水利工程中引水隧洞施工控制测量的研究

胡浩明 广东水电二局股份有限公司

1.引水隧洞施工控制测量的必要性

引水隧洞施工作为当前水利工程项目当中的重要一环，其对于精度方面有着相对较高的要求，虽然其施工长度较短，但受到其他因素的影响程度较大，如：地质条件、工程性质等均可能会影响到工程开展，对此需要严格保证控制测量数据的准确性与真实性，否则将会对水利工程贯通程度造成很大影响。一般而言，测量方法的选择主要是以引水隧洞工程的实际情况为主，需要安排专人负责此项工作，首先是设计隧洞内的控制测量，其次在进行贯通的同时对贯通结果加以精确测量，最后如果发现问题立即停止贯通工作，纠正后才可继续施工。通过采用以上流程可以保证控制测量结果的准确性，在此基础上，相关人员还需要科学合理对测量方案进行设计，使施工人员能够严格按照测量方案开展测量工作，真正意义上提升引水隧洞施工控制测量准确度，确保施工的有效开展。

2.引水隧洞施工控制测量

在引水隧洞施工实践中，控制测量无疑具有十分重要的意义，其实质上是基于隧洞施工设计要求，妥善确保两相向开挖方向于贯通面的正确贯通，换言之，要能够根据相关规定来有效控制横向与高程贯通误差。具体而言，实践工作当中主要是涉及到洞外与洞内两方面的控制测量。

2.1 平面控制测量

对于该环节工作来说，其核心实质即要面向相关洞口的控制点，针对其在平面上的位置来加以测定，从而基于此可以进一步落实开展地下设计，对后续的开挖工作加以引导，同时依照相应要求妥善实现精准贯通。在具体实践测量工作当中，过去因技术条件等方面的制约，该环节工作一般多采取直接定线、三角网、经纬仪导线等措施手段，但是这些方法或多或少都存在有一定的局限或不足之处，比如：精度不足、投入精力与成本过高、适用条件差等等。对此，随着工程测量领域快速发展，现阶段实践工作中可以借助全站仪，依靠它来建立导线，并发挥其所具备的光电测距作用，达到引水隧洞贯通平面控制测量工作需求，而从实际工作反馈来看，其作业精度、效率都更具保障。

2.2 高程控制网的布设与要求

对于该环节工作而言，其核心实质即根据相应设计要求，以相向开挖的洞口作为对象，针对其二者的控制点高差加以测量，从而在隧洞里得到统一高程系统，为具体作业带来参考，最终实现竖向上的妥善贯通。以往该环节工作更多是通过等级水准测量来加以落实，但因其相对较为低效而逐渐被“光电测距三角高程+导线”测量模式所取代。实践工作当中，需要对向（往返）观测各边高差，各方向上进行4次读数，由仪器与气象改正往返高差的差在±5mm以下，则将平均值做最终结果。此外，针对高程线路来讲，具体实践工作中一般要将其作为闭水准路线，同时也可以将之附合至已知等级水准点，且高差闭合差控制在±Lmm以下（L：路线长度；单位：km）。往返观测时还需要注意控制气象、设备等变量因素，涉及边长最大超1000m时需要将临时转点置于中部，从而最大程度上降低大气折光误差，保障能够更加准确来观测竖直角[1]。

2.3 隧洞洞内控制测量

该环节工作主要涵盖以下两个方面：

（1）洞内平面控制测量—导线测量。该项工作需结合实际开挖进展情况，有序推进落实导线布设及测量工作；通常而言是将洞口点视作导线起点，同时基于洞口控制点测定其具体坐标；而该环节作业往往环境不够理想、易受诸多因素影响且时间压力大；若实际隧洞为中小类型，则通常仅会涉及到施工与基本导线的作业，前者边长在30～50 m，结合实际作业情况，靠洞轴线来布设导线点，后者边长在100～150m，其和前者需要协同考量进行布设，但导线精度较前者则要高一等级。

（2）洞内高程控制测量——水准测量。该环节的作业情况和洞外基本一致；但考虑到实际环境因素，其视线长度宜控制在50m以下；如果洞顶板作为水准点，则进行观测读数需要倒转水准尺并以其底部顶紧水准点标志。

2.4 洞内测量注意事项

实际洞内测量当中，可能会因为客观环境与作业者主观等因素而导致有不同的误差情况产生，对此应注意着力进行避免，并针对各类误差采取相应措施；同时根据不同开挖长度需注意做好基本导线点增设工作，以四等边直伸型导线选择为宜并宜选择长边；三角高程的同测距于同次照准落实，可借助隔点设站方式来保障精准对中；涉及砼衬砌则需注意附合导线与平差，结合贯通中误差分配值的要求，对其进行估算，见表1所示为洞内贯通中误差影响值的限差；隧洞开挖还需注意定期复检估算导线精度情况，从而更好的保障其正确开挖[2]。

