引漢濟渭工程越嶺段隧洞工程貫通控制測量研究

陳元申，楊遠程，李引生

（黃河勘測規劃設計研究院有限公司，河南 鄭州450000）

0 引言

引漢濟渭工程又稱陜西南水北調工程，用以滿足西安、咸陽、寶雞、渭南4 重點城市及沿渭河兩岸的11 個縣城和6 個工業園區的調輸配水工程，是解決陜西關中、陜北缺水的戰略性水資源配置工程。該工程在陜西省陜南地區的漢江干流黃金峽和支流子午河分別修建黃金峽水利樞紐和三河口水利樞紐，兩處水源經調蓄后通過秦嶺輸水隧洞（分黃三段和越嶺段）送至陜西省渭河流域關中受水區[1～2]。

秦嶺輸水隧洞進口位于秦嶺隧洞越嶺段水利樞紐壩后左岸，出口位于陜西省關中周至縣黑河右岸支流黃池溝內，隧洞全長98.3 km，由越嶺段和黃三段組成。越嶺段全長81.8 km，采用不同支洞同時掘進“長隧短打”的方法進行施工。如何實現各個支洞順利掘進至主洞以及對打實現貫通是越嶺段施工的重點和難點。隧洞的精密貫通與施工過程中精細的測量工作是分不開的，而施工過程中的測量工作是以建立精度可靠的測量控制網為基礎的。

引漢濟渭越嶺段隧洞未貫通部分為3#～5#洞之間。3#支洞～4#支洞口之間主洞長度12257 m，3#支洞長度3872 m，4#支洞長度5820 m，相向開挖總長度21949 m。4#支洞～5#支洞口之間主洞長度16880 m，4#支洞長度5820 m，5#支洞長度4595m，相向開挖總長度27295 m。本文討論了實現3#～5#洞之間順利貫通而進行的該段控制網的優化設計。

1 控制網布設及觀測

控制網包括洞外控制網和洞內控制網，均包含平面控制網和高程控制網。

1.1 洞外平面控制網

保證隧洞準確貫通是隧洞施工的重中之重。過去洞外平面控制網常采用三角網、導線網、邊角網等常規布網形式，隨著GNSS 技術的推廣應用，目前洞外控制網主要采用GNSS 觀測的手段進行施測。由于GNSS 觀測無需通視，該技術用于隧道工程較常規測量方法有布點少、精度高、工期短等優點。

洞外平面控制點的作用是為進洞聯系測量提供起算坐標，其精度直接影響隧洞的貫通精度。在3#～5#支洞每個洞口布設三個強制觀測墩，一個正對洞口為進洞點，另外兩個分別為定向點和檢核點，進洞點與另外兩點間距離控制在300 m 以上。采用GNSS 靜態模式以邊連接方式進行平面控制網的觀測，3#～5#洞之間進行聯測，精度指標見表1。

表1 GNSS 觀測精度指標

1.2 洞外高程控制網

洞內豎向貫通誤差主要受高程控制網精度的影響。洞外高程控制點為2011 年布設的地面標，2015 年進行了第一次復測，復測是沿108 國道將秦嶺兩側的控制點按附和路線進行二等水準觀測。本次通過直接翻越秦嶺將嶺南和嶺北的高程點進行聯測，按二等水準測量的精度進行施測。

1.3 洞內平面控制網

一般隧洞內空間狹長，平面控制網多采用精密導線的形式。隨著光電測距技術與全站儀設備的發展，洞內導線有單導線、主副導線、雙導線、菱形交叉導線等多種形式。對于長隧洞一般采用雙導線環或者交叉雙導線的形式進行觀測，以增加復核條件、增加多余觀測來提高觀測精度。

隧洞內平面控制點是直接用于指導隧洞掘進施工的控制點，采用對點的形式進行布點，采用交叉雙導線網法[3～5]進行觀測，觀測網圖見圖1，其中XGPS301 為進洞點，XGPS302 和XGPS303 是定向點和檢查點，其余點為洞內導線點。按二等導線精度施測，精度指標見表2。

