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摘要：本文简要介绍了小浪底水利枢纽导流洞衬砌测量的全过程，并对测量关键的作业步骤作了具体的叙述；阐述了在小浪底水利枢纽导流洞衬砌工程施工测量作业方法的创新以及测量软件的应用。
关键词：导流洞 施工控制测量 洞内结构放样 定位测量 断面测量
0 引言
小浪底水利枢纽导流洞（DIVERSION TUNNELS）工程，由三条组成，总长3888.5m，通过上下游两条施工支洞（ACESS TUNNELS）进入导流洞，导流洞进口为引水区进水塔，出口接消力塘，中部设有中闸室。该洞群的施工特点是洞室大，设计净断面直径为14.5m，开挖最大跨度为23.8m；衬砌模板大，分成底拱、顶拱两部分衬砌，顶拱模板有三部分拼装组成，成为大模；衬砌精度要求高，模板组装定位困难，每次衬砌12m，1号导流洞分成87块，2号导流洞分成83块，3号导流洞分成81块（不含中闸室部分）；中闸室的衬砌高度达40m，而开挖空间较小（30*20），定位相对精度要求≤3mm。从洞身到中闸室所有衬砌放样工作均是以导线点为依据进行测量。
衬砌放样所需进行的测量工作主要有：导线控制测量；底部和顶部插筋、架力箭放样，内外层钢筋定位及检查；底部模板定位；大模定位；衬砌断面验收测量。
1 导线控制测量
1.1 导线分类
该项工作分基本导线、施工导线、中闸室控制导线三种。
①基本导线是根据洞外高级控制点起算，采用延伸型附合导线来完成。它是用来控制洞室轴线方向，保证衬砌质量。导线边长度在100～200m之间，最短边97.245m。导线布设见图一。
图一
②施工导线是为了便于放样和检查而对基本导线进行加密，导线边长40～50m。
③中闸室的控制导线是为了保证中闸室的衬砌满足设计要求。中闸室衬砌高度较高（40m），作业场地少，导线布设是以基本导线为已知边，盘旋上升至中闸室顶部，共设上中下三层导线点，最后附合到基本导线，形成附合导线。导线布置见图二。
图二
中闸室内导线边短（25～40m），俯仰角大（超过40°）。观测时，需使用转弯目镜。测角中误差按5”，测边中误差按4mm进行平差。
1.2 导线点的类型、选点与埋设
根据洞室跨度大，分步施工、循环作业的特点，我们按不同的施工阶段，选用不同的导线点类型。
①衬砌初期，采用角铁焊制的托架（见图三）。导线点设定在石质较好的初期支护后的侧壁上；交叉布设，可用于衬砌放样、定位，亦可用于开挖放样。
图三 图四
②底部衬砌完成后，采用特制三角体观测墩（见图四）固定于轨道固定的预留孔内。
③在底部钉设水泥钉，做成地桩。
导线点设在通视好，不影响施工车辆通行，不易被破坏和覆盖的地方。
1.3 使用仪器及观测方法
导线测量采用瑞士徕卡公司生产的TC1610全站仪，采用方向观测法，半测回归零差小于8”，测回间2C值较差小于13”，各测回间互差小于9”，测角中误差按mβ=±√（f2β/n）/N计算。测距时，竖直角观测两测回，测回间较差小于10”。斜距读四次取平均值。对观测记录整理复核填写“导线平差记录表”见表：
1.4 平差方法及成果编制
导线平差采用“STAE*NET Adjustment program Interational V5.04”测量平差软件进行。这种平差方法采用三维理论，设置三维坐标，测角中误差为1.5”，高程中误差为2mm，竖直角中误差为5”，把整理好的“导线平差记录表”逐项输入计算机，经人工干预，设置限定条件，即可得到合理的平差导线点三维坐标。从而可提供导线点的地表控制坐标、洞内假定坐标。地表控制坐标和洞内假定坐标的转换公式是：
N=Xcos112°52’58”+Ysin112°52’58”+G1
