帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞施工測量技術與應用

馮貴元

(中國水利水電第十一工程局有限公司 ，河南 鄭州 450000)

1 洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞工程概況

洪都拉斯Patuca 3 水電站位于奧蘭喬首府Jutigalpa以南50 km、Guayamre河和Guayape河交匯處下游，距之約5 km，距首都特古西加爾巴約200 km。

工程樞紐建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪系統(tǒng)、岸邊引水發(fā)電系統(tǒng)組成。引水系統(tǒng)布置于右岸，采用一洞一機單元供水方式(機組臺數共2臺)，由壩式進水口、引水隧洞和壓力鋼管三部分組成。進水口位于大壩10號擋水壩段，底板高程265.0 m，1#引水線路總長為228.019 m，2#引水線路總長為245.358 m，直徑7 m，壓力鋼管平均長17 m，內徑6.2 m。引水洞斷面由方變圓段、上彎段、斜坡段、下彎段、漸變段和廠房城門洞段組成，引水隧洞的襯砌部位主要是方變圓到下彎段，斜坡段的結構坡比為20.814%，引水隧洞從2016年02月初開工，于2018年04月初開挖、支護、襯砌和壓力管道回填全部結束，經過最終上、下貫通測量，其點位精度均在水利水電施工測量規(guī)范內，從而為帕圖卡Ⅲ水電站如期蓄水發(fā)電奠定了堅實的測量基礎。

2 測量放樣方法及其點位的確定

引水隧洞開挖根據引水及發(fā)電系統(tǒng)施工方案設計從明挖段(方變圓)和廠房隧洞出口，兩端同時一起施工貫通。先由1#引水洞貫通后再進行2#引水洞施工，減少對山體的擾動。按照施工要求在洞進口和洞出口旁邊布設施工控制點，與洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站控制網形成閉合導線，洞內施工控制點均由洞外經過埋設的導線點逐級傳至布設好的施工控制點上，使其施工控制點位誤差滿足相應水工建筑物測量規(guī)范要求。

引水洞部位由進口方變圓、上彎段、斜坡段和下彎段為鋼筋混凝土襯砌段，不允許存在欠挖，直接影響鋼筋的安裝，在開挖階段需嚴格控制超欠挖。由下彎段到引水隧洞出口(廠房)為壓力管道回填段，只需要控制在允許超欠挖10 cm范圍之內。

2.1 測量放樣方法和數據處理方法：

根據施工放樣所提供的一臺LeicaTS11+R400紅外線可見光無棱鏡反射全站儀，配合專業(yè)測量工具棱鏡放樣施工，其全站儀測角精度為1″，測距精度為±(1 mm+1.5 ppm×D)。采用直接由離施工面較近控制點轉測站到施工面附近，用全站儀坐標法測定其測點的坐標值，將全站儀顯示屏的坐標值，輸入到核算無誤的測量計算程序CASIOfx-5800P型函數編程計算器內，進行現場測量數據計算后得出測點與設計點的改正值來確定測點的設計位置。

2.2 測點精度估算：

采用全站儀坐標法測定其測點的坐標，按《水利水電工程施工測量規(guī)范》(DL/T 5173-2003)的附錄H平面位置方法精度估算公式的H.1全站儀坐標法進行測點精度評定，其精度評定結果為測點的點位精度均滿足規(guī)范要求。

由于引水隧洞從方變圓到下彎段設計為直線段，根據引水洞的中心線建立施工坐標系為水平投影，北坐標X是洞的樁號，東坐標Y是洞的左右居中位置，高程H就是標高。簡易現場施工坐標的難度，提高了現場施工放樣的速度和精度。

3 測量放樣數據處理

由現場測量人員利用全站儀進行數據采集保存，取出全站儀內存卡通過電腦徠卡辦公軟件導出數據，進行AUTOCAD斷面繪圖計算。設計標準斷面是以引水隧洞中心線所建立的坐標系，斷面圖中的X軸和Y軸分別為高差值和水平偏離值，為了實測斷面與設計標準斷面進行核算對比。

