桂中治旱工程北干一標(biāo)引水隧洞施工測量控制技術(shù)

梁武

摘 ?要：該文以廣西桂中治旱樂灘水庫灌區(qū)一期工程為例，超長12 km引水隧洞盾構(gòu)機(jī)單向掘進(jìn)，介紹了北干一標(biāo)工程地面控制GPS靜態(tài)測量，隧洞內(nèi)精密布置平行交叉式導(dǎo)線網(wǎng)測量，陀螺儀復(fù)核控制網(wǎng)邊方位角測量，對隧洞貫通精準(zhǔn)分析采取有效的措施和方案，確保在設(shè)計規(guī)范內(nèi)貫通。

關(guān)鍵詞：超長隧洞;地面GPS控制測量 ;隧洞控制測量;貫通誤差;測量技術(shù)

中圖分類號： TU974 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 工程概況

廣西桂中治旱樂灘水庫引水灌區(qū)一期工程主要建設(shè)內(nèi)容包括總干渠和北干渠片，設(shè)計灌溉面積364.53 km2，總供水人口95.52萬人。工程年平均引水量4.03億m3，其中提供農(nóng)業(yè)用水量3.13億m3（包括農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)村人畜飲水、水產(chǎn)畜牧及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水），城市用水量0.90億m3。灌區(qū)取水口位于樂灘水庫大壩左岸上游約1.2 km處，輸水工程線路是由明渠、隧洞、暗渠、渡槽、倒虹吸以及各類控制建筑物、交叉建筑物和泵站等組成的，其中總干渠長30.35 km、北干渠長56.56 km、該項目為廣西桂中治早樂灘水庫引水灌區(qū)一期工程北干渠起點(diǎn)至屯武渡槽進(jìn)口段全長29.44 km。TBM硬巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)11.891 km，北干一標(biāo)段平面圖如圖1所示。

2 貫通誤差控制

北干一標(biāo)引水隧洞組裝場空推至始發(fā)洞門1 100 m，盾構(gòu)機(jī)從六浪隧洞出口進(jìn)入 ，單向掘進(jìn)。施工測量控制網(wǎng)從地面通過傳遞洞門，為了提高精度控制網(wǎng)采用平行交叉閉合導(dǎo)線，減少測角誤差，測距誤差，對控制網(wǎng)測量具有可靠性和準(zhǔn)確性[1]。

北干一標(biāo)引水隧洞施工控制測量步驟是地面GPS靜態(tài)控制網(wǎng)測量、洞內(nèi)精密平行交叉式導(dǎo)線測量、陀螺儀校核方位角測量。為了確保隧洞順利貫通，現(xiàn)將貫通測量誤差分析如下。

2.1 平面控制網(wǎng)橫向貫通誤差分析

貫通誤差主要在于地面控制網(wǎng)測量誤差、洞內(nèi)導(dǎo)線控制網(wǎng)點(diǎn)位累計誤差、TBM機(jī)自動導(dǎo)向系統(tǒng)測量誤差、為了減少誤差，采用陀螺儀復(fù)核控制點(diǎn)方位角消除。1） 地面GPS控制網(wǎng)誤差。地面控制網(wǎng)用6臺雙頻LeicaGS15型GPS接收機(jī)按設(shè)計院提供的10個C級進(jìn)行同步靜態(tài)觀測。測量標(biāo)稱精度：3 mm+0.5 ppm。北干一標(biāo)全部控制網(wǎng)加密復(fù)測平差計算后最弱點(diǎn)位中誤差為2.8 mm，符合全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范中誤差小于5 mm， GPS靜態(tài)測量作業(yè)的基本技術(shù)指標(biāo)見表1。2） 洞內(nèi)導(dǎo)線控制網(wǎng)誤差。洞內(nèi)平行交叉式控制網(wǎng)導(dǎo)線采用TS30全站儀觀測，測角4個測回，測邊距正倒鏡4個測回，測角精度為±0.5″，測距精度為±（1 mm + 1.5ppm）×D。由于隧洞噴錨支護(hù)方式掘進(jìn)觀測環(huán)境極其惡劣，測角中誤差取±1.0″計算，洞內(nèi)采用平行交叉式導(dǎo)線按 9個轉(zhuǎn)折角10條邊長形成一個閉合環(huán) ，平均邊長500 m，經(jīng)過平差計算洞內(nèi)導(dǎo)線測量網(wǎng)橫向與隧洞線路中心線貫通誤差為±18 mm，為了減少貫通誤差，預(yù)防點(diǎn)位變形，控制點(diǎn)定期復(fù)測，保證控制點(diǎn)精度，滿足施工要求。3）陀螺儀觀測校核洞內(nèi)控制網(wǎng)誤差，陀螺定向采用北京航天發(fā)射技術(shù)研究所自主研發(fā)生產(chǎn)的BTJ-5型陀螺全站儀[尋北精度≤5″（1σ）]，上置Leica生產(chǎn)的TS-09plus ?1″全站儀[2]。陀螺儀校核分別在掘進(jìn)至3 km、6 km、9 km、出洞前500 m處進(jìn)行控制網(wǎng)邊方位角檢驗，檢驗陀螺儀測量計算的坐標(biāo)方位角與區(qū)間控制點(diǎn)測量的坐標(biāo)方位角，控制在小于15"，符合《城市軌道交通工程測量規(guī)范》GB/T 50308—2017中8.2.12的要求。復(fù)核結(jié)果見表2。4） TBM機(jī)enzan自動導(dǎo)向系統(tǒng)誤差。因為隧洞是硬巖TBM掘進(jìn)，機(jī)械調(diào)動抖動大，影響導(dǎo)向系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性，實測計算橫斷面誤差±15 mm，高程偏差為±20 mm。操作機(jī)手可以根據(jù)自動導(dǎo)向系統(tǒng)顯示頻參數(shù)往前掘進(jìn)的情況下，縱橫誤差可以控制在±10 mm。

