水电站右岸导流洞施工测量

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 一、工程简介     金沙江溪洛渡水电站工程是我国西电东送中线的骨干电源之一，位于四川省雷波县和云南省永善县交界处的金沙江干流上。溪洛渡水电站是以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等巨大的综合效益，具有不完全年调节能力的特大型水电站。是金沙江流域实施“西电东送”的第一期工程。     溪洛渡水电站水工由混凝土双曲拱坝、引水发电系统、泻洪系统及导流建筑物组成。混凝土双曲拱坝最大坝高278.0m，坝顶高程610.0m，顶拱中心线弧长698.07m；发电厂为地下式，分设在左、右两岸山体内，各装9台单机容量为700MW的水轮发电机组，总装机容量12600MW。     施工期坝址两岸各布置了3条导流洞，自左向右左岸为1#~3#导流洞，右岸为4#~6#导流洞。导流洞平面上呈单弯道布置，洞身断面为城门洞型，断面尺寸均为18×20m。其中右岸4#~6#导流洞分别长为1258.852m,1434.985m及1697.110m。     右岸导流洞施工期共布置了3条施工支洞进行施工，自上游至下游分别为1#、2#和3#施工支洞。     二、右岸导流洞施工测量     1、控制测量     由于溪洛渡水电站控制网布设层次很好，已基本覆盖整个施工区域，故控制测量采用业主测量中心提供的溪洛渡施工控制网中的一方石、水连天、卫星城、观景台、日月亭五点为起算点。根据右岸导流洞平面布设位置及施工方案洞内控制测量分别在1＃施工支洞以卫星城～日月亭为起算数据；2＃施工支洞以一方石～水连天为起算数据，3＃施工支洞以一方石～观景台为起算数据作四等直伸导线进入主洞，作为导流洞开挖阶段的首级控制。上导洞贯通后联测成附和导线网，平差成果作为导流洞衬砌施工测量的首级控制。高程控制测量采用四等三角高程，在布设四等直伸导线的同时布设。     1．1 外业观测     外业观测采用Leica TCR402型全站仪（标称精度测角2”，测距精度±（2+2ppm））进行观测。 由于隧洞内环境较差，交叉作业影响较大，故在进行控制测量时应选取空气情况较好，其他工序影响较小的时段进行。确保观测成象清晰，测量结果准确。     架设仪器和棱镜时应仔细严格对中、整平，量、记仪器高及棱镜高，待每站观测完毕后再次量取仪器高及棱镜高作为检查。观测时严格按照规范要求进行观测：水平角观测6个测回，边长和高差往返各观测2个测回。且水平角观测应符合下表技术要求： 等 级 仪    器 标称精度 ″ 光学测微器两 次重合读数差 ″ 两次照准读数差 ″ 半测回 归零差 ″ 一测回中 2较差 ″ 同方向值各测回互差 ″ 三等、四等 ±2 3 6 8 13 9     现场记录应按照记录手簿规定的格式进行记录，并在每一测站结束后检查记录，确认无误后再搬至下站进行作业。     1．2 内业平差计算     内业计算前首先要对外业原始记录受簿进行200%的检查，既记录者自检完毕后再分别由另外两个人单独进行检查。确保准确无误后才开始进行平差计算。     平差计算采用南方公司的“平差易”软件进行计算，严格按以下步骤进行操作。     首先画出导线网示意图，标上真实点名，并标出已知点、已知方向和起算边，然后再从记录手簿上将每一测站的测得的方向值，经改正后的边长抄记在示意图上每两边中间。     启动“平差易”，按软件格式要求输入数据并保存，启动自动平差计算，若软件提示错误则重新检查输入数据直到正确为止，检查闭和差，点位误差等误差是否符合要求，最后得到最终结果。     2、施工放样     2．1 放样前的准备工作     放样前及时收集该掌子面附近的控制点信息，根据图纸及掘进里程桩号确定该掌子面所属开挖断面类型，并对计算器中预先编制好的的放样程序进行检核，使在现场放样时能做到高质高效。     2．2 利用边角后方交会对基本导线的延伸     由于溪洛渡电站的导流洞开挖断面为20m×22m，采用大型的凿岩台车打眼，每天进尺达10米左右，断面的精度要求小于5mm。中心和开挖轮廓线均要求测量人员放样。