新疆波波娜水电站引水隧洞贯通测量方案

张世军 潘立志

摘 要：文章通过对波波娜水电站发电引水隧洞的贯通测量，详细介绍了贯通测量的误差预计以及在贯通测量中的施测方案和方法，确保隧洞的顺利贯通。

关键词：贯通测量方案；误差分析；误差预计

1 工程概述

波波娜水电站工程由拦河坝、发电引水洞、发电厂房和尾水渠等建筑物组成。发电引水洞为开挖直径6.2m的圆形隧洞，整个引水系统总长12.393km，其中引水隧洞段长11.629km，纵坡1/380，共分1个主洞进水口、4个支洞口、1个出水口。各个洞口之间受地形限制，通视条件差，交通条件也较为不便。鉴于实际情况的考虑，洞外采用二等GPS平面控制网和二等（部分为三等）水准高程控制网，洞内采用支导线或双支导线控制测量的方法实施施工测量。

2 贯通测量方案

2.1 概述

为了隧洞贯通后接合处的偏差不超过规范允许的限差要求，满足隧洞贯通的精度，所以贯通测量的方案选择和误差预计都是必要的。贯通测量方案和方法选用的是否合理，一方面要看它们在实地施测时是否切实可行，另一方面还要看贯通测量的精度是否能满足隧洞贯通的设计允许偏差要求，做到隧洞贯通心中有数。根据《水电水利工程施工测量规范》（DL/T5173-2003）要求，贯通测量限差如表1所示。

2.2 洞外控制测量

平面控制网为设计院提供的二等GPS施工控制网，中央经线为79度30分，边长投影面为1830面和1590面，每个洞口附近都至少有两个相互通视的网点。高程控制网为设计院提供的二等水准网，每个洞口附近都设有一个水准基点。在交接桩后对设计院提供的首級控制网进行复测，确定其精度达到规范要求后，方能进行施工测量。

2.3 洞内控制测量

2.3.1 控制点的布设。洞内控制测量包括平面和高程两部分，受洞内地形条件限制，场地狭窄，控制点只能以导线形式布设，导线分为基本导线和施工导线，基本导线和施工导线宜沿洞壁两侧交叉布设（以减少旁折光影响），主要拐角点和进洞控制点可埋设混凝土观测墩。洞内控制测量按三等导线的技术要求进行施测，最短平均边长360m，测角中误差±1.8〃，测边中误差±5mm，边长相对中误差1/150000。高程控制网以设计院提供的二等水准点为基础，按三等水准要求引测到各施工支洞口附近，高程标石可与基本导线标石合一，对于支导线线路应进行两组独立观测。

2.3.2 外业测量。洞内导线测量用徕卡TCR402全站仪（测角精度2″，测距精度2mm+2ppm）进行施测，仪器的精度完全满足三等导线测量的要求。角度观测采用方向观测法，水平角观测9测回，天顶距4测回，测距4测回，边角均进行往返观测。

高程控制测量用DS3200自动安平水准仪进行施测（仪器的标称精度为±1mm/km），在每一测段的往测与返测时，测站数应为偶数，否则应加入标尺零点差改正，由往测转向返测时，两标尺必须互换位置并应重新安置仪器。

洞内控制测量应在施工不影响时进行，并加强通风，保证照明充分，提高清晰度。以良好的施测环境，确保测量的精度。洞内导线向前延伸，施测时必须联测两个以上同等级控制点，在确定前面点位正确无误后方可向前延伸。

2.3.3 内业计算。测角时，每站的左右角都观测，并进行测站平差；测距时，将大气温度和气压输入仪器进行气象改正，根据仪器鉴定常数进行加、乘常数改正，然后进行归算到高程投影面改正；要对整个导线网进行严密平差计算，以减少测量误差的积累。

3 贯通误差分析

在隧洞施工中，由于洞外控制测量、联系测量、洞内控制测量以及细部放样测量的误差积累，使两个相向开挖的施工中线不能理想地衔接，产生的错开现象，叫做贯通误差。贯通误差包括纵向贯通误差、竖向（高程）贯通误差、横向贯通误差。一般来说纵向贯通误差只影响隧洞的长度，对工程质量关系不大，因此要求并不高。竖向（高程）贯通误差会影响贯通面的光顺或影响隧洞的坡度，要求较高。但实际经验表明，应用水准测量的方法容易达到所要求的精度。横向贯通误差会影响隧洞有效断面的大小，如果误差太大致使隧洞贯通面左右错开，就必须采取其他补救措施，这些都会造成很大经济损失并拖延工期，可见影响贯通误差的主要因素为横向贯通误差。

