桂中治旱工程北干一标引水隧洞施工测量控制技术

梁武

摘  要：该文以广西桂中治旱乐滩水库灌区一期工程为例，超长12 km引水隧洞盾构机单向掘进，介绍了北干一标工程地面控制GPS静态测量，隧洞内精密布置平行交叉式导线网测量，陀螺仪复核控制网边方位角测量，对隧洞贯通精准分析采取有效的措施和方案，确保在设计规范内贯通。

关键词：超长隧洞;地面GPS控制测量 ;隧洞控制测量;贯通误差;测量技术

中图分类号： TU974   文献标志码：A

1 工程概況

广西桂中治旱乐滩水库引水灌区一期工程主要建设内容包括总干渠和北干渠片，设计灌溉面积364.53 km2，总供水人口95.52万人。工程年平均引水量4.03亿m3，其中提供农业用水量3.13亿m3（包括农业灌溉、农村人畜饮水、水产畜牧及乡镇供水），城市用水量0.90亿m3。灌区取水口位于乐滩水库大坝左岸上游约1.2 km处，输水工程线路是由明渠、隧洞、暗渠、渡槽、倒虹吸以及各类控制建筑物、交叉建筑物和泵站等组成的，其中总干渠长30.35 km、北干渠长56.56 km、该项目为广西桂中治早乐滩水库引水灌区一期工程北干渠起点至屯武渡槽进口段全长29.44 km。TBM硬岩掘进机掘进11.891 km，北干一标段平面图如图1所示。

2 贯通误差控制

北干一标引水隧洞组装场空推至始发洞门1 100 m，盾构机从六浪隧洞出口进入 ，单向掘进。施工测量控制网从地面通过传递洞门，为了提高精度控制网采用平行交叉闭合导线，减少测角误差，测距误差，对控制网测量具有可靠性和准确性[1]。

北干一标引水隧洞施工控制测量步骤是地面GPS静态控制网测量、洞内精密平行交叉式导线测量、陀螺仪校核方位角测量。为了确保隧洞顺利贯通，现将贯通测量误差分析如下。

2.1 平面控制网横向贯通误差分析

贯通误差主要在于地面控制网测量误差、洞内导线控制网点位累计误差、TBM机自动导向系统测量误差、为了减少误差，采用陀螺仪复核控制点方位角消除。1） 地面GPS控制网误差。地面控制网用6台双频LeicaGS15型GPS接收机按设计院提供的10个C级进行同步静态观测。测量标称精度：3 mm+0.5 ppm。北干一标全部控制网加密复测平差计算后最弱点位中误差为2.8 mm，符合全球定位系统测量规范中误差小于5 mm， GPS静态测量作业的基本技术指标见表1。2） 洞内导线控制网误差。洞内平行交叉式控制网导线采用TS30全站仪观测，测角4个测回，测边距正倒镜4个测回，测角精度为±0.5″，测距精度为±（1 mm + 1.5ppm）×D。由于隧洞喷锚支护方式掘进观测环境极其恶劣，测角中误差取±1.0″计算，洞内采用平行交叉式导线按 9个转折角10条边长形成一个闭合环 ，平均边长500 m，经过平差计算洞内导线测量网横向与隧洞线路中心线贯通误差为±18 mm，为了减少贯通误差，预防点位变形，控制点定期复测，保证控制点精度，满足施工要求。3）陀螺仪观测校核洞内控制网误差，陀螺定向采用北京航天发射技术研究所自主研发生产的BTJ-5型陀螺全站仪[寻北精度≤5″（1σ）]，上置Leica生产的TS-09plus  1″全站仪[2]。陀螺仪校核分别在掘进至3 km、6 km、9 km、出洞前500 m处进行控制网边方位角检验，检验陀螺仪测量计算的坐标方位角与区间控制点测量的坐标方位角，控制在小于15"，符合《城市轨道交通工程测量规范》GB/T 50308—2017中8.2.12的要求。复核结果见表2。4） TBM机enzan自动导向系统误差。因为隧洞是硬岩TBM掘进，机械调动抖动大，影响导向系统测量的准确性，实测计算横断面误差±15 mm，高程偏差为±20 mm。操作机手可以根据自动导向系统显示频参数往前掘进的情况下，纵横误差可以控制在±10 mm。

经上述分析影响贯通误差在±78 mm。为了隧洞按设计要求贯通，项目部制定计划贯通误差控制在±100 mm。

2.2 高程控制误差分析

隧洞内高程控制网采用LeicaNA2+GPM3水准仪观测，精度为DSZ1级[3]，高程允许误差按照《水利水电工程施工测量规范SL 52—93》规范技术要求，按照±4平差计算，贯通误差可以控制在±100 mm以内。

3 优化测量方案

乐滩水库灌区一期工程隧洞的测量方案优化主要从以下4点入手。1） 地面控制网采用静态 GPS观测 ，数据处理1954北京坐标系统是以109°位中央子午线的3°带坐标系统，采用高斯正形投影方法，投影面为大地水准面（EGM96），参考椭球为克拉索夫斯基椭球。高斯投影变形依然有约 8 mm，在隧洞长约 12 km范围内 ，方位影响会较大 ，高程采用乐滩电站基准， 0～100 m高程面上边长投影变形约 16 mm，全标段方向影响一致确保均匀影响。为了坐标系的独立坐标系统计算可减小投影变形的影响，确保一个项目不换带或少换带的目的，地面与洞内在坐标系统上保持一致。2） 洞内控制点分别在隧洞左右两侧延伸平行交叉成对布设 ，控制点选址在围岩牢固可靠的地方，做好测量标识，平面控制点均采用混凝土钢结构观测墩5/8英制螺丝强制对中盘，可以减小全站仪对中点位误差，高程控制点采用不锈钢十字半圆球钢筋混凝土结构，洞内直伸导线改为导线平行交叉网观测 ，前后同侧点测边测角 ，前后同侧点和异侧对点间加测边长形成闭合角，导线控制网形成平行四边形折回 ，这种平行交叉式导线网精度优于直伸式直导线，图2为控制点平面位置图。3） 洞内精密导线测量采用左右洞岩上平行延伸交叉式导线网 ，为避免旁折光 ，角度测量观测误差不设在同侧点 ，左右两侧点延伸等距测边测角 ，导线终端一组控制点作为下次导线延伸起算边。4） 陀螺仪复核洞内控制点测量方位角误差是12"，经过平差复核控制点位误差±50 mm。六浪隧洞出口至窑瓦隧洞于2020年 1月 8日顺利贯通 ， 纵横贯通误差分别是5 cm、10 cm。

4 结语

对于桂中治旱乐滩水库灌区一期工程北干一标超长12 km 隧洞洞内平行交叉式导线网加测同侧边长和近点边长能有效提高洞内方位角精度 ，是避免旁折光、洞内外温差、气压改正值的影响提高精度的有效方法。北干一标TBM隧洞施工测量确保了隧洞精准贯通 ，陀螺仪复核平行交叉式控制点边长方位角的可行性，超长隧洞贯通测量具有指导性意义。

参考文献

[1]田文江.长大引水隧洞施工测量控制方法[J].建筑工程技术与设计，2019（29）：290.

[2]薛晖.瓯江引水工程隧洞施工控制测量探讨[J].经纬天地，2019（5）：80-83.

[3]易军.引水隧洞施工控制测量研究[J].甘肃科技，2018，34（20）：32-33.