摘要：豎井開挖施工對(duì)測(cè)量而言，重要的工作有控制測(cè)量、反井鉆機(jī)垂直度控制、過程測(cè)量控制、激光指向儀安裝、日常開挖施工放樣、貫通測(cè)量、資料整理等。本文以響水澗抽水蓄能電站施工測(cè)量為背景，探討豎井控制測(cè)量、日常開挖測(cè)量放樣、開挖竣工形體測(cè)量、滿足規(guī)范精度等問題。

關(guān)鍵詞：豎井開挖、垂直度控制、激光指向儀安裝、放樣、精度

1 、概述

安徽 響水澗抽水蓄能電站 位于安徽省蕪湖市三山區(qū)峨橋鎮(zhèn)境內(nèi)，距繁昌縣城約 25km ，距蕪湖市約 45km 。 電站裝機(jī)容量為 1000MW （ 4×250MW ）， 為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，電站由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、開關(guān)站和下水庫等建筑物組成， 安裝四臺(tái)可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，電站屬大 (2) 型二等工程。

響水澗抽水蓄能電站引水豎井洞中心間距為 24m ，洞徑為Φ 7.4m ，引水豎井中心線分別與引水上平洞、引水下平洞中心線交點(diǎn)間的高度作為引水豎井的高度， 1^# 、 2^# 、 3^# 、 4^# 豎井分別為： 220.62m 、 219.5m 、 218.38m 、 217.26m 。四條引水下平洞中心線在同一平面高程 EL-51.05m 。

施工局主要承擔(dān)地下 廠房及輸水系統(tǒng)，輸水系統(tǒng)主要有引水上平洞、引水豎井、引水下平洞、尾水洞等工程的施工。

2 、利用資料 及測(cè)量設(shè)備

（ 1 ）地下廠房、引水豎井及上、下平洞，尾水洞施工開挖、支護(hù)圖 。

（ 2 ）華東測(cè)繪有限公司提供 、 監(jiān)理公司審核的Ⅱ等控制復(fù)測(cè)成果 ( 電 站獨(dú)立坐標(biāo)系、 1956 年黃海高程系 ) ；施工局完成的加密控制成果。

（ 3 ）測(cè)量設(shè)備：采用 Leica TCR702( 2 ″級(jí) ) 全站儀，激光指向儀等輔助設(shè)備。

3 、控制測(cè)量

根據(jù)規(guī)范要求，本次洞內(nèi)控制應(yīng)滿足四等導(dǎo)線精度要求。平面控制網(wǎng)相對(duì)于同級(jí)起始點(diǎn)的中誤差小于± 10mm 。

3.1 控制技術(shù)指標(biāo)

埋點(diǎn)：控制點(diǎn)沿形成開挖洞室布置，采用Φ 24 長(zhǎng) 50cm 鋼筋深埋基巖。儀器： Leica TCR702(2 ″級(jí) ) 及配套附件。

技術(shù)要求：水平角左右角各三測(cè)回，邊長(zhǎng)往返觀測(cè)各二測(cè)回， 垂直角往返各三測(cè)回。

達(dá)到精度指標(biāo)：按左右角閉合差計(jì)算的測(cè)角中誤差為 1.5 ″；對(duì)向觀測(cè)平均值測(cè)距中誤差為 1.4mm ，平均邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為 1/64000 。

計(jì)算平距用垂直角經(jīng)過兩差改正，觀測(cè)邊經(jīng)氣象、加、乘常數(shù)改正，改正后觀測(cè)邊投影至測(cè)區(qū)選定高程面 118.3m 。

3.2 豎井控制形成

根據(jù)規(guī)范和實(shí)際情況以滿足開挖精度要求為前提，導(dǎo)線控制等級(jí)選定為四等。

施工局承擔(dān)的引水上平洞 K0+15 以后的和水電五局承擔(dān)的 K0+15 以前的開挖工作均已完成，經(jīng)過協(xié)商兩方同時(shí)進(jìn)行控制點(diǎn)的復(fù)核測(cè)量。引水上平洞的控制點(diǎn)從Ⅱ等控制網(wǎng)引測(cè)，經(jīng) 1^# 施工支洞引進(jìn)至 1^# ~ 4^# 引水上平洞 SC4 、 SC6 兩點(diǎn)。引水下平洞的控制點(diǎn)從Ⅱ等控制網(wǎng)、交通洞、 2^# 施工支洞、 4^# 施工支洞、引水下平洞、尾水洞組成一個(gè)貫通控制網(wǎng)。

