金沙江乌东德水电站导流洞开挖控制测量的布设及应用

杜正乔,贾洪英

(长江三峡技术经济发展有限公司,北京 100038)

文章编号：1006—2610(2015)04—0027—04

金沙江乌东德水电站导流洞开挖控制测量的布设及应用

杜正乔,贾洪英

(长江三峡技术经济发展有限公司,北京 100038)

利用乌东德水电站工程中对导流洞的开挖放样、采用岩壁上布设控制点,对各种自由设站的数学模型进行了探讨,介绍了自由设站在乌东德水电站导流洞施工测量中的具体实施方法及应用,并提出了自由设站法的测量优势，测量精度满足规范要求。

乌东德水电站;导流洞;施工测量;自由设站

1 工程概述

乌东德水电站是金沙江下游河段4个水电梯级——乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水电站中的第1座梯级，坝址所处河段的右岸隶属云南省昆明市禄劝县，左岸隶属四川省会东县。

乌东德水电站的开发任务以发电为主，兼顾防洪。电站总装机容量10 200 MW，年发电量393.4亿kWh。工程建成后还有拦沙、发展库区航运和改善下游航运条件等综合利用效益，是西电东送骨干电源点之一。

乌东德水电站枢纽由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统等主要建筑物组成。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝，正常蓄水位975 m，坝顶高程988.0 m，最大坝高265 m；引水发电系统采用地下厂房，左、右两岸各布置6台单机容量850 MW的水轮机组，均靠河岸侧布置；左岸靠山里侧布置2条导流隧洞，尾段与厂房尾水隧洞结合，右岸靠山里侧布置3条导流隧洞，其中2条尾段与尾水隧洞结合。

2 测量问题的提出

由于乌东德水电站工程左、右岸导流洞的规模、地质特点等因素，在施工开挖过程中，为了利于开挖、支护施工组织和高边墙稳定，导流洞开挖采用边开挖边支护的施工方法，这样对施工测量的控制及放样形成了困难。

2.1 施工控制点维护困难

导流洞开挖断面尺寸大，且平行布置，距离近，交叉洞室多；洞室顶拱分布有缓倾角层内错动带，对顶拱围岩稳定不利；高边墙及顶拱开挖稳定问题突出。选择合理的施工程序和方法，是既好又快地施工，确保导流洞稳定的根本。导流洞分层开挖施工，有利于开挖、支护施工组织和高边墙稳定，分层开挖减少了每层的高度，便于及时支护，也有利于抑制高边墙的变形。导流洞开挖支护见图1。但是对施工测量放样的控制点却很难维护,因为是分层开挖,制作的控制点无法长久保留,损坏度很大。

图1 导流洞开挖支护示意图 单位：m

2.2 施工控制点布设困难

为了加快导流洞的开挖施工进度，右岸导流洞的中导洞开挖主要利用右下1号施工支洞、第Ⅱ层开挖利用右下4号施工支洞、第Ⅲ层开挖利用右下2号施工支洞等施工通道，为导流洞上、中、下层立体开挖提供通道。施工支洞平面布置见图2，这样交错作业，施工支洞无法按常规布设控制点,只有将控制点布设在中导洞的施工洞口,布设的控制点数量少。

2.3 对外开口少，通风散烟难度大，测量通视差

导流洞开挖高度大，对外通道复杂、通透性差、很难形成有效的通排风通道；导流洞开挖、支护高峰期，工作面多、多工序持续平行交叉作业，其施工环境复杂，通风散烟难度很大，因为施工现场灰尘大，通视条件差，在这种环境中测量，对测量的通视造成很大的困难。

3 测量问题的解决办法

导流洞开挖高度大，通视条件差，利用正常的测量放样方法无法满足现场的测量工作，通过测量人员结合现场工作环境，技术方面的多次探讨，采用自由设站的平面坐标计算方法进行测量放样。

全站仪自由设站定位法是自由选择测站位置，对周围的控制点进行测角和测边，确定测站点坐标

图2 右岸导流洞施工支洞平面布置示意图 单位：m

的方法。自由设站分测角后方交会，测边后方交会，边角后方交会3种基本形式，本文重点讨论边角后方交会的平面坐标计算数学模型[1]。

3.1 观测角和边PA的后方交会

在待定点P上架设仪器，后视已知点A，旋转仪器照准B点，测量∠P的角度与PA边的距离，这种图形采用正弦定理解算三角形。

(1) 计算已知点A、B的距离和方位角(图3)

(2) 用正弦定理算出∠B

∠A=180°-∠B-∠P

(3)计算P点坐标

αAP=αAB+∠A

XP=XA+SPA·cosαAP

YP=YA+SPA·sinαAP

图3 角边后方交会示意图

3.2 观测PB边和一角的后方交会

如图4所示，在待定点P上架设仪器,观测∠P和测量PB边,这种图形的解算与观测PA边的前一种情况类似，这种计算方式省略。

图4 边角后方交会示意图

3.3 观测两边和夹角的后方交会

见图5，在待定点P上架设仪器,观测水平角∠P,同时测量PA和PB边,这种图形可以用严密平差的方法计算出坐标，也可以看作是图3、4两个图形的叠加，分别计算2套坐标后取平均值即可得到P点的坐标。