由于大型的装载机和20吨以上的汽车出渣，测量人员根本无法按传统的方法在接近掌子面附近布设控制点，布设在顶板太高，布设在地上汽车碾压，不易保护。测量速度赶不上施工进度，迫切需要采用新的测量方法进行测量控制点的布设。测量人员经过讨论和试验采用了在洞壁上布设控制点，观测时采用边角后方交会的方法来解决这个问题。     具体方法为：首先在距掌子面100m左右外布设高精度的导线，在高精度的导线点设站，用免棱镜全站仪在洞壁上布设控制点，布设洞壁控制点时采用一定的措施，保证点位的精度。在100m的范围内，采用边角后方交会的方法在洞壁上布设控制点，现场放样利用洞壁上控制点，采用边角后方交会的方法，进行掌子面开挖轮廓线的放样。超过100m左右 ，后续导线布设新的高级控制点，用新的高级控制点对洞壁点进行重新布设。     下图洞内为边角后方交会示意图，图中P点为设站点，A、B为布设在洞壁上的控制点。根据测得的PA的距离以及PA、PB间的夹角可迅速计算出P点的坐标，根据测得P、A间的高差可计算出P点的高程。     采用该种方法，可以在施工干扰较大的环境下迅速架设好仪器并测量计算出测站坐标，在保证测量放样精度的同时极大的提高了测量工作效率。     2．3 施工坐标系与洞内相对坐标系的转换     溪洛渡水电站采用的是独立的金沙江坐标系，在导流洞施工时，测量人员为施工施工方便施工，采用了洞内的相对坐标系统。该坐标系统具体确立方法如下：在洞内相对坐标系中，以遂洞起点为零点；以隧洞轴线为X轴，隧洞前进方向为正方向，桩号为X值，以垂直于轴线方向为Y轴组成左手坐标系，以距轴线的垂直距离为Y值。高程仍采用原高程系统。如下图所示：       在这套洞内相对坐标系中，某一个点的X、Y值直观的反映了该点的桩号及距洞轴线的距离，使对隧洞的测量放样和编写放样程序都非常方便。同时，该坐标系统的应用也给以后断面验收带来极大的方便。     2．4 掌子面放样     在溪洛渡右岸导流洞施工放样中由于都已经采用了免棱镜反射全站仪进行作业，故放样皆用极坐标法进行放样。具体步骤如下，首先已经提前在CASIO fx-4500、fx-4800系列可编程计算器里编制好具体放样程序；在施工现场根据掌子面情况架设好仪器，利用边角后方交会等方法测算出测站点坐标；利用免棱镜激光反射直接测得掌子面上一点的三维坐标，将该数据输入计算器里的放样程序，算出该点的桩号、距轴线距离以及相对于开挖轮廓线的差值；根据具体放样要求移动点位再进行测算直至符合要求，作标记之后再放样下一个点。放样应放出洞子开挖轮廓线，中线，腰线等基本的一些点以及由于施工等各方面原因而需要加密的点字。 采用这种全站仪极坐标放样相比以前传统放样方法工作效率大为提高，在熟练的情况下一个作业小组从开始架设仪器到测量完毕仅需时30~45分钟，使测量人员的劳动强度大大减轻。     3、断面验收     随着遂洞不断掘进，为及时反映出遂洞的超、欠挖值等遂洞开挖质量情况，为后续验收、支护等工序提供资料，需及时测量遂洞的开挖断面图。溪洛渡水电站右岸4#~6#导流洞共有3条施工支洞，高峰时有十几个掌子面同时掘进，由于隧洞施工中各种工序衔接紧凑，平行作业、交叉施工的工程很多，且洞内作业面狭小，而遂洞断面图又要求每3m一条及时提供，所以断面验收工作的工作量非常大，时间也非常紧。在实际中测量人员利用“外业全站仪采集数据+内业cass软件成图”的全数字化方法很好的解决了这个问题。     3．1 外业数据采集     外业数据采集利用LeicaTCR402等免棱镜反射全站仪直接进行。并且采用洞内相对坐标系统。     首先，根据要求每3m测一条断面，由于采用的是洞内相对坐标系，每测得的一个点的桩号都可以直接读出来，所以就不必像传统测量断面那样每条断面单独架设仪器，而可以在需要测量断面图的部位任意架站，利用边角后方交会测算出设站点坐标；然后进行测量，每测一个点看它的桩号是否符合要求，若在待测断面桩号上就直接存入全站仪内存，若不符合桩号要求则沿X轴前后移动直至符合要求为止，之后存储入全站仪内存，然后测量下一个点。一条断面测量完毕后再测量下一条断面。     