經(jīng)兩方測(cè)量平差后的結(jié)果對(duì)比，均滿足規(guī)范要求，控制點(diǎn)精度在允許的誤差以內(nèi)。

為保證四條豎井開挖精度， SC4 、 SC6 兩點(diǎn)作為今后豎井施工控制基準(zhǔn)點(diǎn)。需要明確的是洞內(nèi)貫通成果應(yīng)用到開挖甚至豎井施工結(jié)束，控制點(diǎn)位穩(wěn)定、可靠非常重要，另外精度必須滿足規(guī)范貫通要求。上平洞引測(cè)豎井控制點(diǎn)與下平洞引測(cè)控制點(diǎn)精度上要求匹配，事實(shí)上形成豎井系統(tǒng)洞外貫通測(cè)量。

4 、引水豎井施工放樣

220 米 的引水豎井施工我局是首次。施工特點(diǎn)是開挖難度大，安全隱患大，導(dǎo)洞的施工尤其困難。要確保引水豎井的開挖貫通，測(cè)量應(yīng)服務(wù)好各階段的施工，測(cè)量控制精度是引水豎井順利貫通的關(guān)鍵工序之一。

施工局根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)洞施工。長(zhǎng)沙產(chǎn) AT2000 型反井鉆機(jī)參數(shù)：鉆機(jī)導(dǎo)孔直徑為 250mm 、擴(kuò)孔直徑為 1500mm 、鉆井偏斜率小于等于 1% 、鉆井角度 60⁰ ~ 90⁰ 。項(xiàng)目部在引水豎井施工中，采用的施工鉆機(jī)角度控制為 90⁰ 。

反井鉆機(jī)先是自上向下鉆出直徑為 250mm 的導(dǎo)孔，再自下向上擴(kuò)孔，擴(kuò)孔直徑 1500mm 。

4.1 反井鉆機(jī)的垂直度控制

反井鉆機(jī)自身沒有控制角度設(shè)備，如何對(duì)反井鉆機(jī)的垂直度進(jìn)行控制就成為測(cè)量的一大難題。經(jīng)過對(duì)機(jī)器的觀察，廠家專業(yè)人員的介紹，鉆機(jī)的鉆桿控制是由左、右機(jī)架來承擔(dān)的，機(jī)架的角度控制就是鉆桿的角度控制，機(jī)架的控制槽和外部在機(jī)床加工過程中嚴(yán)格控制平行度和平整度，設(shè)計(jì)時(shí)就考慮在機(jī)架外部用測(cè)量工具來控制機(jī)器的垂直度，在機(jī)架上用測(cè)量?jī)x器控制鉆機(jī)的垂直度。

反井鉆機(jī)需要平臺(tái)來安置機(jī)器，在澆筑好的砼平臺(tái)上放出豎井的中心點(diǎn)，鉆機(jī)就位時(shí)鉆桿的中心對(duì)準(zhǔn)豎井中心點(diǎn)，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行粗調(diào)，使機(jī)架基本垂直，粗調(diào)后看鉆桿中心是否在豎井中心點(diǎn)上，如在豎井中心點(diǎn)就可以對(duì)機(jī)器基座和車架固定，如沒有對(duì)準(zhǔn)豎井中心點(diǎn)就需要對(duì)整臺(tái)機(jī)器平移，使鉆桿中心和豎井中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，然后固定基座和車架。

4.2 垂直度控制的實(shí)施

機(jī)架為一長(zhǎng)方體立柱，首先用測(cè)量?jī)x器觀測(cè)機(jī)架使其調(diào)整為垂直，然后在機(jī)架一側(cè)面上做兩點(diǎn)來控制機(jī)器的垂直度，這兩點(diǎn)必須在一鉛垂線上。因反井鉆機(jī)在放置時(shí)為了各方操作的方便，鉆機(jī)車架軸線和引水上平洞軸線垂直的方向放置鉆機(jī)。機(jī)架上的點(diǎn)做在機(jī)架側(cè)面，這樣只能控制機(jī)器 ( 垂直度 ) 左、右方向，前后方向如從新在前機(jī)架面上再做兩點(diǎn)來控制機(jī)器的前后方向，這樣操作麻煩，并且前機(jī)架面上的點(diǎn)也沒有辦法用儀器觀測(cè)，因此還是通過機(jī)架側(cè)面上點(diǎn)、來觀測(cè)機(jī)架側(cè)面到控制點(diǎn)距離來控制。以后觀測(cè)就只需對(duì)一側(cè)面的兩個(gè)點(diǎn)觀測(cè)就可以控制機(jī)器鉆桿的垂直度。點(diǎn)做好之后量取兩點(diǎn)間的距離為 2.2 米（此距離在做點(diǎn)時(shí)可以自行控制）。

