基于水利工程隧洞施工测量的分析

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  摘要:水利工程作为当今我国重要的建设项目,在中国建筑市场有着举足轻重的地位。在我国水利工程施工过程中,隧洞测量问题一直作为水利工程的一项重要施工系数,对工程施工的质量也起着重要。
  关键字:水利工程隧洞施工测量
  
   本文通过,对我国水利工程隧洞施工中测量方面的现状进行分析,得出相关问题,并针对我国当前水利工程施工中,隧道施工测量方面的问题进行讨论,总结出科学的解决方案。
  一.当前我国水利施工测量现状
   众所周知,电力缺乏已经成为我国经济可持续发展的瓶颈,对中国经济的不断增长和社会进步已构成严重威胁。在水利施工工程中,隧洞工程是最常见的,其中包括导流洞、引水隧洞、泄洪洞等等隧洞工程。而隧洞的开凿因为受地质条件、施工条件以及安全稳定性等因素的制约而成为水利工程中的难题。对隧洞工程中的数据测量是至关重要的,测角和量边误差及其实际精度是隧洞贯通测量设计中必不可少的重要参数。笔者针对在我国最多的水利工程实例入手,对隧洞施工的四个方面入手,以中小型隧洞为例,逐—讲述隧洞施工中的技术方法。
  水工隧洞大致分为四种类型,即小、中、大和特大型隧洞。其中,中小型断面在水电站及引水工程中所占的份额最多,故为水工隧洞之重。隧洞施工控制测量的目的,在于保证隧洞两相向开挖方向在贯通面按设计要求正确贯通,贯通测量工作的一般程序,在工程设计阶
  段就需要根据选择的测量方法和方案进行测量误差预算,在进行贯通测量误差预算时一般采用规程中的参数进行误差预算,在贯通工程完工后,通过及时联测得出实际偏差,以便进行技术分析和技术总结。即横向贯通误差和高程贯通误差在规定的限差内。又因中小型隧洞具有单位长度开挖量少、出渣量少、受地质影响较小和安全支护比较方便等特点, 隧洞施工控制测量的设计、 实施和数据处理与隧洞的长度、 形状、 施工方法、 实地地形地貌仪器设备等条件有关。 隧洞外控制测量应在隧洞施工前完成, 它以统一的平面、 高程系统将布设在隧洞口附近的控制点连接起来, 并根据隧洞中线上点的设计坐标,建立起它们与
  控制点的坐标关系。由于隧洞是一个狭长的建筑物, 两开挖洞口之间的控制点之间一般互不通视,所以还要布设中间点。平面控制测量多采用三角或导线测量,高程控制测量一般采用水准测量或三角高程测量, 当今隧洞控制测量中新技术不断得到应用, 如全站仪用于洞内外三维导线测量, GPS定位技术用于隧道平面控制测量,计算机辅助设计和数据处理等, 不仅提高了测量精度, 而且具有显著的经济效益。以下是闭着针对此类问题,总结出来有关测量的相关内容。
   在水利工程隧洞施工中,对施工过程中的精度测量问题尤为重要,在近几年中,由于水利工程在施工过程中,由于测量精度问题产生的误差,致使很多工程反复施工,因此失去了很多的经济效益,面对这样的问题,水利施工企业应该着重抓好隧洞测量问题。
   水利施工中隧洞内控制测量精度的高低直接影响贯通的精度。为保证隧洞在允许精度内贯通,我们首先要对洞内控制测量进行设计,在未贯通前对已测量成果进行相应的精度
  估算,为保证相应的控制测量精度,还要采取相应的测量方案。隧洞施工控制测量的贯通误差设计隧洞的贯通误差主要包括隧洞在横向、纵向和竖向三个方面贯通中误差。它与隧洞的长度有关,是由洞外测量和洞内测量两个独立因素组成。按 “水利水电施工测量规范” 规定, 凡直线隧洞长度大于1000m, 曲线隧洞长度大于 500m, 水准路线长度大于 5000m, 均应根据隧洞贯通精度要求进行平面控制测量和高程控制测量设计。在隧洞施工中, 其全部贯通中误差不能超过规范中允许的最小误差。根据此限差, 可以计算出洞内测量和洞外测量在横向、 纵向和竖向三个方面的贯通中误差限差,以此指导外业观测的精度。根据测量误差理论,全部贯通中误差,不能简单的取洞内外中误差之和。设隧洞全部的贯通误差为 Mq, 则洞外控制测量的影响值 mq外与洞内控制测量的影响值 mq 内分别为:
  mq 外 =±1/3Mq
  mq 内 =±2/3Mq