表1 洞内贯通中误差影响值的限差

3.引水隧洞开挖掘进中的测量

在妥善落实好控制测量阶段的工作任务后，可通过相关测量数据与参数进一步开展掘进阶段的工作任务，具体而言主要包括以下方面内容。

3.1 测设隧洞的开挖方向

施工人员可以利用中线法开挖隧洞。所谓中线法，主要是指确定隧洞中线点坐标与洞内导线点坐标后，依据相应公式将放样数据准确计算出来。在这个过程当中，可以提前在隧洞中线点上设置点位T和点位B，并且在洞内导线点上设置P1与P2，借助坐标反算公式计算水平角βT和βB、边长S1与S2。在具体实际操作过程当中：首先是在P2位置安装经纬仪，其次是将P1视为一个后视点，最后拨角βT同时沿着经纬仪方向对S1进行测量，以此明确中线T具体位置。利用同样方法找到中线B所处位置，隧洞开挖方向即是二者连接线，同时二者之间应该保持10cm左右的间距，如果中线点往前延伸一段距离时，可以将正倒镜延长直线法用于直线上，而将偏角法则用在曲线上，通常偏角法也被称之为短串线法，确定隧道开挖方向还需要根据实际情况合理选择相应方法[3]。

3.2 测定洞内中线、腰线

在进行洞内中线测定时，相关人员需要在洞口开挖面上测量、设置中线桩，以此为基础，逐渐向洞内开始缓慢掘进，而在这期间需要注意的是，每掘进20米时需要在隧洞顶部位置处埋设一个相应中线里程桩，方便里程桩保存的同时，有利于其他工作顺利开展。腰线设计位置往往在隧洞岩壁上，即以10米为间隔测量、设置一组腰线，而由于隧洞纵断面并不是一成不变的，所以腰线将随着中线里程变化而发生改变，且始终与隧洞地坪高程线保持平行关系[4]。另外，中线和腰线的测定是否到位，关系着隧道施工掘进方向的正确与否，所以相关人员必须依据相应步骤将这项工作落实到实处。

3.3 隧洞掘进方向的指示

在实践工作当中，借助激光指向仪开展隧洞掘进工作，一方面可以使相关人员直观看到洞内实际情况，另一方面则可以弥补洞内光线不佳且操作面积小的不足，加快隧洞掘进工作开展进程；同时，将激光指向仪引入这项工作中还具有多方面作用，如：实现数据自动管理和控制等。在利用机械化掘进设备进行隧洞掘进时，相关人员首先可以将激光指向仪固定在某个位置上，然后为机械化掘进设备配备光电接受靶，在掘进机开展工作时，如果发现掘进位置发生偏移，光电接受靶将自动调整偏离位置，且向掘进机传输自动控制数据，使其能够自动调整当前工作位置，进而沿着直线方向继续开展推进工作。

4.提高引水隧洞测量精度的对策

结合当前引水隧洞施工发展情况来看，针对有关实践工作中测量精度方面的要求正显著提升，而相应施工单位根据水利工程项目实际需要，也纷纷采取对策措施着力提高引水隧洞测量精度。基于以往实践工作经验，可考虑从以下方面进行着手。

4.1 严格对隧洞洞内控制进行设计

按照水利工程项目的特点以及施工要求，科学合理的对隧洞洞内控制加以设计，使水利工程的设计与施工都能满足相关技术要求，有助于更好的保证将这项工程落实到实处。同时，定期为施工人员组织开展培训，可以使施工人员能够树立起良好的安全意识，并且按照设计方案开展施工作业。在对隧洞洞内控制进行设计时，应该要求施工人员将三联脚架法引入到施工作业中，并且严格按照方案内容开展施工，如果发现三角高程等级已经达到二等及以上，相关人员必须利用提高精度的方式进行作业。

4.2 开展隧洞工程开挖监测工作

在正式施工开始前，相关负责单位应选派一名专业人员检测各项设备是否存在松动、偏移问题、以及安装情况是否到位等，一旦发现问题必须立即更换相应设备，期间需要注意，更换设备工作必须在隧洞工程开展前完成，避免影响隧洞施工整体进度。同时，还需要开展隧洞工程开挖监测工作，待开挖到一定距离时便适当增加相应导线，以此来保证隧洞开挖的准确度，如果发现数据异常需要再次对其加以测量，使施工工作能够顺利开展。在开展隧洞工程开挖监测工作时，有关部门一定要保证数据真实可靠，从而使施工工程能够按时且有序开展。

4.3 估算隧洞洞内控制的测量数据

想要顺利完成估算隧洞洞内控制的测量数据工作，相关人员还需要注意以下几项内容：第一，当隧洞开挖到一定距离时，需要准确对导线加以估算；第二，等边直伸型导线更有利于平面控制测量估算工作顺利开展；第三，选择长边进行隧洞控制测量，以满足这项作业的最高标准；第四，如果发现洞内有混凝土衬砌时，一定要及时开展精度估算工作，同时，在分配贯通误差过程中，还需要特别注意混凝土衬砌状态，达到最佳状态才能保证施工质量；第五，在测量隧洞三角高程时，必须要求施工人员按施工方案进行作业，以此保证各项数据估算的准确性，必要时安排专人定期检查施工情况，减少施工人员违规操作等行为的发生。

5.结语

综上所述：水利工程项目的建设施工是一项系统性工作，任何一项施工作业环节都应该按既定规范要求得到精准落实，而妥善控制好测量环节的精度之于引水隧洞施工的重要意义显然不言而喻，其对于整个水利工程项目的安全质量以及价值效益实现都会产生重要影响，因此，作为相关施工单位必须要对此给予充分的关注和重视，结合以往工程施工经验与具体水利项目实践，进一步明确引水隧洞施工控制测量的必要性，同时严格依照相关的标准规范要求细化落实好各项技术环节，科学灵活的开展测量工作，合理有序的配套选用施工对策，从而更好的保障工程项目实施开展。相信随着水利工程施工实践不断发展，本文研究的此项工作还将会有更多进展。