用全站儀對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行控制，在控制前首先要對(duì)精度要求進(jìn)行計(jì)算，豎井高度是已知的，但實(shí)際要鉆進(jìn)的深度是小于豎井中心線和引水上平洞及引水下平洞中心線交點(diǎn)間的距離。沒有對(duì)其實(shí)際鉆進(jìn)高度測(cè)量，用中心線交點(diǎn)間的距離計(jì)算，此距離大于鉆機(jī)所要鉆進(jìn)豎井的深度，同等條件下，對(duì)鉆機(jī)的垂直度也就要求要高一點(diǎn)。

反井鉆機(jī)的偏斜率小于等于 1% ，以 1# 豎井為例，鉆機(jī)在 1# 豎井中的最大偏斜值為 2.21m ，擴(kuò)孔的半徑為 0.75m ，因此反井鉆機(jī)自身所需豎井最小半徑為 2.96m 。以上情況要求測(cè)量控制絕對(duì)準(zhǔn)確，但是四條豎井的設(shè)計(jì)直徑 7.4m ，下彎段最小直徑 6.4m ，那么對(duì)測(cè)量控制有了較大的空間。在測(cè)量控制上要求機(jī)架上兩點(diǎn)間的偏差值控制在 2mm 以內(nèi)�？梢杂�(jì)算出，當(dāng)兩點(diǎn)間的偏差為 2mm 時(shí)， 220m 處的位移為 2cm 。如果幾種偏差值正好重合在同一方向，疊加起來為 2.98m ，在豎井開挖中導(dǎo)洞只要在豎井設(shè)計(jì)開挖邊線以內(nèi)就是合格的。因此理論上滿足要求，其它巖石因素，人為操作因素等是所不能控制的。

測(cè)控時(shí)先從引水上平洞附近的控制點(diǎn)引測(cè)一控制點(diǎn)到引水上平洞，引測(cè)的點(diǎn)盡量正對(duì)反井鉆機(jī)上控制點(diǎn)面，方便測(cè)量，此點(diǎn)還需作為固定點(diǎn)，以后對(duì)機(jī)器的定期檢查用同一點(diǎn)就減少在引點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的誤差，測(cè)控中因機(jī)架是一光滑面，采用全站儀自身的激光無棱鏡測(cè)量，通過望遠(yuǎn)鏡中的十字絲對(duì)準(zhǔn)機(jī)架上的控制點(diǎn)，測(cè)出點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)行調(diào)整。測(cè)量靠近基座的點(diǎn)，在測(cè)量靠近機(jī)架頂部的點(diǎn)，計(jì)算出差值。以靠近基座的點(diǎn)作為基準(zhǔn)調(diào)整機(jī)架，如此重復(fù)操作，直到兩點(diǎn)的坐標(biāo)差值在允許的范圍內(nèi)，最后在測(cè)出兩點(diǎn)的坐標(biāo)并做記錄存檔。因?yàn)樵诖终{(diào)時(shí)已經(jīng)使鉆桿中心和豎井中心對(duì)準(zhǔn)，機(jī)架調(diào)整后會(huì)有偏差，但此時(shí)的偏差很小，對(duì)整體施工并沒有影響，如需知道準(zhǔn)確的差值，機(jī)架上點(diǎn)與鉆桿中心的距離在做點(diǎn)時(shí)已經(jīng)測(cè)量出的，可以計(jì)算出鉆桿中心實(shí)際的坐標(biāo)。