圖1 交叉雙導線路線示意圖

1.4 洞內高程控制網

利用洞內平面控制點作為高程控制點，不再單獨埋設高程控制點。洞內高程控制按二等水準測量精度進行施測。

2 貫通誤差估算

2.1 貫通測量容許誤差

《水利水電工程施工測量規范》（SL 52-2015）中“地下工程測量”表9.1.2 規定，水工隧洞開挖的容許極限貫通誤差應符合表3 的規定，貫通中誤差分配值應符合表4 的規定。

表3 水工隧洞開挖貫通測量容許極限誤差值

表2 二等導線技術指標

表4 貫通中誤差分朽值

2.2 貫通誤差估計

2.2.1 洞外貫通誤差估計

洞外控制網采用GNSS 方法觀測，假定進洞點為C，出洞點為J，貫通面為P，洞外GNSS 測量誤差包括GNSS 點的點位中誤差和進洞定向基線邊的方位角中誤差。根據誤差傳播定律，GNSS 點的點位中誤差和定向邊的方位角中誤差對進洞導線在貫通面的橫向貫通誤差影響按下式計算：

式中：M 為洞外GNSS 控制測量誤差引起的隧道橫向貫通中誤差；mJ,mc為進、出口GNSS 控制點的Y 坐標誤差；θ,φ 為進、出口控制點至貫通點連線與貫通點線路切線的夾角；LJ，Lc為進、出口GNSS 控制點至貫通點的長度；maJ，maC為進、出口GNSS 聯系邊的方位中誤差；L 為相向開挖隧道計算設計長度；mG為GNSS 測量定向聯系邊方向誤差；ρ 為邊角常數206265。

根據規范規定，GNSS 控制網的相鄰點的相對精度優于10 mm，考慮到山嶺隧道測量的復雜性和特長隧道GPS 邊較長等因素，可以取20 mm，基線方位角中誤差可取1.0″代入上式可求得：

2.2.2 洞內貫通誤差估計

式中：mq為洞內導線測量誤差引起的橫向貫通誤差；myβ為測角誤差影響在貫通面上的橫向中誤差，mm；myl為測邊誤差影響在貫通面上的橫向中誤差，mm；mβ為控制網設計的測角中誤差，″；Rx為控制網各點至貫通面的垂直距離，m；為控制網設計的邊長相對中誤差；dy為控制網各邊在貫通面上的投影長度，m。

洞內導線按二等導線精度要求進行觀測，測角中誤差取1.0″，每公里測邊中誤差取2 mm,洞內導線平均邊長500 m,估算3#～4#貫通面，4#～5#貫通面洞內導線對橫向貫通誤差的影響：

橫向貫通誤差估計：

以上估計是以最不利的情況進行估計，根據誤差估計，洞外GNSS 按二等GNSS 網觀測，洞內按二等導線網布設能夠滿足橫向貫通精度的要求。

2.2.3 高程貫通誤差估計

以4#～5#貫通測量估計，洞外水準為附合路線，按二等水準全中誤差2.0 mm，洞內取二等水準每公里偶然中誤差1.0 mm進行估計，結果滿足規范要求。

根據估算，即使地面高程控制網按二等附合路線繞道108國道，水準線路長度達到260 km，洞內水準按二等水準精度觀測，完全能夠滿足豎向貫通限差的要求。

3 結論

引漢濟渭工程越嶺段洞外平面控制網采用二等GNSS 精度施測，洞外高程控制網采用二等水準測量的方式施測，洞內平面控制網按二等導線的精度采用交叉雙導線的形式進行測量，洞內高程控制網采用二等水準的形式進行測量，越嶺段3#～5# 之間主洞部分可在滿足規范要求的前提下實現精準貫通。

2018 年12 月，引漢濟渭工程越嶺段3#～4#洞之間已經實現貫通，橫向貫通誤差約8 cm，豎向貫通誤差約2 cm。