三峽垂直升船機高精度混凝土施工測量技術實踐

邱章云，羅琛 ，晏春波

(中國葛洲壩集團股份有限公司測繪工程院，湖北宜昌 443002)

1 工程概況

三峽垂直升船機是三峽水利樞紐的永久通航設施之一，主要作用是為客貨輪提供快速過壩通道，并與雙線五級船閘聯合運行，保障樞紐通航質量。三峽升船機為齒輪齒條爬升式垂直升船機，過船規模為3000 t級，最大提升高度為113 m，具有提升高度大、提升重量大、施工精度要求高等特點，是目前世界上規模最大和技術難度最高的升船機。船廂室為超高層建筑物，平面尺寸為121.0 m×58.4 m，底板頂高程50.0 m，高程50.0 m～196.0 m之間為承重結構塔柱，對稱布置在升船機中心線兩側，每側塔柱由墻筒體墻筒體墻組成，長119.0 m，寬16.0 m，兩側塔柱之間的距離為25.8 m，為升船機船廂室的寬度。驅動系統齒條和安全機構螺母柱均安裝在筒體部分凹槽內的墻壁上(如圖1所示)。其結構復雜，施工強度大，精度要求高，測量控制難度大，質量和形狀尺寸要求極其嚴格。為此，葛洲壩測繪工程院深入開展課題科研，研發了一套行之有效的高精度混凝土的施工測量方法及措施。

圖1 三峽升船機略圖

2 三峽升船機混凝土施工測量精度控制要求

升船機施工精度要求極為嚴格，很多限差指標都超過了國家標準《工程測量規范》和行業標準《水電水利工程施工測量規范》的標準。一般立模澆筑的混凝土測量放樣點位中誤差不得超過表1的規定;塔柱結構、頂部機房結構等特殊形體施工測量允許誤差見表2規定;塔柱結構、頂部機房結構等特殊形體混凝土結構成型后的偏差不超過表3的規定。

建筑物輪廓點測量放樣點點位中誤差 表1

塔柱結構及頂部機房結構施工測量允許誤差 表2

續 表2

混凝土結構面允許偏差 表3

3 三峽升船機混凝土施工測量的技術特征

(1)控制網布設空間狹小，升船機布置在樞紐左岸，永久船閘右側、左岸7#、8#非溢流壩段之間，兩側開挖后，山坡陡峻，施工范圍狹小，布設的控制網平均邊長較短，控制點間的高差較大;最弱點點位誤差要求小于±2 mm。

(2)測量精度要求高。施工層放線、截面尺寸控制、平面軸線放線、金屬結構預埋件放樣等精度要求均在3 mm～5 mm之間;平面和高程基準的垂直傳遞精度要求也均小于±3 mm。

(3)測量技術難度大。三峽垂直升船機高薄壁塔柱結構受溫度、風力、自重、船廂室及平衡重的影響導致變形，且部分結構部位的變形值大于結構施工放樣的允許誤差，結構尺寸控制難度大。

(4)測量作業條件惡劣。因施工范圍狹小，土建施工和金屬結構安裝交叉作業，通視受到嚴重影響，存在高空墜落危險，控制點極易毀壞。

4 主要測量儀器設備

根據三峽垂直升船機土建施工的精度要求，測量儀器主要采用Leica公司生產的TCA2003全站儀(標稱精度:測角0.5″，測距 1 mm+1 ppm)和 DNA03數字水準儀(標稱精度:±0.3 mm/km)以及索佳公司推出的 NET05全站儀(標稱精度，測角 0.5″，測距0.8 mm+1 ppm)。垂直投影采用大連拉特公司生產的最高精度JZC－G20A激光天頂儀，垂直投影標稱精度 1∶200000。

5 混凝土結構線測量控制點的設立

5.1 平面基準垂直傳遞技術

(1)建立高精度施工測量控制網，控制網的觀測采用 TCA2003自動觀測，最弱點點位誤差≤±1.2 mm。高程控制網點與平面網點重合布設，按一等水準測量要求布設成閉合環線。利用布設在50 m高程底板的控制點，一次性將結構輪廓點、結構軸線點、螺母柱、齒條及縱導向等關鍵控制點布設50 m高程底板上，如圖2所示。

圖2 布設在50 m高程底板上的控制網圖

(2)由于升船機塔柱受溫度、日照、風力等影響自身變形較為復雜，為了確保上下基準高度一致，采用JZC－G20A激光自動天頂儀將平面控制點由底板50 m高程面垂直投測至作業倉面，如圖3所示。

圖3 激光天頂儀投測示意圖

(3)各施工倉面模板粗調采用全站儀極坐標法放樣，隱蔽部位或視線遮擋，我們采用一些特殊工裝進行間接測量，可以起到事半功倍的效果。如選用望遠鏡彎管目鏡，可進行角度較大的仰角觀測以及天頂觀測;選用專用反射貼片、精密測量桿以及工業測量中用到一些專業工裝和附件可以解決置鏡困難的問題，如圖4所示。

圖4 特殊測量工裝及附件

(4)模板精調或驗收時，將激光天頂儀架設在50 m高程底板上的投測點，直接將平面位置引測到各施工倉面，形成各倉面結構控制線;同時可作為砼澆筑過程中模板位移的監測線。

5.2 高程基準傳遞技術

三峽升船機塔柱筒體受風、日照、自重荷載、船廂室及平衡重荷載、混凝土干縮等因素的影響，施工期最大豎向變形約為2.5 cm。因此施工期間歇時間稍長，則需要重新從底板進行高程基準的傳遞。經過理論計算和現場試驗，選取電磁波測距傳遞法傳遞高程基準，如圖5所示。

