白鹤滩水电站左岸出线竖井开挖测量控制方法

费 开 洋，曹 官 军，蔡 敏

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鹤滩水电站左岸①②号出线竖井单井总高度为413.1 m，主要由出线竖井上段、下段两部分组成。其中出线竖井上段顶部高程为965 m，位于出线场内；上段底部高程为838 m，与①②号出线上平洞相连，上段总高度为127 m；出线竖井下段顶部高程为869 m，位于出线交通洞内，与出线上平洞相连；出线竖井下段底部高程为583.4 m，与出线下平洞相连，下段总高度为286.1 m。竖井井口段(20 m)开挖断面直径为15.2 m，喷射混凝土厚度为10 cm，初期钢筋混凝土支护厚度为100 cm，支护后断面直径为13 m；上段井身段、下段竖井开挖断面的直径均为13 m，喷射混凝土厚10 cm，支护后的断面直径为12.8 m。由于出线竖井开挖完成后需要进行混凝土衬砌施工，故竖井在垂直度控制、测量精度要求、超欠挖控制、空间贯通等方面对测量技术的要求比较高。笔者通过对新设备、新方法的综合运用并将其与传统的方法进行比对、分析，阐述了白鹤滩水电站左岸出线竖井开挖采用的测量控制方法。

2 控制测量

2.1 控制网的布设

根据出线竖井的空间布置及分布特点，控制网的布设分上、下两级，控制点加密测量按四等附合导线精度要求施测。该专用控制网主要作为竖井施工测量基准控制的依据。

2.2 控制网的施测及平差

控制网的施测主要采用Leica TCRA1201+，标称精度为(1″，1 mm+1 ppm)全站仪按四等附合导线施测。在仪器设站的同时对温度、气压、湿度等参数进行详细记录。水平角、天顶距和光电距离的测量参照《水电水利工程施工测量规范》(DL/T5173-2012)[1]中关于四等导线测量技术要求执行(表1、2)。内业平差使用南方平差易2005和武汉科傻软件进行控制网导线平差[2]计算。平差计算合格后，报监理工程师复核、审批。

表1 水平角方向观测法技术要求表 /″

表2 电磁波测距附合(闭合)导线技术要求表

2.3 控制点的保护与复测

工程测量[3]中的控制点主要采用混凝土地标点，待施测完成后在控制点附近安置混凝土防撞墩(0.6 m×0.4 m×0.5 m)。鉴于洞内照明及施工影响，在防撞墩外部涂刷反光漆或粘贴反光警示带进行防护提醒，严格要求控制点附近严禁堆放施工材料、严禁停放施工机械设备，并在墙壁上悬挂控制点告知警示标志牌进行控制点的防护与保护。

由于洞内施工干扰大，加之开挖爆破对控制点的稳定性影响较大，在使用过程中需要根据实际情况定期(一般为一个月，特殊时期需增加频次)对控制点进行复测，以确保控制点无位移、沉降、破坏等；必要时对控制点进行转移。转移或局部加密控制点时，补测加密点的测量数据，经系统平差[4]后将其作为控制点使用。

3 传统与新型的施工测量方法

3.1 传统的施工测量方法

洞室开挖成型质量的好坏主要取决于开挖结构线的放样精度，因此，轮廓线放样已成为①②号出线竖井测量管控中的重中之重。传统测量方法主要采用的是重锤控制中心线的方式(重锤投点法)控制竖井的整体结构。重锤投点放样法是井挖施工中最常见的方法之一。但重锤利用地心引力的作用仅能保证在竖井开挖中不会出现粗差,其精度相对较低.具体方法为：

(1)传统放样设施的布置。在龙门架上用全站仪准确放出竖井中心点，在竖井中心点旁边安装或焊接事先准备好的导向滑轮(主要起导向、定向作用)，反复测量滑轮的基准点，直至定滑轮基准点与竖井中心线重合为止，然后再在导向滑轮附近安装细钢绳绳圈作为重锤细钢绳收、放使用。

(2)传统测量方法之开挖轮廓线放样。开挖轮廓线放样时，首先将重锤的细钢绳通过导向滑轮将细钢绳下放至井底，然后将重锤悬挂于细钢绳底部、将重锤放入溜渣井盖板附近事先准备好的油桶(或水桶加锯末代替)内，调整好锤球位置，待锤球和细钢绳稳定后，用10 m长的钢尺丈量出竖井中心至开挖轮廓面的距离，将其与半径比较，计算出超欠挖值，并按间隔0.5 m标记在开挖出的基岩面上。