  将隧洞不同长度段的全部贯通误差值 Mq 带入上式,所得洞外测量和洞内测量在横向、 纵向两个方向的中误差见相关表格。高程(竖向)贯通中误差一般规定将洞内、外高程测量误差 mh外和 mh 内各作为一个独立因素。按等精度原则分配。
   隧洞工程测量受地质条件影响和开拓方式的限制,在实际操作中多采用典型的导线测
  量方式。但是在实际操作中导线测量方式容易导致测量误差的积累,受其影响,会使导线
  点位置产生误差,与预先设计的位置产生偏离。所以在工程设计阶段,就应该做足充分的
  准备,对在实际操作中产生的误差及时修正并。制定补充测量方式。洞内平面控制测量在未贯通前都是支导线。支导线的终点是支导线精度的最弱点,双向开挖的隧洞,预计贯通的点,是导线精度的最弱点。在隧洞贯通工程的测量中,主要重视在贯通重要方向上(即沿贯通前进方向的重要方向)的误差,而并非沿,实际X或Y轴方向的坐标误差。因此,可以事先假设沿贯通重要方向坐标系(设X为沿贯通方向,Y为垂直贯通前进方向)。根据误差传播定律,导线测角及测边是相互独立的两个量,则可将由于测角及测边引起的横向贯通中误差分别进行计算。
   水利工程施工测量对于工程质虽有着重要的影响。由于水利工程自身特点其测量环境艰苦。测量放线工作困难重重。而测量放线工作是工程办向的指引。只有准确、周密的测量工作才能保障工程顺利按照图纸施工,提供必要的技术保障。因此.加快水利工程测量培新技术的引进与应用对水利工程的施工及其发展有着重要的意义。水利工程施工企業必须重视测量:作新技术的引进。通过新技术的应用加快工程施工进度及测量精准度。通过新技术的应用及科学管理。使测量工作更好的为水利工程质量管的服务。以提高施工质量。2008年水利部“948”项目(200811)引进了TMS隧道综合测量系统,该系统在某引水发电工程中得到了实践应用,完全实现了隧洞施工测量的自动化。隧洞施工断面测量一般分为开挖断面和竣工断面,是通过大量的实测数据准确计算隧洞开挖的实际轮廓线,并将其与设计断面轮廓线纳入同一坐标系中比较,IMS隧道综合测量系统能够自动完成对目标点的及时观测和数据采集,并可以完成断面测量的现场评估。清楚地获悉超欠挖的大小和所在部位,进而及时指导下一步施工和竣工验收。
  二.水利工程隧洞施工测量的主要方法
   ①、隧洞进、出口边坡支护隧洞进出口设计应遵循如下原则,即“早进晚出”不刷坡或少刷坡原则。具体说来即对洞口山体尽量少刷坡,甚或不刷坡,注意保护周边工程的地址与水文环境。为了不破坏洞口处山体坡积层,不影响周边环境,便于运行期间检查维修,在条件允许下,可采用无洞门设计或斜洞门非挡墙简易洞门方案。在安全的情况满足下,才能对水利工程隧洞施工进行测量。隧道控制测量仪器应满足下列要求:测角精度小于或等于土l,测距精度不大于士(2mm+2 X l 0 6D)水准仪的精度应高于或等于士lmm/km,采取钢水准尺。测量仪器按照国家规定每年送国家授权检定部门检定,合格后方可使用。
   ②、在水利水电工程隧洞施工中。除交通洞等附属工程在地质情况较好时不需要进行洞内混凝土衬砌外,其余隧洞工程都需要进行洞内混凝土支、护、条石衬砌,混凝土海底和砂浆抹面。因此,还要对相向开挖的两条导线进行附合,并进行贯通误差分配或平差处理,确保洞内混凝土衬砌形体的正确。以保证隧洞的设计坡降及对墙面的技术要求,使隧洞控制测量满足于水利水电工程对隧洞施工的高要求。隧洞贯通的横向误差主要由隧洞中线方向的测设精度所决定,而进洞时的初始方向尤为重要。 因此,在隧洞洞口要埋设若干个固定点, 将中线方向标定于地面, 作为开始掘进及以后与洞内控制点连测的依据,用 1、 2、 3、 4标定掘进方向,在洞口点 A与中线垂直方向上埋设 5、 6、 7、 8桩。所有固定点应埋设在不易受施工影响的地方,并测定 A 点至 2、 3、 6、 7 点的平距。这样在施工过程中可以随时检查或恢复洞口控制点的位置和进洞中线的方向及里程。
   ③、洞内外联测,应选在阴天,气温稳定,无风情况下进行。水平角观测在不同时段采用方向观测法,测具采用对向观测,其中竖直角观测四个测回,测距6次,边长归算考虑气象改正,投影改正。投影面高度最好为隧道中线平均高程。中线和腰线是隧洞施工中掘进方向的重要标志。中线桩的测设是根据洞口中线控制桩,在洞口开挖面上测设开挖中线桩, 并逐步引向洞内,一般当隧洞每掘进 20m 要埋设一个中线里程桩。为了便于保存,中线桩一般埋设在隧洞的顶部。 为了控制施工的标高和隧洞横断面的放样,在隧洞岩壁上每隔 10m 测设出一组腰线, 腰线的高程由引入洞内的高程控制点进行测设。由于隧洞的纵断面有一定
