大斷面洞室襯砌測量淺析

摘要：本文簡要介紹了小浪底水利樞紐導流洞襯砌測量的全過程，并對測量關鍵的作業步驟作了具體的敘述；闡述了在小浪底水利樞紐導流洞襯砌工程施工測量作業方法的創新以及測量軟件的應用。

關鍵詞：導流洞 施工控制測量 洞內結構放樣 定位測量 斷面測量

0 引言

小浪底水利樞紐導流洞（DIVERSION TUNNELS）工程，由三條組成，總長3888.5m，通過上下游兩條施工支洞（ACESS TUNNELS）進入導流洞，導流洞進口為引水區進水塔，出口接消力塘，中部設有中閘室。該洞群的施工特點是洞室大，設計凈斷面直徑為14.5m，開挖最大跨度為23.8m；襯砌模板大，分成底拱、頂拱兩部分襯砌，頂拱模板有三部分拼裝組成，成為大模；襯砌精度要求高，模板組裝定位困難，每次襯砌12m，1號導流洞分成87塊，2號導流洞分成83塊，3號導流洞分成81塊（不含中閘室部分）；中閘室的襯砌高度達40m，而開挖空間較小（30*20），定位相對精度要求≤3mm。從洞身到中閘室所有襯砌放樣工作均是以導線點為依據進行測量。

襯砌放樣所需進行的測量工作主要有：導線控制測量；底部和頂部插筋、架力箭放樣，內外層鋼筋定位及檢查；底部模板定位；大模定位；襯砌斷面驗收測量。

1 導線控制測量

1.1 導線分類

該項工作分基本導線、施工導線、中閘室控制導線三種。

①基本導線是根據洞外高級控制點起算，采用延伸型附合導線來完成。它是用來控制洞室軸線方向，保證襯砌質量。導線邊長度在100～200m之間，最短邊97.245m。導線布設見圖一。

圖一

②施工導線是為了便于放樣和檢查而對基本導線進行加密，導線邊長40～50m。

③中閘室的控制導線是為了保證中閘室的襯砌滿足設計要求。中閘室襯砌高度較高（40m），作業場地少，導線布設是以基本導線為已知邊，盤旋上升至中閘室頂部，共設上中下三層導線點，最后附合到基本導線，形成附合導線。導線布置見圖二。

圖二

中閘室內導線邊短（25～40m），俯仰角大（超過40°）。觀測時，需使用轉彎目鏡。測角中誤差按5”，測邊中誤差按4mm進行平差。

1.2 導線點的類型、選點與埋設

根據洞室跨度大，分步施工、循環作業的特點，我們按不同的施工階段，選用不同的導線點類型。

①襯砌初期，采用角鐵焊制的托架（見圖三）。導線點設定在石質較好的初期支護后的側壁上；交叉布設，可用于襯砌放樣、定位，亦可用于開挖放樣。

圖三 圖四

②底部襯砌完成后，采用特制三角體觀測墩（見圖四）固定于軌道固定的預留孔內。

③在底部釘設水泥釘，做成地樁。

導線點設在通視好，不影響施工車輛通行，不易被破壞和覆蓋的地方。

1.3 使用儀器及觀測方法

導線測量采用瑞士徠卡公司生產的TC1610全站儀，采用方向觀測法，半測回歸零差小于8”，測回間2C值較差小于13”，各測回間互差小于9”，測角中誤差按mβ=±√（f2β/n）/N計算。測距時，豎直角觀測兩測回，測回間較差小于10”。斜距讀四次取平均值。對觀測記錄整理復核填寫“導線平差記錄表”見表：

1.4 平差方法及成果編制

導線平差采用“STAE*NET Adjustment program Interational V5.04”測量平差軟件進行。這種平差方法采用三維理論，設置三維坐標，測角中誤差為1.5”，高程中誤差為2mm，豎直角中誤差為5”，把整理好的“導線平差記錄表”逐項輸入計算機，經人工干預，設置限定條件，即可得到合理的平差導線點三維坐標。從而可提供導線點的地表控制坐標、洞內假定坐標。地表控制坐標和洞內假定坐標的轉換公式是：

N=Xcos112°52’58”+Ysin112°52’58”+G1

E=Xsin112°52’58”-Y cos112°52’58”+G2

——上式N、E分別表示軸線里程和距軸線的距離，G1、G2為常數。

1.5 鑒于洞室斷面大，隨著施工的進展，導線點可能會被破壞，為滿足施工需要，在導流洞的襯砌過程中，分別采用三種導線點類型，進行三次貫通測量，其貫通誤差均小于規范規定的二分之一。