洞内基本导线受施工面狭窄影响，通常只能布设成支导线，而且不可能一次测完，只有开挖掘进一段距离后才可布设一个新点，为了施工放样的需要，一般每开挖掘进20-50m就要增设一个施工导线点，但导线边太短会增加横向误差。直伸等边（为了使公式简单便于说明）的支导线中端点的横向误差是由角度误差引起的：

每条导线边的长度对导线全长[s]无影响，但它会影响n值。导线边越短，n值越大。如果测角精度不变，支导线总长不变，但采用较长的导线边，就可以减少n数，从而减少端点的横向误差。因此在洞内布设基本导线时，如洞内空气质量好视线清楚导线边尽可能做的长一些。

4 贯通误差预计值估算

隧洞贯通误差由洞外和洞内控制测量两部分组成。由于洞外采用GPS网控制测量，因此，文章只对洞内贯通误差预计值做出估算。

波波娜引水洞共分三个贯通面进行横向、纵向、竖向贯通控制，下面以3#支洞和4#支洞（引5+971.880至引7+806.719）之间，贯通导线全长2159m，贯通面在引6+900处为例，对洞内贯通误差预计值做出估算。根据隧洞设计开挖图，按一定比例尺在CAD软件上绘出隧洞开挖平面图及贯通面位置，充分考虑开挖施工时洞内的测量环境以及测量精度的提高，合理选出导线点位置，并展于图上。如图1所示。

4.1 横向贯通误差预计

横向贯通中误差是由导线测角误差和导线边长误差所引起，根据误差传播定律，导线测角及测边是相互独立的两个量，得出横向贯通中误差常用的估算公式为：

上式中：myβ-由于测角中误差所产生的在贯通面上的横向中误差，m；mβ-测角中误差，〃；ρ-206265〃；Rx-导线点到贯通面的垂直距离，m；myL-由于测边中误差所产生的在贯通面上的横向中误差，m；mL/L-导线边相对中误差；dy-导线边在贯通面上的投影长度，m；My-洞内导线测量在贯通面上所产生的总的横向中误差，mm；n-导线组数。

在图1上量取各导线点到贯通面的距离Rx和各导线边在贯通面上的投影长度dy列入表2。

根据《水电水利工程施工测量规范》（DL/T5173-2003）要求，mL/L=1/150000、mβ=±1.8〃、n=2，由表2计算得出贯通面在引6+900处的横向贯通中误差估算值为：My=±12.6mm。

4.2 纵向贯通误差预计

根据《水电水利工程施工测量規范》（DL/T5173-2003）要求，mL/L=1/150000，计算得出贯通面在引6+900处的纵向贯通中误差估算值为：Mx=± =±14.6mm。

4.3 竖向贯通误差预计

根据《水电水利工程施工测量规范》（DL/T5173-2003）要求，以三等水准测量的精度指标计算，取M△=3.0mm、L=2.159km，计算得出贯通面在引6+900处的竖向贯通中误差估算值为：M△h=±M△ =±4.4mm。

5 贯通误差的测定及调整

5.1 贯通误差的测定

在贯通面附近埋设一临时点，由进测的两个方向分别测该点的三维坐标，所得的闭合差分别投影至贯通面及垂直方向上，得出实际的横向和纵向贯通误差，所测的高程差值即为实际的竖向贯通误差。

5.2 贯通误差的调整

因波波娜引水洞贯通面均在直线段上，应采用折线法调整中线。在后期引水洞衬砌阶段应严格按照调整后的中线指导施工。

6 结束语

波波娜引水洞已于2010年全线贯通，经测定贯通面在引6+900处的实际横向贯通误差为：17mm、纵向贯通误差为：39.5mm、竖向贯通误差为：6mm。通过对贯通成果进行评定，均达到《水电水利工程施工测量规范》（DL/T5173-2003）及测量设计要求。该工程的顺利贯通，为我们积累了许多值得借鉴的经验，今后在同类工程中，在满足必要的工程限差要求下，根据实际需要，考虑成本与效率，选择适当的测量方案和方法，不要盲目提高测量精度，造成精度浪费，增加测量工作量。

参考文献

[1]DL/T5173-2003.水电水利施工测量规范[S].

[2]陈瑾.长隧道贯通测量方案[J].科技创新导报，2008，2：153-154.

[3]武汉测绘科技大学《测量学》编写组.测量学（3版）[M].北京：测绘出版社，1991.

[4]武汉测绘科技大学测量平差教研室.测量平差基础（3版）[M]北京：测绘出版社，1996，5.

[5]陈龙飞.工程测量[M].上海：同济大学出版社，1995，3.