高程传递[5]是测量施工放样与验收的基本工作，待开挖轮廓线放线完成后，将锤球及细钢丝收回，然后将测绳安装在钢丝绳圈上面。通过全站仪测出细钢丝绳圈底部井口桁架下方的实际高程并做好记录，然后将测绳起始部位悬吊重物系至竖井底部，通过绳圈调整测绳读数，并与井口桁架下方的实际高程进行差值计算，计算出竖井整数高程并在竖井边墙上做好基准点标记。由于竖井底部相对危险、操作不便，常根据水平管连通器的原理将高程传递到相应部位的边墙上面。验收断面时的高程传递通常也采用该方法。

(3)竖井段断面的验收。断面验收按高程布置，布置原则为非缺陷段5 m/条，地质缺陷段2.5 m/条。如遇特殊断面则验收桩号应加密测量。首先通过高程传递的方法将高程传递至开挖结构面上并用红色油漆做好标记，然后用重锤投点法确定竖井的中心点，通过10 m钢卷尺或手持激光测距仪丈量出每一高程桩号范围内的实际半径，将实测数据在现场直接填写在竖井测量检测成果表上并会同测量监理工程师签字认可。施工过程中的超欠挖检查方法和竖井段断面验收方法一致。

由于竖井深度的增加，吊重锤需要耗费的时间亦逐步增加，每次施工时均需传递高程，而油桶在施工过程中会因人为扰动和环境影响经常倾倒，钢绳和重锤晃动的亦比较厉害，安全隐患突出，精度、质量等方面无法得到有效控制。

3.2 新型施工测量方法

鉴于白鹤滩水电站左岸出线竖井采用了先进的移动式桥机作为竖井施工载人、载物的起重设备，因此，在桁架上部通过重锤投中心点的方式已不可取，为了提高工程实体的质量，采用了全站仪下井、高精度全自动激光垂准仪和激光水平仪配合的方式，通过后方交会法测量施工开挖放线。为了减少全站仪的下井频次，采用高精度绿光水平仪和手持测距仪配合的方式对竖井锚杆施工放样和高程传递进行控制。具体方法如下：

(1)高精度全自动垂准仪配合全站仪设站。施工作业时，通过乘坐移动桥机的载人吊笼至施工掌子面，在距竖井井壁50～80 cm位置任意架设两台自动安平垂准仪，粗平仪器即可(仪器可自动整平)，然后在合适的位置架设全站仪并严格整平，尽量保持三台仪器角、边大致相等且距离不能太近，角度最好在30°～120°之间。需特别注意规避危险圆的范围。

7月10日，宝马集团与长城汽车签署了合资协议，在中国成立光束汽车，生产MINI电动汽车。记者从长城官方获悉，近日，魏建军董事长与宝马集团董事Klaus Fröhlich（克劳斯·弗洛里希），长城汽车高级副总裁、光束汽车董事长赵国庆一行共同考察位于江苏省张家港市的长城宝马光束汽车项目。目前，长城宝马光束汽车项目已获最新进展，项目公司名称已经核准，项目工厂平面布局总图已经完成。

井下仪器架设完成后开启自动激光垂准仪(全自动激光垂准仪的具体参数见表3)和全站仪。首先将红外线遥控器的发射窗对准垂准仪方向，操作“LASER”键，选择激光束的上、下出光；其次进行望远镜调焦，可利用红外线遥控器操作“Focus Near”和“Focus Far”键分别实现向近点、向远点的调焦，快速、准确地达到激光向上、向下的投点效果。向上投点可采用仪器原装的激光接收靶进行激光接收。激光投点完成后，需通过井口附近的近井控制点测量激光投点的平面直角坐标(X1,Y1,H1)和(X2,Y2,H2)值，通过对讲机将所测量的坐标传递给井下的测量人员。井下的测量人员根据传递点平面(X1,Y1)和(X2,Y2)坐标采用后方距离交会法[5]计算出井下测站点的平面坐标，然后通过仪器免棱镜测量，根据(X1，Y1，H1)的高程值反推计算出井下测站点的高程；最后，通过井下、井上两台仪器的一致性测量对同一观测点进行检查复核，待其精度达到要求后，该井下全自动激光垂准仪配合全站仪设站完成。设站完成后，为后续施工测量方便，可在井壁锚杆上预留控制点，以方便下一次放样或检查时使用。

