基于TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)的輸水隧洞測量控制技術(shù)研究

白文彬

(遼寧西北供水有限責(zé)任公司彰武管理處，遼寧 阜新 123200)

輸水隧洞高精測量對于其工程建設(shè)質(zhì)量具有十分重要的意義，長期以來，對于輸水隧洞工程測量常采用經(jīng)緯儀進(jìn)行人工觀測，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于測量精度一般較高，但是缺點(diǎn)也較為明顯，測量周期長，自動化程度相對較低，常常影響工程的施工進(jìn)度[1]。近些年來，TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)結(jié)合激光探測原理，在一些隧洞工程在得到應(yīng)用和推廣[2-8]，通過實(shí)際工程應(yīng)用表明，這種方式可實(shí)現(xiàn)隧洞橫向和縱向斷面的快速自動化測量，其可通過測量誤差評估。當(dāng)前，該測量系統(tǒng)已經(jīng)在遼寧地區(qū)的輸水隧洞得到應(yīng)用，為保證該系統(tǒng)的測量精度，需要在工程實(shí)踐中對該測量系統(tǒng)的誤差進(jìn)行分析，并對其測量質(zhì)量控制措施進(jìn)行制定[9]。為此文章結(jié)合工作實(shí)際，對TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)的貫穿精度進(jìn)行分析，研究成果對于輸水隧洞工程高精測量具有實(shí)際意義。

1 測量誤差評估方法

TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)需要對橫向和豎向測量誤差進(jìn)行分析，其誤差評定方程分別為：

(1)

(2)

(3)

式中：myβ為橫向測量誤差評定值值，mm；myl為由于測距影響的橫向誤差評定值，mm；mβ為導(dǎo)線控制誤差，″；ml/l為中軸導(dǎo)線控制誤差，mm；Rx和dy分別為縱向投影距離，mm；n為測定次數(shù)。隧洞內(nèi)外對其貫穿測量影響誤差評定方程為：

(4)

(5)

(6)

式中：mh、m′h分別為隧洞內(nèi)外貫穿測量誤差，mm；M△、M△′分別為隧洞內(nèi)外高程測量誤差，mm；L和L′分別為隧洞內(nèi)外水準(zhǔn)觀測區(qū)間距離，km。為了簡化隧洞導(dǎo)線布設(shè)，橫向貫通誤差以導(dǎo)線兩端作為誤差控制節(jié)點(diǎn)，考慮隧洞橫向貫通測量精度要求，對其誤差控制進(jìn)行改進(jìn)：

(7)

式中：mb為橫向貫通誤差評估值，mm；ms為平均測定誤差。mm；n為導(dǎo)線布設(shè)的條數(shù)；mβ為測量誤差偏轉(zhuǎn)，″；ρ為測量控制參數(shù)；L為導(dǎo)線的總距離，mm；h為導(dǎo)線兩個斷面之間的高差，mm。

2 誤差評定等級劃分

結(jié)合《水利水電工程施工測量規(guī)范SL52-93》對TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)的橫線貫穿誤差等級進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)等級的劃分，劃分結(jié)果如表1和表2所示。

表1 開挖隧洞測量誤差分布

表2 隧洞內(nèi)外貫通誤差標(biāo)準(zhǔn)

3 工程實(shí)例分析

3.1 貫穿誤差分析

結(jié)合遼寧某輸水隧洞工程為實(shí)例，對該工程三個標(biāo)段的TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)的貫穿誤差進(jìn)行評定，誤差評定結(jié)果分別如表3、表4以及表5所示。

表4 某輸水工程第一標(biāo)段貫穿誤差分析結(jié)果

表5 某輸水工程第二標(biāo)段貫穿誤差分析結(jié)果

表6 某輸水工程第三標(biāo)段貫穿誤差分析結(jié)果

輸水隧洞整個分為3個標(biāo)段進(jìn)行施工，第一個標(biāo)段支洞開挖深度為14.5km，支洞布設(shè)的貫通面導(dǎo)線長度為13.5km。采用二等測量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行洞內(nèi)平面質(zhì)量控制。第二個標(biāo)段雙向貫通長度為10.6km，第三個施工標(biāo)段支洞開挖深度為10.2km。從各標(biāo)段橫向貫通誤差評定結(jié)果可看出，各方向貫通誤差均可滿足允許測量誤差的要求，TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)在各標(biāo)段測量中具有較好的測定精度。

3.2 TBM軸線方向誤差評定

為保證TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)的軸線測定精度，對該測量系統(tǒng)的軸線誤差進(jìn)行評定，結(jié)果如表7所示。

表7 TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)軸線誤差評定結(jié)果

TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)軸線誤差可滿足隧洞施工的軸線測量誤差規(guī)范要求，測量誤差均低于0.01m，因此在隧洞施工過程中，采用TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)可較好的滿足隧洞施工測量和支洞開挖軸線的要求。這主要因?yàn)門BM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)觀測軸線連續(xù)、高密度激光測定，并將軸線偏離數(shù)據(jù)在終端進(jìn)行實(shí)時顯示，工程測量人員可按照這個軸線偏離數(shù)據(jù)對TBM挖掘軸線進(jìn)行不斷調(diào)整，從而保證軸線的高質(zhì)量控制。

4 質(zhì)量控制措施

1)當(dāng)系統(tǒng)不能對隧洞開挖斷面進(jìn)行偏差質(zhì)量控制時，可以在主導(dǎo)線范圍內(nèi)加密電子全站儀的觀測次數(shù)，多次采集全站儀的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，反復(fù)測定采集點(diǎn)的高程測量數(shù)據(jù)，從而對其測量精度進(jìn)行控制，是提高TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)測量精度的重要措施。

2)對于施工環(huán)境干擾，使得TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)儀器和棱鏡無法正常工作的質(zhì)量控制措施時，應(yīng)及時進(jìn)行塵和通風(fēng)，若遇到干擾較大情況下在施工現(xiàn)場加大通風(fēng)，見兩個棱鏡與電子經(jīng)緯儀之間的間距保持在75m之內(nèi)，對導(dǎo)向系統(tǒng)原無線連接方式采用有線連接方式進(jìn)行替換，保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞陈省?/p>

3)在工程施工中降低設(shè)備自振施工灰塵對TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的影響，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定和精準(zhǔn)的時期主要集中在系統(tǒng)啟動和換步期間，TBM開挖測量精度分析主要通過其斷面開挖情況進(jìn)行相對應(yīng)的反映。

5 結(jié) 論

1)TBM自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)觀測軸線連續(xù)、高密度激光測定，并將軸線偏離數(shù)據(jù)在終端進(jìn)行實(shí)時顯示，工程測量人員可按照這個軸線偏離數(shù)據(jù)對TBM挖掘軸線進(jìn)行不斷調(diào)整，從而保證軸線的高質(zhì)量控制。

2)若遇到干擾較大情況下在施工現(xiàn)場加大通風(fēng)，見兩個棱鏡與電子經(jīng)緯儀之間的間距保持在75m之內(nèi)，對導(dǎo)向系統(tǒng)原無線連接方式采用有線連接方式進(jìn)行替換，保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞陈省?/p>