E=Xsin112°52’58”-Y cos112°52’58”+G2
——上式N、E分别表示轴线里程和距轴线的距离，G1、G2为常数。
1.5 鉴于洞室断面大，随着施工的进展，导线点可能会被破坏，为满足施工需要，在导流洞的衬砌过程中，分别采用三种导线点类型，进行三次贯通测量，其贯通误差均小于规范规定的二分之一。
2 底部插筋、架力筋、内外层钢筋网放样及检查
根据断面型式、设计坡度及洞室里程，利用施工导线进行插筋、架力筋的放样。其方法如图五。测出测点的N、E、H三维坐标，同设计位置进行比较，确定插筋、架力筋位置；安放内外层钢筋网后，用类似的方法检查钢筋是否满足设计需要；用PC4500计算出各测点实际半径与设计值之差（二者之差应小于3cm），记录存档。
顶部插筋、架力筋、内外层钢筋网放样及检查基本上同底部一样，仅是位置不同。
图五
3 底模定位测量（见图六）
图六
3.1 作业步骤
①检查导线资料。
②确定设计中线、高程、里程。
③按图六观测1～6点，进行计算，与设计值比较，移动定位。
④检查底模顶高，保证两边基本同高。
3.2 精度要求
里程（N）<10mm（1、2点），H(高程)≤5m，E(偏距≤)5m，底模两侧互差小于10mm（3、5点，4、6）。
4 大模定位测量
根据设计要求，确定每块上半部砼模板的位置，主要控制模板上下游的顶部中心位于隧道轴线上，顶部高程位于设计高程上。其测法见图七。
图七
采用徕卡TC600全站仪，首先检查所用导线点资料，然后根据待测模板块数，查找模板衬砌位置表，找出待测点位置的里程、高程，即可确定顶部高程。在内层钢筋上标线，记录清楚到模板的位置，调整模板，使其到位，再检查模板位置。图七中为五个模板特征点：1、5表示与底部成型砼模注的结合点；2、4是顶模与侧模的结合部；3为顶模顶点。测量值N（里程）、E（偏离中线距）、H与设计值差值不得大于10mm。
利用洞内独立坐标系，可直接测出反射镜中心的N、E、H值，但这并非是立模点所需的数值，还需吧所测数据、反射镜高、立模点位置进行几何换算。
例如（见图八）：侧模与顶模相交处（4）、底部砼与侧模相交处（5）。
从图中可以看出4点的N、H不变，但E应增加棱镜的半径；而5点E相同，而N、H则需进行转换，以得到正确值。
现场采用PC4500可编程的计算器，可事先把程序编制好，测出数据后，直接输入计算器，即可得到真实数据。在完成此项工作后，还需用水准仪利用洞内水准点检测顶部高程。满足立模定位要求，方可固定浇注。
5 断面竣工测量
拆模后经过一点时间（约一周左右）进行断面竣工测量利用徕卡公司生产的AMT4000型电子端面仪和TC600全站仪配合，进行断面验收工作，其做法是：利用TC600全站仪至境于导线点，首先校验导线的正确性；导线点满足精度要求后，全站仪置镜导线点，端面仪置镜于待测断面上，全站仪收集两置镜点的斜距、仪高、反射镜高、方位角、竖直角。断面仪在待测断面上按间距20cm测点，并自动记录在电子手薄（掌上记录器）上。操作方法见图九。
外业结束后，首先把电子手薄与计算器联接，将所测断面资料传送到计算机内，按照断面处理程序的要求逐项输入导线点资料、全站仪所收集资料并进行计算。经过程序处理后，可得到下面的结果（见图十）。
从图十中可清楚的看出衬砌质量和衬砌偏差，相对于传统的验收方法有较大的改进。并且大大的提高了观测速度。由于利用了计算机进行后期数据整理，提高了绘制精度与计算精度，可以十分直观地确定衬砌是否满足要求，并且测量精度大大提高。对于一个直径为14.5m的衬砌断面，只需5分钟左右即可完成，经济效益十分可观。
6 结语
在小浪底水利枢纽导流洞衬砌阶段的测量工作中使用了许多与传统测量方法不同的新设备新方法，并结合实际进行了大胆的工艺创新，大大提高了施工测量的工作效率和测量精度。经过严格的验收，均符合测量规范和施工要求。