3.1 方變圓段測點坐標改正編程計算思路

(1) 根據設計提供的參數方程式，計算出L樁號位置a、b、r的值：

a=5.8×(10-L)÷10

b=7×(10-L)÷10

r=7×L÷20

(1)

(2) 以隧道的中心線定位參考線，左邊為負右邊為正，中心EL268.5區(qū)分上下，計算出圓角圓形坐標，因為圓角對稱，根據坐標值來確定圓角位置和漸變邊線。如下：

OHG=268.5+b/2=C;SBG=OHG+r=F；OXB=+a/2=D；ZYB=OXB+r=E

(2)

(3) 確定圓角的位置以后，就可以計算出圓角范圍內的任意點R。如下：

R=√((H-C)2+(Abs(Y)-D)2)-r=W

(3)

(4) 根據以上表達式，洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞方變圓段(文件名: YSDFBY )計算程序編程如下：

L1 Lbl 8

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “P” ?P

L3 “A=”: 5.8×(10-X)÷10÷2→A◢

L4 “B=”: 7.0×(10-X)÷10÷2→B◢

L5 “R=”: 7.0×X÷20→R◢

L6 Lbl 1: “H”？H

L7 If H≧268.5: Then Goto 2: Else If H<268.5: Then Goto3：If End

L8 Lbl 2

L9 “OHG=”:268.5+B→C◢

L10 “SBG=”:C+R+P→F◢

L11 “OXB=”:A÷1→D◢

L12 “ZYB=”:D+R+P→E◢

L13 “RS=”:√((H-C)2+(Abs(Y)-D)2)-R-P→W◢

L14 Goto 8

L15 Lbl 3

L16 “OHG=”:268.5-B→C◢

L17 “XBG=”:C-R-P→F◢

L18 “OXB=”:A÷1→D◢

L19 “ZYB=”:D+R+P→E◢

L20 “RS=”:√((H-C)2+(Abs(Y)-D)2)-R-P→W◢

L21 Goto 8

注：程序中P為設計結構邊線的偏移值，用于鋼筋邊線放樣。

上述計算程序已在洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞方變圓段內測量放樣成功使用，在此列出以供參考。

3.2 上彎段測點坐標改正編程計算思路

(1) 確定測點(X，Y，H)在上彎段內的軸線樁號，步驟如下：

①根據設計圖紙上彎段圓心在起點處的設計軸中心線的設計樁號是0+10，設計高程是233.5，計算出放樣點圓弧的夾角：

A=tan1-1((X-10)÷(-233.5))

(4)

②根據圓弧長計算公式，計算出上彎段內的軸線樁號L,其表達式如下：

L=10+A÷180×π×R

(5)

(2) 確定測點與上彎段圓心半徑的偏差值，步驟如下：

①計算出測點到上彎段圓心的距離，其表達式如下：

S=Pol(X-10，H-233.5)

(6)

②根據設計圖紙上彎段圓弧的半徑為35 m，其測點與圓心半徑的偏差值表達式為：

⊿H=S-35

(7)

(3) 根據以上表達式，洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞上彎段(文件名: YSDSWD )計算程序編程如下：

L1 Lbl 0

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “H” ?H: “SQXBJ”?R： “DZBJ”?V

L3 “A=”: tan1-1((X - 10)÷(H - 233.5)→A：“ZH=”：10+ A÷180×л×R→Q◢

L4 “S=”: Pol( X - 10，H - 233.5)→S◢

L5 “GC=”: S-R→K◢

L6 “SW=”: (R+V)-S→M◢

L7 “XW=”: (R-V)-S→N◢

L8 “CQW=”: √(K2+Y2)-V→W◢

L9 Goto 0

注：程序中“SQXBJ”為上彎段半徑，“DZBK”為隧洞半徑，鋼筋邊線放樣，只需輸入“DZBK”參數半徑。

上述計算程序已在洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞上彎段內測量放樣成功使用，在此列出以供參考。