經(jīng)上述分析影響貫通誤差在±78 mm。為了隧洞按設(shè)計要求貫通，項目部制定計劃貫通誤差控制在±100 mm。

2.2 高程控制誤差分析

隧洞內(nèi)高程控制網(wǎng)采用LeicaNA2+GPM3水準(zhǔn)儀觀測，精度為DSZ1級[3]，高程允許誤差按照《水利水電工程施工測量規(guī)范SL 52—93》規(guī)范技術(shù)要求，按照±4平差計算，貫通誤差可以控制在±100 mm以內(nèi)。

3 優(yōu)化測量方案

樂灘水庫灌區(qū)一期工程隧洞的測量方案優(yōu)化主要從以下4點(diǎn)入手。1） 地面控制網(wǎng)采用靜態(tài) GPS觀測 ，數(shù)據(jù)處理1954北京坐標(biāo)系統(tǒng)是以109°位中央子午線的3°帶坐標(biāo)系統(tǒng)，采用高斯正形投影方法，投影面為大地水準(zhǔn)面（EGM96），參考橢球為克拉索夫斯基橢球。高斯投影變形依然有約 8 mm，在隧洞長約 12 km范圍內(nèi) ，方位影響會較大 ，高程采用樂灘電站基準(zhǔn)， 0～100 m高程面上邊長投影變形約 16 mm，全標(biāo)段方向影響一致確保均勻影響。為了坐標(biāo)系的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)計算可減小投影變形的影響，確保一個項目不換帶或少換帶的目的，地面與洞內(nèi)在坐標(biāo)系統(tǒng)上保持一致。2） 洞內(nèi)控制點(diǎn)分別在隧洞左右兩側(cè)延伸平行交叉成對布設(shè) ，控制點(diǎn)選址在圍巖牢固可靠的地方，做好測量標(biāo)識，平面控制點(diǎn)均采用混凝土鋼結(jié)構(gòu)觀測墩5/8英制螺絲強(qiáng)制對中盤，可以減小全站儀對中點(diǎn)位誤差，高程控制點(diǎn)采用不銹鋼十字半圓球鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，洞內(nèi)直伸導(dǎo)線改為導(dǎo)線平行交叉網(wǎng)觀測 ，前后同側(cè)點(diǎn)測邊測角 ，前后同側(cè)點(diǎn)和異側(cè)對點(diǎn)間加測邊長形成閉合角，導(dǎo)線控制網(wǎng)形成平行四邊形折回 ，這種平行交叉式導(dǎo)線網(wǎng)精度優(yōu)于直伸式直導(dǎo)線，圖2為控制點(diǎn)平面位置圖。3） 洞內(nèi)精密導(dǎo)線測量采用左右洞巖上平行延伸交叉式導(dǎo)線網(wǎng) ，為避免旁折光 ，角度測量觀測誤差不設(shè)在同側(cè)點(diǎn) ，左右兩側(cè)點(diǎn)延伸等距測邊測角 ，導(dǎo)線終端一組控制點(diǎn)作為下次導(dǎo)線延伸起算邊。4） 陀螺儀復(fù)核洞內(nèi)控制點(diǎn)測量方位角誤差是12"，經(jīng)過平差復(fù)核控制點(diǎn)位誤差±50 mm。六浪隧洞出口至窯瓦隧洞于2020年 1月 8日順利貫通 ， 縱橫貫通誤差分別是5 cm、10 cm。

4 結(jié)語

對于桂中治旱樂灘水庫灌區(qū)一期工程北干一標(biāo)超長12 km 隧洞洞內(nèi)平行交叉式導(dǎo)線網(wǎng)加測同側(cè)邊長和近點(diǎn)邊長能有效提高洞內(nèi)方位角精度 ，是避免旁折光、洞內(nèi)外溫差、氣壓改正值的影響提高精度的有效方法。北干一標(biāo)TBM隧洞施工測量確保了隧洞精準(zhǔn)貫通 ，陀螺儀復(fù)核平行交叉式控制點(diǎn)邊長方位角的可行性，超長隧洞貫通測量具有指導(dǎo)性意義。

參考文獻(xiàn)

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