作者简介：
李红梅（1972-），女，陕西米脂人，工程师，主要从事铁路、公路、建筑方面测量工作。
关键词：导流洞 施工控制测量 洞内结构放样 定位测量 断面测量
0 引言
小浪底水利枢纽导流洞（DIVERSION TUNNELS）工程，由三条组成，总长3888.5m，通过上下游两条施工支洞（ACESS TUNNELS）进入导流洞，导流洞进口为引水区进水塔，出口接消力塘，中部设有中闸室。该洞群的施工特点是洞室大，设计净断面直径为14.5m，开挖最大跨度为23.8m；衬砌模板大，分成底拱、顶拱两部分衬砌，顶拱模板有三部分拼装组成，成为大模；衬砌精度要求高，模板组装定位困难，每次衬砌12m，1号导流洞分成87块，2号导流洞分成83块，3号导流洞分成81块（不含中闸室部分）；中闸室的衬砌高度达40m，而开挖空间较小（30*20），定位相对精度要求≤3mm。从洞身到中闸室所有衬砌放样工作均是以导线点为依据进行测量。
衬砌放样所需进行的测量工作主要有：导线控制测量；底部和顶部插筋、架力箭放样，内外层钢筋定位及检查；底部模板定位；大模定位；衬砌断面验收测量。
1 导线控制测量
1.1 导线分类
该项工作分基本导线、施工导线、中闸室控制导线三种。
①基本导线是根据洞外高级控制点起算，采用延伸型附合导线来完成。它是用来控制洞室轴线方向，保证衬砌质量。导线边长度在100～200m之间，最短边97.245m。导线布设见图一。
图一
②施工导线是为了便于放样和检查而对基本导线进行加密，导线边长40～50m。
③中闸室的控制导线是为了保证中闸室的衬砌满足设计要求。中闸室衬砌高度较高（40m），作业场地少，导线布设是以基本导线为已知边，盘旋上升至中闸室顶部，共设上中下三层导线点，最后附合到基本导线，形成附合导线。导线布置见图二。
图二
中闸室内导线边短（25～40m），俯仰角大（超过40°）。观测时，需使用转弯目镜。测角中误差按5”，测边中误差按4mm进行平差。
1.2 导线点的类型、选点与埋设
根据洞室跨度大，分步施工、循环作业的特点，我们按不同的施工阶段，选用不同的导线点类型。
①衬砌初期，采用角铁焊制的托架（见图三）。导线点设定在石质较好的初期支护后的侧壁上；交叉布设，可用于衬砌放样、定位，亦可用于开挖放样。
图三 图四
②底部衬砌完成后，采用特制三角体观测墩（见图四）固定于轨道固定的预留孔内。
③在底部钉设水泥钉，做成地桩。
导线点设在通视好，不影响施工车辆通行，不易被破坏和覆盖的地方。
1.3 使用仪器及观测方法
导线测量采用瑞士徕卡公司生产的TC1610全站仪，采用方向观测法，半测回归零差小于8”，测回间2C值较差小于13”，各测回间互差小于9”，测角中误差按mβ=±√（f2β/n）/N计算。测距时，竖直角观测两测回，测回间较差小于10”。斜距读四次取平均值。对观测记录整理复核填写“导线平差记录表”见表：
1.4 平差方法及成果编制
导线平差采用“STAE*NET Adjustment program Interational V5.04”测量平差软件进行。这种平差方法采用三维理论，设置三维坐标，测角中误差为1.5”，高程中误差为2mm，竖直角中误差为5”，把整理好的“导线平差记录表”逐项输入计算机，经人工干预，设置限定条件，即可得到合理的平差导线点三维坐标。从而可提供导线点的地表控制坐标、洞内假定坐标。地表控制坐标和洞内假定坐标的转换公式是：
N=Xcos112°52’58”+Ysin112°52’58”+G1
E=Xsin112°52’58”-Y cos112°52’58”+G2
——上式N、E分别表示轴线里程和距轴线的距离，G1、G2为常数。