  ④、隧洞的开挖过程中,洞内工作面狭小,光线暗淡。 因此在隧洞的掘进过程中,可以使用激光指向仪指示中线和腰线方向。它具有直观、对其它工序影响小、 便于实现自动控制等优点。 如采用机械化掘进设备,用固定在一定位置上的激光指向仪,配以装在掘进机上的光电接
  受靶,当掘进机向前推进中,方向如果偏离了指向仪发出的激光束,则光电接受靶会自动指出偏离方向及偏离值, 为掘进机提供自动控制的信息。严格按设计的控制测量等级相关技术要求进行施测,严格按操作程序进行。施测中尽量采用三联脚架法,要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动、气泡有无偏离、对中偏离是否较大等等。如有上述情况则要对仪器进行检修校正,找出问题所在。三角高程测量时,如垂直角的观测要同测距在同一次照准时完成,对于三角高程等级在三等或高于三等时则要采取一些提高精度的措施进行施测,如隔点设站法,提高对中精度。
  三.新型技术在水利工程隧洞中的应用
   新技术的应用对企业的发展也有着重要的意义,积极引进新技术,提高了企业的综合实力、降低工程施工过程中的综合成本、提高了企业的市场竞争力,为企业发展奠定了良好的基础。由于水利工程施工地珲条件较差.传统测量精准度,需要多次校验来确保测量的準确性。但是随着G|PS测量技术的快速发展,GPS在水利工程测量的应用越来越多。GPS系统利用24颗卫星、地面接收装置以及用户接收仪器组成,全灭候地连续提供高精度的三维华标、三维速度和时间信息等技术参数。水利工程的测量丰要利用了GPS的静态功能和动态功能.通过接收到的卫星信息.确定地面某点的三维坐标;通过动态功能把已知的三维坐标点位.实地放样地面上。利用GPS进行水工程的测量工作,加大的提高了水利工程测量准确性降低了工作量提高了工作效率。通过GPS测量技术可以实时、有效、精准的对水利工程进行准确的测量,以保障工程的顺利实时。
   2008年水利部“948”项目(200811)引进了TMS隧道综合测量系统,该系统在某引水发电工程中得到了实践应用,完全实现了隧洞施工测量的自动化。在“洞内小坐标”的引入使得应用常规测量仪器在断面形态单一且为直线洞段时,测量起来比较容易,但是其局限性还是很大的。比如在线路的各种类型曲线段、坡度很大的泄水洞段、开挖断面不同(比如由圆形过渡到矩形)的渐变连接段等复杂地段,常规的仪器测量使用起来就会增加工时。而且“洞内小坐标”使用的是局部独立坐标,与隧洞设计坐标经过换算才能对应,现场测量时,测量人员要反复校核计算,以免产生错误。隧洞内空间狭小,施工环境较差,测量过程干扰因素多,直接影响现场测量效率。而TMS隧道测量系统能很好地解决这些问题。TMS隧道综合测量系统能够自动完成对目标点的及时观测和数据采集,并可以完成断面测量的现场评估。清楚地获悉超欠挖的大小和所在部位,进而及时指导下一步施工和竣工验收。
  
  结束语:通过上述分析我们可以看出。在水利水电工程中,隧洞施工测量有其独特性,两洞口控制点之间不能通视,施工测量的难度比较大。新技术的应用一方面加快了水利工程测量及施工的进度,降低了工作强度,另一方面新技术、新材料的应用在工出现问题及水利工程坝体裂缝等方面也有着重要的作用。水利工程施工企业要积极应用新技。采用先进的测量设备和测量技术可以提高控制测量精度和隧洞贯通精度。本文所述方法也适应于高速公路、铁路等隧道贯通工程中。可以大大减少野外测量工作量,提高工作效率和经济效益,促进水利工程的健康发展。
  参考文献:
  刘荣柱, 戴真印, 王静引水隧洞施工测量布网与分析土工基础2006年第20卷第1卷
  孟祥龙小议水利工程隧洞施工技术科技风2010年第17卷
  邵奎兴, 刘杰, 高志飞TMS隧道测量系统在引水隧洞断面测量中的应用水利水电工程设计2010年第29卷第1期
  王建功基于水利工程隧洞施工测量的分析城市建设2010年第23卷
  
  
  
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