利用这种测量方法可以在一个测站上测量多个断面，根据实践经验得出，在一个测站上可以测量前后20m左右范围内的断面，其精度完全可以达到要求。具体的可测量范围可根据隧洞断面大小，仪器架设位置，洞壁凹凸情况以及仪器免棱镜测量距离具体确定，只要精度符合要求即可。     相比较传统的断面验收方法，采用了洞内相对坐标系统的新方法由于不必在每条断面架设仪器，所以极大的提高了作业效率，使得外业采集工作所需时间比传统方法有了非常明显的缩短。     3．2 内业数据处理及成图     外业利用Leica TCR402采集回来的数据应及时传入电脑中。数据传输可以利用南方公司的cass系列成图软件传输，也可以利用Leica公司随仪器附送的Leica Survey Office系列软件中的数据交换管理器进行传输。传入电脑的数据应存放在指定的位置，并按照统一的要求进行命名，以利于作图时或日后需要用时能够方便快捷的找到。     由于从仪器内传输出来的数据文件的格式为GSI格式，而cass软件绘制断面图所需的里程文件为HDM格式，因此对由全站仪传出的数据还需做进一步的处理才能绘出出断面图。数据处理可直接用Leica Survey Office系列软件坐标编辑器打开GSI格式的数据文件，然后把所有数据复制粘贴到Excel电子表格中，再在Excel电子表格里对数据根据HDM文件的格式进行手工修改，将其改为HDM文件之后再在cass中绘图。这种方法虽然步骤较少，但是在Excel电子表格中将数据该为HDM格式的工作比较烦琐，工作量也较大且手工编辑也容易出错。     为此，葛洲坝溪洛渡测量队专门开发出了一款数据转换软件来进行数据处理。具体步骤如下：首先在cass软件中利用“数据”菜单下的“读取全站仪数据”对话框将Leica的GSI格式文件转化为通用的DAT文件，然后运行这款专门的转换软件将DAT文件转换为cass所需的HDM文件，待检查无误后就可以在cass软件中绘制断面图了。     运行cass软件中的“工程应用”菜单下的“绘断面图”子菜单下的“根据里程文件”命令，选取刚转换过来的HDM文件，绘制断面图。绘制出的断面图如下图所示：       然后再将绘制出来的实测断面与设计断面放在同一图框下，并标出超、欠挖值，就可以反映出隧洞的开挖质量情况。最终的断面图如下图所示：     三、溪洛渡水电站右岸导流洞施工测量所采用的新工艺、方法     随着工程测量学的发展，越来越多的新工艺、方法运用到实践生产中，而溪洛渡导流洞工程由于工程浩大，测量精度要求高，工期较紧，因此在实践中大量的运用了新的测量工艺、方法，如以下几种。     1、隧洞控制点的补设方法以及边角后方交会的普遍运用     传统的隧洞控制测量的导线点都是布设在地面上，但是由于隧洞中环境很差，布设在地面上的控制点很容易会因出渣车辆碾压，施工机械碰撞等原因损毁或被洞渣掩埋而无法使用，因此在溪洛渡水电站右岸导流洞施工测量中，利用地面高精度控制点在洞壁上补设低一级的控制点结合边角后方交会的测量方法普遍运用，在保证其精度完全符合要求的同时大大提高了劳动生产率。     2、洞内相对坐标系的普遍应用     在溪洛渡右岸导流洞施工测量中，三条导流洞的洞内测量全部都应用了洞内相对坐标系统，这种坐标系对于隧洞的现场放样以断面验收都非常的方便，尤其对于断面验收工作，成倍的提高了工作效率。     3、全站仪外业采集数据，内业用CASS软件成图的作业模式     在溪洛渡右岸导流洞施工测量中，全站仪外业采集数据，内业用CASS软件成图的作业模式已经成为常规的作业模式，使用这种全数字化的作业模式不但使测量的内业工作大为减轻，而且由于数据从采集到使用的全过程都数字化，大大降低了由于手工操作而产生错误的概率。     在溪洛渡右岸导流洞施工测量中使用的新工艺、方法还有很多，在此就不一一叙述了，正是由于这些新工艺、方法的使用，使溪洛渡右岸导流洞工程的施工测量的质量、效率都上了一个新台阶。     四、结语     通过上文所述施工测量过程，溪洛渡右岸导流洞工程的施工测量工作完全符合测量规范要求，满足了生产的需要。并且通过生产实践总结大量洞挖施工测量的性工艺和新方法。但也存在不足之处，例如对新的创新与方法总结不够还需从理论与实际两方面继续进行改进等。