1.5 鉴于洞室断面大，随着施工的进展，导线点可能会被破坏，为满足施工需要，在导流洞的衬砌过程中，分别采用三种导线点类型，进行三次贯通测量，其贯通误差均小于规范规定的二分之一。
2 底部插筋、架力筋、内外层钢筋网放样及检查
根据断面型式、设计坡度及洞室里程，利用施工导线进行插筋、架力筋的放样。其方法如图五。测出测点的N、E、H三维坐标，同设计位置进行比较，确定插筋、架力筋位置；安放内外层钢筋网后，用类似的方法检查钢筋是否满足设计需要；用PC4500计算出各测点实际半径与设计值之差（二者之差应小于3cm），记录存档。
顶部插筋、架力筋、内外层钢筋网放样及检查基本上同底部一样，仅是位置不同。
图五
3 底模定位测量（见图六）
图六
3.1 作业步骤
①检查导线资料。
②确定设计中线、高程、里程。
③按图六观测1～6点，进行计算，与设计值比较，移动定位。
④检查底模顶高，保证两边基本同高。
3.2 精度要求
里程（N）<10mm（1、2点），H(高程)≤5m，E(偏距≤)5m，底模两侧互差小于10mm（3、5点，4、6）。
4 大模定位测量
根据设计要求，确定每块上半部砼模板的位置，主要控制模板上下游的顶部中心位于隧道轴线上，顶部高程位于设计高程上。其测法见图七。
图七
采用徕卡TC600全站仪，首先检查所用导线点资料，然后根据待测模板块数，查找模板衬砌位置表，找出待测点位置的里程、高程，即可确定顶部高程。在内层钢筋上标线，记录清楚到模板的位置，调整模板，使其到位，再检查模板位置。图七中为五个模板特征点：1、5表示与底部成型砼模注的结合点；2、4是顶模与侧模的结合部；3为顶模顶点。测量值N（里程）、E（偏离中线距）、H与设计值差值不得大于10mm。
利用洞内独立坐标系，可直接测出反射镜中心的N、E、H值，但这并非是立模点所需的数值，还需吧所测数据、反射镜高、立模点位置进行几何换算。
例如（见图八）：侧模与顶模相交处（4）、底部砼与侧模相交处（5）。
从图中可以看出4点的N、H不变，但E应增加棱镜的半径；而5点E相同，而N、H则需进行转换，以得到正确值。
现场采用PC4500可编程的计算器，可事先把程序编制好，测出数据后，直接输入计算器，即可得到真实数据。在完成此项工作后，还需用水准仪利用洞内水准点检测顶部高程。满足立模定位要求，方可固定浇注。
5 断面竣工测量
拆模后经过一点时间（约一周左右）进行断面竣工测量利用徕卡公司生产的AMT4000型电子端面仪和TC600全站仪配合，进行断面验收工作，其做法是：利用TC600全站仪至境于导线点，首先校验导线的正确性；导线点满足精度要求后，全站仪置镜导线点，端面仪置镜于待测断面上，全站仪收集两置镜点的斜距、仪高、反射镜高、方位角、竖直角。断面仪在待测断面上按间距20cm测点，并自动记录在电子手薄（掌上记录器）上。操作方法见图九。
外业结束后，首先把电子手薄与计算器联接，将所测断面资料传送到计算机内，按照断面处理程序的要求逐项输入导线点资料、全站仪所收集资料并进行计算。经过程序处理后，可得到下面的结果（见图十）。
从图十中可清楚的看出衬砌质量和衬砌偏差，相对于传统的验收方法有较大的改进。并且大大的提高了观测速度。由于利用了计算机进行后期数据整理，提高了绘制精度与计算精度，可以十分直观地确定衬砌是否满足要求，并且测量精度大大提高。对于一个直径为14.5m的衬砌断面，只需5分钟左右即可完成，经济效益十分可观。
6 结语
在小浪底水利枢纽导流洞衬砌阶段的测量工作中使用了许多与传统测量方法不同的新设备新方法，并结合实际进行了大胆的工艺创新，大大提高了施工测量的工作效率和测量精度。经过严格的验收，均符合测量规范和施工要求。
作者简介：
李红梅（1972-），女，陕西米脂人，工程师，主要从事铁路、公路、建筑方面测量工作。