3.3 斜坡段測點坐標改正編程計算思路：

(1) 確定測點(X，Y，H)在斜坡段內的軸線斷面樁號，步驟如下：

①根據設計圖紙斜坡段的起點樁號是0+17.132，設計高程是267.766，設計坡比為20.814%的降坡，計算出放樣點的圓心高程：

OX=267.766-(X-17.132)×0.208 14

(8)

②根據設計圖紙斜坡段斷面樁號與垂直投影的夾角為θ=11.7576°，軸線斷面實際樁號的表達式如下：

DZZH=X-sin(11.7576°)×(H-OX)

(9)

(2) 確定測點位置到斜坡斷面圓心的高差，計算出放樣點的結構邊線，根據設計圖紙斜坡段斷面樁號與垂直投影的夾角為θ=11.7576°，測點軸線斷面到圓心的實際高差表達式如下：

GC=(H-OX)×cos(11.7576°)

(10)

(3) 根據以上表達式，洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞斜坡段(文件名: YSDXPD )計算程序如下：

L1 Lbl 0

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “H” ?H: “R”?R

L3 “OX=”： 267.766-(X-17.132)×0.20814→G ◢

L4 “DZZH = ”： X- sin(11.7576°)×(H-G )→D ◢

L5 “GC=”：(H-G )×cos(11.7576°)→M◢

L6 “CQW=”: √(M2+Y2)-R→E◢

L7 Goto 0

注: 斜坡段放樣主要考慮它的實際斷面樁號與圓心的高差。

上述計算程序已在洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞斜坡段內測量放樣成功使用，在此列出以供參考。

3.4 下彎段測點坐標改正編程計算思路：

(1) 確定測點(X，Y，H)在下彎段內的軸線樁號，步驟如下：

①根據設計圖紙下彎段圓心在終點處的設計軸中心線的設計樁號是0+150.223，設計高程是265.6，計算出放樣點圓弧的夾角：

A=tan1-1((150.223-X)÷(265.6-H)

(11)

②根據圓弧長計算公式，計算出下彎段內的軸線樁號L,其表達式如下：

L=150.223-A÷180×л×R

(12)

(2) 確定測點與下彎段圓心半徑的偏差值，步驟如下：

①計算出測點到下彎段圓心的距離，其表達式如下：

S=Pol(150.223-X，265.6-H)

(13)

②根據設計圖紙下彎段圓弧的半徑為25m，其測點與圓心半徑的偏差值表達式為：

⊿H=25-S

(14)

(3) 根據以上表達式，洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞下彎段(文件名: YSDXWD )計算程序編程如下：

L1 Lbl 0

L2 “X” ?X: “Y” ?Y: “H” ?H: “SQXBJ”?R： “DZBJ”?V

L3 “A=”: tan1-1((150.223-X)÷(265.6-H)→A：“ZH=”：150.223- A÷180×л×R→Q◢

L4 “S=”: Pol(150.223-X，265.6-H)→S◢

L5 “GC=”: R-S→K◢

L6 “SW=”: (R-V)-S→M◢

L7 “XW=”: (R+V)-S→N◢

L8 “CQW=”: √(K2+Y2)-V→W◢

L9 Goto 0

注：程序中“SQXBJ”為下彎段半徑，“DZBK”為隧洞半徑，鋼筋邊線放樣，只需輸入“DZBK”參數半徑。

上述計算程序已在洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞下彎段內測量放樣成功使用，在此列出以供參考。

4 結束語

眾所周知，測量數據的計算處理一直是影響測量進度和測量效益的關鍵因素之一，本文通過對洪都拉斯帕圖卡Ⅲ水電站引水隧洞方變圓段、上彎段、斜坡段、下彎段的施工測量放樣和測量數據的計算處理方法，重點討論了在該類項目現場施工測量放樣方法和測量數據的計算處理和校核方法。通過充分利用CASIOfx-5800P型函數編程計算器具有函數豐富、語句簡單、內存大、操作方便簡單、計算快速準確的特點進行編程計算，從而給測量人員帶來了巨大的方便，對今后在相同類似的工程項目施工測量中的測量放樣方法和測量數據的計算處理提供了借鑒的經驗。