表3 全自动激光垂准仪参数表

(2)开挖轮廓线的放样及断面测量。设站完成后，开始进行开挖轮廓线放线。为保证开挖质量，轮廓线放样时按照50 cm的间距进行孔位测设并放出相应的后视方向点。传统的极坐标计算方法需要用计算器(例如fx5800)进行坐标反算放样，该方法速度慢、易出错。技术人员经研究分析后采用了全站仪内的“参考弧”功能，将竖井的中心点坐标和设计开挖轮廓线上任意两点的坐标参数输入到仪器中，此时，用全站仪免棱镜模式测距、仪器中直接计算出弧长的桩号及超欠挖的大小，然后根据仪器的计算值进行孔位和超欠挖值的调整，待轮廓点位精度满足要求后进行下一轮廓点的测设。

开挖放线完成后，可以直接用全站仪及时对开挖断面按高程进行免棱镜测量，亦可待施工开挖20～30 m时进行一次性断面验收测量，该断面测量方法快速、简单、精度高、节约时间，在施工过程中得到了良好的印证。该开挖轮廓线的放样及断面测量方法同样适用于竖井混凝土浇筑阶段的模板放样、验收及混凝土形体断面测量。

(3)激光水平仪及手持测距仪辅助测量。竖井开挖过程中，为保证施工安全，往往遵循“一茬炮一支护”的原则，需要测量人员进行锚杆孔位放样和高程放样，保证锚杆支护成排成行，此时就需要使用激光水平仪(两线型)和手持测距仪进行辅助测量放样。

竖井开挖时，可在井口位置布设50 cm×50 cm大小的激光反射板并测量该反射板的绝对高程。辅助测量时，首先用手持测距仪测量激光反射板的高差(保持测距仪气泡居中)，传递出所测位置的高程，然后架设自动安平的激光水平仪，开起“V”(水平)和“H”(垂直)激光，根据锚杆的间排距逐孔测设各孔位点。在此过程中，可以通过“H”垂直激光检查已施工锚杆的情况，保证锚杆施工成排成行。该方法施工简单、投入设备少、操作便捷、效果明显。该施工辅助测量可由土建技术人员直接施测放样，进而提高了效率。

3.3 传统与新型测量方法之对比

通过对传统测量方法和新型施工测量技术进行对比得知，新技术优点突出：

(1)新型测量方法解决了传统测量方法施工安全风险高、隐患突出等问题，自动化程度较高。

(2)新型测量方法简单、绝对定位、效率高，解决了传统测量方法在轮廓线、锚杆放样过程中难以准确放样、精度差等问题，突破了竖井施工开挖形体控制的难题。

(3)新型测量方法在断面验收及地质缺陷测量方面优势明显，解决了每茬炮都需要验收断面的难题。新型测量方法可每30 m进行一次断面测量而不需要其他吊装设备辅助，且任一高程均可测量，所采集的数据点位均为绝对坐标，对工程计量及质量管控具有重大意义。

(4)传统测量方法需要定期复测导向滑轮基准点，原则上每15 d复测一次。由于竖井开挖爆破作业对导向基准点影响较大导致复测较频繁，而新型测量方法巧妙地避免了导向基准点的复测，减轻了工作负担，提高了工作效率。

(5)新型测量方式中的激光水平仪及手持测距仪辅助测量可实现孔位及高程的准确定向、精确定位，且其简单易学，施工过程中土建管理人员及工人均可操作施工，进而保证了工程外观形象质量。

(6)新型测量方法采用高精度全自动激光垂准仪并采用红外遥控器进行远程控制，激光斑点的大小具备可调节性，操作简单。该测量施工方法科技含量高、精度优，实践效果好。

4 结 语

白鹤滩水电站左岸出线竖井开挖通过新型测量方法的综合运用，克服了传统测量方法具有的精度低、安全风险高、施工难度大、质量控制水平低等缺陷，取得了良好的效果。该新型测量方法在深大竖井、竖井上弯段、竖井下弯段等类似井段测量施工中具有十分广阔的应用前景，可广泛推广应用。