2 底部插筋、架力筋、內外層鋼筋網放樣及檢查

根據斷面型式、設計坡度及洞室里程，利用施工導線進行插筋、架力筋的放樣。其方法如圖五。測出測點的N、E、H三維坐標，同設計位置進行比較，確定插筋、架力筋位置；安放內外層鋼筋網后，用類似的方法檢查鋼筋是否滿足設計需要；用PC4500計算出各測點實際半徑與設計值之差（二者之差應小于3cm），記錄存檔。

頂部插筋、架力筋、內外層鋼筋網放樣及檢查基本上同底部一樣，僅是位置不同。

圖五

3 底模定位測量（見圖六）

圖六

3.1 作業步驟

①檢查導線資料。

②確定設計中線、高程、里程。

③按圖六觀測1～6點，進行計算，與設計值比較，移動定位。

④檢查底模頂高，保證兩邊基本同高。

3.2 精度要求

里程（N）<10mm（1、2點），H(高程)≤5m，E(偏距≤)5m，底模兩側互差小于10mm（3、5點，4、6）。

4 大模定位測量

根據設計要求，確定每塊上半部砼模板的位置，主要控制模板上下游的頂部中心位于隧道軸線上，頂部高程位于設計高程上。其測法見圖七。

圖七

采用徠卡TC600全站儀，首先檢查所用導線點資料，然后根據待測模板塊數，查找模板襯砌位置表，找出待測點位置的里程、高程，即可確定頂部高程。在內層鋼筋上標線，記錄清楚到模板的位置，調整模板，使其到位，再檢查模板位置。圖七中為五個模板特征點：1、5表示與底部成型砼模注的結合點；2、4是頂模與側模的結合部；3為頂模頂點。測量值N（里程）、E（偏離中線距）、H與設計值差值不得大于10mm。

利用洞內獨立坐標系，可直接測出反射鏡中心的N、E、H值，但這并非是立模點所需的數值，還需吧所測數據、反射鏡高、立模點位置進行幾何換算。

例如（見圖八）：側模與頂模相交處（4）、底部砼與側模相交處（5）。

從圖中可以看出4點的N、H不變，但E應增加棱鏡的半徑；而5點E相同，而N、H則需進行轉換，以得到正確值。

現場采用PC4500可編程的計算器，可事先把程序編制好，測出數據后，直接輸入計算器，即可得到真實數據。在完成此項工作后，還需用水準儀利用洞內水準點檢測頂部高程。滿足立模定位要求，方可固定澆注。

5 斷面竣工測量

拆模后經過一點時間（約一周左右）進行斷面竣工測量利用徠卡公司生產的AMT4000型電子端面儀和TC600全站儀配合，進行斷面驗收工作，其做法是：利用TC600全站儀至境于導線點，首先校驗導線的正確性；導線點滿足精度要求后，全站儀置鏡導線點，端面儀置鏡于待測斷面上，全站儀收集兩置鏡點的斜距、儀高、反射鏡高、方位角、豎直角。斷面儀在待測斷面上按間距20cm測點，并自動記錄在電子手薄（掌上記錄器）上。操作方法見圖九。

外業結束后，首先把電子手薄與計算器聯接，將所測斷面資料傳送到計算機內，按照斷面處理程序的要求逐項輸入導線點資料、全站儀所收集資料并進行計算。經過程序處理后，可得到下面的結果（見圖十）。

從圖十中可清楚的看出襯砌質量和襯砌偏差，相對于傳統的驗收方法有較大的改進。并且大大的提高了觀測速度。由于利用了計算機進行后期數據整理，提高了繪制精度與計算精度，可以十分直觀地確定襯砌是否滿足要求，并且測量精度大大提高。對于一個直徑為14.5m的襯砌斷面，只需5分鐘左右即可完成，經濟效益十分可觀。

6 結語

在小浪底水利樞紐導流洞襯砌階段的測量工作中使用了許多與傳統測量方法不同的新設備新方法，并結合實際進行了大膽的工藝創新，大大提高了施工測量的工作效率和測量精度。經過嚴格的驗收，均符合測量規范和施工要求。

作者簡介：

李紅梅（1972-），女，陜西米脂人，工程師，主要從事鐵路、公路、建筑方面測量工作。