時采用一定的措施，保證點位的精度。在100m的范圍內(nèi)，采用邊角后方交會的方法在洞壁上布設(shè)控制點，現(xiàn)場放樣利用洞壁上控制點，采用邊角后方交會的方法，進行掌子面開挖輪廓線的放樣。超過100m左右 ，后續(xù)導線布設(shè)新的高級控制點，用新的高級控制點對洞壁點進行重新布設(shè)。     下圖洞內(nèi)為邊角后方交會示意圖，圖中P點為設(shè)站點，A、B為布設(shè)在洞壁上的控制點。根據(jù)測得的PA的距離以及PA、PB間的夾角可迅速計算出P點的坐標，根據(jù)測得P、A間的高差可計算出P點的高程。     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)好儀器并測量計算出測站坐標，在保證測量放樣精度的同時極大的提高了測量工作效率。     2．3 施工坐標系與洞內(nèi)相對坐標系的轉(zhuǎn)換     溪洛渡水電站采用的是獨立的金沙江坐標系，在導流洞施工時，測量人員為施工施工方便施工，采用了洞內(nèi)的相對坐標系統(tǒng)。該坐標系統(tǒng)具體確立方法如下：在洞內(nèi)相對坐標系中，以遂洞起點為零點；以隧洞軸線為X軸，隧洞前進方向為正方向，樁號為X值，以垂直于軸線方向為Y軸組成左手坐標系，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)相對坐標系中，某一個點的X、Y值直觀的反映了該點的樁號及距洞軸線的距離，使對隧洞的測量放樣和編寫放樣程序都非常方便。同時，該坐標系統(tǒng)的應(yīng)用也給以后斷面驗收帶來極大的方便。     2．4 掌子面放樣     在溪洛渡右岸導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行作業(yè)，故放樣皆用極坐標法進行放樣。具體步驟如下，首先已經(jīng)提前在CASIO fx-4500、fx-4800系列可編程計算器里編制好具體放樣程序；在施工現(xiàn)場根據(jù)掌子面情況架設(shè)好儀器，利用邊角后方交會等方法測算出測站點坐標；利用免棱鏡激光反射直接測得掌子面上一點的三維坐標，將該數(shù)據(jù)輸入計算器里的放樣程序，算出該點的樁號、距軸線距離以及相對于開挖輪廓線的差值；根據(jù)具體放樣要求移動點位再進行測算直至符合要求，作標記之后再放樣下一個點。放樣應(yīng)放出洞子開挖輪廓線，中線，腰線等基本的一些點以及由于施工等各方面原因而需要加密的點字。 采用這種全站儀極坐標放樣相比以前傳統(tǒng)放樣方法工作效率大為提高，在熟練的情況下一個作業(yè)小組從開始架設(shè)儀器到測量完畢僅需時30~45分鐘，使測量人員的勞動強度大大減輕。     3、斷面驗收     隨著遂洞不斷掘進，為及時反映出遂洞的超、欠挖值等遂洞開挖質(zhì)量情況，為后續(xù)驗收、支護等工序提供資料，需及時測量遂洞的開挖斷面圖。溪洛渡水電站右岸4#~6#導流洞共有3條施工支洞，高峰時有十幾個掌子面同時掘進，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一條及時提供，所以斷面驗收工作的工作量非常大，時間也非常緊。在實際中測量人員利用“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行。并且采用洞內(nèi)相對坐標系統(tǒng)。     首先，根據(jù)要求每3m測一條斷面，由于采用的是洞內(nèi)相對坐標系，每測得的一個點的樁號都可以直接讀出來，所以就不必像傳統(tǒng)測量斷面那樣每條斷面單獨架設(shè)儀器，而可以在需要測量斷面圖的部位任意架站，利用邊角后方交會測算出設(shè)站點坐標；然后進行測量，每測一個點看它的樁號是否符合要求，若在待測斷面樁號上就直接存入全站儀內(nèi)存，若不符合樁號要求則沿X軸前后移動直至符合要求為止，之后存儲入全站儀內(nèi)存，然后測量下一個點。一條斷面測量完畢后再測量下一條斷面。     利用這種測量方法可以在一個測站上測量多個斷面，根據(jù)實踐經(jīng)驗得出，在一個測站上可以測量前后20m左右范圍內(nèi)的斷面，其精度完全可以達到要求。具體的可測量范圍可根據(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)的斷面驗收方法，采用了洞內(nèi)相對坐標系統(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)一的要求進行命名，以利于作圖時或日后需要用時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，因此對由全站儀傳出的數(shù)據(jù)還需做進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)復制粘貼到Excel電子表格中，再在Excel電子表格里對數(shù)據(jù)根據(jù)HDM文件的格式進行手工修改，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。     為此，葛洲壩溪洛渡測量隊專門開發(fā)出了一款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件來進行數(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)”對話框?qū)eica的GSI格式文件轉(zhuǎn)化為通用的DAT文件，然后運行這款專門的轉(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測斷面與設(shè)計斷面放在同一圖框下，并標出超、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流洞施工測量所采用的新工藝、方法     隨著工程測量學的發(fā)展，越來越多的新工藝、方法運用到實踐生產(chǎn)中，而溪洛渡導流洞工程由于工程浩大，測量精度要求高，工期較緊，因此在實踐中大量的運用了新的測量工藝、方法，如以下幾種。     1、隧洞控制點的補設(shè)方法以及邊角后方交會的普遍運用     傳統(tǒng)的隧洞控制測量的導線點都是布設(shè)在地面上，但是由于隧洞中環(huán)境很差，布設(shè)在地面上的控制點很容易會因出渣車輛碾壓，施工機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流洞施工測量中，利用地面高精度控制點在洞壁上補設(shè)低一級的控制點結(jié)合邊角后方交會的測量方法普遍運用，在保證其精度完全符合要求的同時大大提高了勞動生產(chǎn)率。     2、洞內(nèi)相對坐標系的普遍應(yīng)用     在溪洛渡右岸導流洞施工測量中，三條導流洞的洞內(nèi)測量全部都應(yīng)用了洞內(nèi)相對坐標系統(tǒng)，這種坐標系對于隧洞的現(xiàn)場放樣以斷面驗收都非常的方便，尤其對于斷面驗收工作，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     在溪洛渡右岸導流洞施工測量中，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)生錯誤的概率。     在溪洛渡右岸導流洞施工測量中使用的新工藝、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，使溪洛渡右岸導流洞工程的施工測量的質(zhì)量、效率都上了一個新臺階。     四、結(jié)語     通過上文所述施工測量過程，溪洛渡右岸導流洞工程的施工測量工作完全符合測量規(guī)范要求，滿足了生產(chǎn)的需要。并且通過生產(chǎn)實踐總結(jié)大量洞挖施工測量的性工藝和新方法。但也存在不足之處，例如對新的創(chuàng)新與方法總結(jié)不夠還需從理論與實際兩方面繼續(xù)進行改進等。