图5 两边和夹角的后方交会示意图

4 在导流洞开挖中的应用

导流洞各层开挖伴随支护适时进行，开挖一层支护一层。这样给测量布设控制点造成了很大的难度, 布设在顶板太高，布设在地上遭汽车来回碾压，不易保护。但是施工进度迫切需要采用新的测量方法进行测量控制点的布设及应用。测量人员经过多次探索试验，摸索出在洞壁上布设控制点，采用边角后方交会的自由设站方法解决对基本导线的延伸和应用。

4.1 在洞壁上测设控制点的方法

4.1.1 布设方法及样式

洞壁控制点一般用于导流洞预裂面放样，它是在中导洞开挖时主导线的基础上布设的。在主导线上设站，架设整平仪器，在洞壁面上选择较为突出的部位用红油漆点一直径约为2 mm的小圆点，外部用油漆画一直径约为8～10 cm的三角点或大圆圈，并写上导线点点号，这样一个洞壁点便布设完毕。洞壁点的样式如图6所示[2]。

4.1.2 洞壁控制点的测量

(1) 在主导线点上支点

在洞壁上布设完毕，即可测量这些点的坐标，首次测量是在已知的高级地下导线点上架设全站仪，用棱镜和全站仪测量导线点的方法直接测出点的洞壁控制点的平面坐标和高程。

测量时一般只有一个测回，即正镜和倒镜分别测出洞壁点的坐标和高程，然后取平均值，作为该点的最终坐标和高程。

以后当导流洞向前开挖一单元时，后面的主导线要及时跟进，在新的主导线点上重新布设新的洞壁点。

(2) 利用边角后方交会点，继续布设洞壁点

实际工作中，导流洞开挖面需要随时放样，最早布设的洞壁点，不可能一直作为放样时的已知点。这时距离最近的主导线点距离开挖面又比较远，在这种情况下,可以用洞壁上控制点为基准点，采用边角后方交会的方法得出测站点的仪器中心坐标，并以距离仪器较远的洞壁点为后视，继续在洞壁上布设新的洞壁点，解决对基本导线的延伸[4]。

4.2 测站点坐标的得出

在施工开挖现场,可以自由设站,采用边角后方交会法，具体观测如图7。

图7 自由设站后方交会图

在P点架设全站仪，观测边长PA、∠P

(1) 采用可编程序计算器计算P点坐标

观测时边长直接读出，角度观测可以用半测回。采用CASIO 4850计算器,可直接计算出测站点P点的坐标。

(2) 直接采用全站仪测量并计算

目前各种全站仪(如徕卡系列和拓普康系列全站仪)自身都带有自由设站程序，可以进行各种形式的自由设站[5]。

4.3 在洞壁上布设控制点，采用自由设站进行放样测量的优势

(1) 方便快捷地解决了隧洞高速掘进的测量

问题。

尽管要大致选择一下测站的位置，但仍然是任意设站，全站仪无需对中，得到的高程直接是仪器望远镜中心高程，不需要丈量仪器高，测量设站的速度应当是最快的、最方便的。

(2) 这里架设仪器不用对中,仪器对中误差为0，是其它测量方法所不及的。

(3) 解决了导流洞开挖测量设站的困难，对掘进作业没有影响，不仅为测量人员解决了设站困难，也深受现场开挖人员的欢迎,提高了测量现场的放样速度。

(4) 对于只有2个已知点的自由设站，把半个测回的测量工作改为1个测回。但是在实际工作中尽量用三点后方交会。通过我们在现场的实践证明，采用自由设站的测量方法，其精度完全可以满足现场测量放样的需要[6]。

5 结 语

根据乌东德水电站工程导流洞的开挖特点，测量人员通过多次研究、探讨，现场实验，最终解决了布设控制点困难的问题，在开挖的岩壁上布设控制点，采用自由设站的方法测量放样，有效地提高了导流洞的开挖放样精度及放样速度，有效地将开挖质量控制在规范范围内，为以后测量人员遇到这样的项目可以作为借鉴[7]。

[1] 张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2010.

[2] DL/T 5173-2012,水电水利工程施工测量规范[S].北京：中国电力出版社，2012.

[3] GB 50026-2007,工程测量规范[S].北京：中国计划出版社，2007.

[4] 崔洪斌.Auto CAD实践教程[M].北京：高等教育出版社，2005.

[5] 王文胜，孙全，杜正乔.浅谈水利枢纽地下洞室群工程监理测量过程控制[J].水利学报,2011,(6):81.

[6] 杜正乔，付江山.数字正射影像图在SCS G2004软件中的应用[J].西北水电,2011,(6):81-84.

[7] 杨爱明.溪洛渡地下主厂房开挖控制测量的布设及应用[C]//水利水电测绘科技论文集,长江出版社,2012.

Arrangement and Application of Control Survey of Excavation of Diversion Tunnel,Wudongde Hydropower Project

DU Zheng-qiao, JIA Hong-ying

(Yangtze Three Gorges Technology and Economy Development Co., Ltd., Beijing 100038, China)

By application of the excavation setting of the diversion tunnel and the control points arranged on the rock wall of Wudongde Hydropower Project, the specific implementation methods and application of free station in the construction surveying of the diversion tunnel of Wudongde Hydropower Project are introduced. Furthermore, the surveying advantages of the free station are proposed. The surveying precision satisfies the requirements of specification as well.Key words: Wudongde Hydropower Project; underground diversion tunnel; construction survey; free station

2014-09-17

杜正乔(1968- ),男，甘肃省康乐县人，高级工程师，从事工程测绘工作.

TV522；TV221

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.007