圖5 電磁波測距法高程傳遞

為驗證電磁波測距傳遞基準高程的精度，我們在升船機附近已澆筑的非溢流壩段選取了兩個控制點，一個在船箱室底板51 m高程平臺附近，另一個在壩頂185 m高程平臺上。按一等水準測量的要求進行往返觀測，從船箱室底板施工便道引測至上壩公路，沿上壩公路閉合，水準路線長3.8 km，合計觀測兩天時間，實測兩點的高差為134.5847 m。隨后采用電磁波測距傳遞高程法觀測，分上下午時段，共觀測8測回，實測高差平均值為134.5849 m，且每測回偏差極小。兩種方法量取僅相差0.2 mm。

5.3 應用塔柱結構施工期變形觀測成果指導混凝土施工

施工過程中對塔柱結構的外部變形進行了全天候、實時、三維變形(平面位移及垂直位移)觀測與分析，采用DNA03數字水準儀及TM30高精度自動觀測全站儀結合處理軟件組成塔柱結構變形監測系統，在整個施工過程中不間斷地收集整理分析塔柱結構施工期變形資料。通過對塔柱不同結構軸線和不同高度面布設監測點的變形監測資料分析，掌握了塔柱筒體、螺母柱、齒條、縱導向等部位在不同季節縱向和橫向的變形規律。對不同結構軸線、不同高度，根據變形規律，選擇變形最小時間段進行投測和觀測，盡量減小變形對投測放樣和檢測驗收的影響。

6 混凝土澆筑施工測量放樣

平面位置放樣常用的方法有兩種:①極坐標法;②方向線法。根據施工現場的條件和建筑物幾何圖形繁簡程度，選擇最合適的定位放樣方法。高程放樣采用光電測距三角高程測量;平面放樣采用高精度全站儀。以專用平面控制網點直接作為放樣設站點，設站點采用二維平移平臺實現精確對中(對中誤差不大于0.2 mm，如圖6所示)，點位精度可以控制在±2 mm以內，在塔柱施工放樣時，通常采用0.5″級的高精度全站儀進行觀測，取放樣距離200 m，則平面點位中誤差Mp最大不超過±3 mm，放樣點高程中誤差可控制在±5 mm以內，滿足該形體土建立模的精度要求。引入每個筒體內的標高不少于6個，以便于相互校核。

圖6 二維平移臺及使用

對于施工控制網點無法覆蓋的部位，可以利用底板50 m高程面上的結構軸線控制點，用激光天頂儀將控制點坐標投測到各施工層。再用全站儀進行角度、距離校測，符合點位限差要求后，作為方向及軸線放樣的加密控制點。在通視條件困難的地方采用極坐標法加以補充，相互校核，以保證放樣的精度。

7 混凝土澆筑模板驗收測量

在升船機混凝土施工過程中，對已架立的模板、預制(埋)件進行形體和位置的檢查，測設各種建筑物的立模形體質量是否滿足設計要求。測量精度與施工放樣精度相同，平面點位中誤差Mp最大不超過±3 mm，高程中誤差控制在±5 mm以內。其模板驗收測量分兩步進行，一是直接利用全站儀進行模板初調;二是利用激光天頂儀采用投測方法進行模板終調。

采用激光天頂儀將結構線控制點平面位置引測至與模板相應的高程面上，兩投測點之間張拉一根細線，利用細線對模板進行模板精確驗收和調整，直至滿足設計要求時加固模板，同時在已加固完成的模板上口與投點一致的位置焊接二根強度較高的鋼筋，根據投測坐標在二根鋼條上拉一條鋼絲，形成檢測樣架，作為以后砼澆筑過程中模板位移的監測線。為保證混凝土體的形體，在模板立好后必須進行驗模，并將模板調校至允許范圍之內。

8 注意事項

采用激光天頂儀投測輪廓點，要求在風力較小時段(一般應小于3級)且上午日出之前(最好選擇在0∶00 am～6∶00 am)或是在陰天進行，以減少溫度和風力對筒體或塔柱變形的影響。為保證混凝土體的形體質量，在澆筑模板根據放樣點調校好后必須進行驗模工序，將模板校正至允許范圍再進行加固。

9 結語

結合三峽垂直升船機筒體混凝土施工精度高的特點，我們采用了高精度的測量儀器設備，研究摸索出一套獨到的測量方法完成了升船機混凝土的形體控制。該施工測量控制方法自2009年6月投入到實際操作中以來，混凝土形體尺寸偏差控制良好，解決了高精度混凝土形體控制的施工難題。

此套施工測量控制方法的使用，減少了重復性放樣及模板驗收工作，測量作業功效大為提高，使得整體施工進度明顯加快，提高了工程效益。在確保了混凝土形體控制的同時，為后期的金屬結構及機電設備安裝提供了精度保障。

［1］李青岳，陳永奇.工程測量學［M］.北京:測繪出版社，2002.

［2］張正祿.工程測量學［M］.武漢:武漢大學出版社，2005.

［3］吳子安，吳棟材.水利工程測量［M］.北京:測繪出版社，1993.

［4］周心力.高層建筑竣工測量的組織與施測［J］.城市勘測，2007(5).

［5］宋超，熊琦智.三角高程測量在地下軌道交通工程聯系測量中的應用［J］.城市勘測，2012(1).

［6］DL/T 5173－2003.水電水利工程施工測量規范［S］.