4.3 過程測(cè)量控制

鉆進(jìn) 1m 左右需對(duì)鉆機(jī)的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，隨著鉆進(jìn)深度的增大，檢測(cè)的距離間距也隨之曾大。達(dá)到 30m 以后就無需對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)槠溷@桿的長(zhǎng)度過長(zhǎng)，在巖石等作用下發(fā)生彎曲變形是測(cè)量所不能控制的。在 1# 豎井導(dǎo)洞打通后對(duì)其鉆桿的偏斜值進(jìn)行測(cè)量，并記錄存檔。 1# 豎井偏斜值超出了豎井設(shè)計(jì)半徑的范圍，經(jīng)調(diào)查確定因反井鉆機(jī)首次使用，操作技術(shù)人員對(duì)機(jī)器操作還不夠熟練和巖石的問題所造成。同時(shí)也說明一個(gè)問題反井鉆機(jī)自身的偏斜率和其它偏斜率重合，可以初步確定反井鉆機(jī)自身的偏斜方向。在 2# 豎井中反井鉆機(jī)的控制時(shí)，對(duì)鉆機(jī)的偏斜度進(jìn)行了人為地控制，在 2mm 的坐標(biāo)差值范圍內(nèi)，使鉆桿方向和 1# 豎井下口鉆桿的方向相反，也就是控制的偏斜方向和鉆機(jī)自身偏斜方向相反，結(jié)果顯著。經(jīng)過各方人員的密貼配合，操作逐步的熟練， 3# 、 4# 井的偏斜值明顯減小。下面是四條豎井開鉆時(shí)上口鉆桿中心和打通后下口鉆桿中心坐標(biāo)值表。

4.4 擴(kuò)挖測(cè)量

反井鉆機(jī)形成的導(dǎo)洞為Φ 1500mm ，然后是人工擴(kuò)挖，人工擴(kuò)挖分兩次進(jìn)行，第一次人工擴(kuò)挖是把洞徑放大到 3.5M 左右，此次擴(kuò)挖不需要測(cè)量放樣，也不能以導(dǎo)洞為中心向四周擴(kuò)挖，但如果導(dǎo)洞的偏斜率較大，以導(dǎo)洞為中心擴(kuò)挖，導(dǎo)洞偏向面可能會(huì)超出設(shè)計(jì)開挖邊線。特別需要讓現(xiàn)場(chǎng)施工人員明確導(dǎo)洞偏斜值，在鉆孔時(shí)可以自行調(diào)整，保證開挖在設(shè)計(jì)邊線以內(nèi)。

第二次人工擴(kuò)挖（即成型擴(kuò)挖），成型擴(kuò)挖需要準(zhǔn)確的測(cè)量放樣，在豎井開挖中運(yùn)用全站儀放樣是非常困難的，采用全站儀配合激光指向儀對(duì)豎井放樣，這種方法相對(duì)其他方法明顯的提高了安全系數(shù)、縮短了放樣時(shí)間、提高了放樣精度并且操作簡(jiǎn)單。

在豎井開挖深度為 25m 以前用全站儀及垂球放樣，超過就需要安裝激光指向儀，之所以選擇 25m 的高度以后安裝，是因 25m 以后運(yùn)用垂球比較困難， 25m 以后安裝可以保證激光指向儀和標(biāo)靶距離掌子面有一定的距離，放炮時(shí)不被飛石破壞標(biāo)靶。

4.5 激光指向儀的安裝

① 在近井點(diǎn)處引一點(diǎn)架設(shè)全站儀，此點(diǎn)必須保證能夠通視 a 、 b 、 c 三處，全站儀架設(shè)在此點(diǎn)上分別放出 a 、 b 、 c 三處的坐標(biāo)， a 點(diǎn) Y 值為 0 ， X 值為已算出的里程樁號(hào)（注：此點(diǎn)和設(shè)計(jì)邊線有一定距離，也不能太靠近中心，防止激光被吊籃擋住，距離要保證激光完全能照射到掌子面也要方便施工，根據(jù)實(shí)際施工需要距離設(shè)計(jì)開挖邊線 25 ~ 30cm ）， b 、 c 兩點(diǎn) X 值為豎井中心里程樁號(hào)， Y 值和 a 點(diǎn)的 X 值一樣需要計(jì)算距離設(shè)計(jì)開挖邊線的距離。

② 在 a 、 b 、 c 三處已插好的錨桿上焊接制作好的激光指向儀固定件，固定件的中心必須在豎井軸線上，偏差值為± 1cm ，此值可根據(jù)固定件中激光指向儀的平移空間確定。激光指向儀固定件要有一定的抗震性，還要有保護(hù)激光指向儀的裝置，防止放炮時(shí)的震動(dòng)或飛石改變激光指向儀的位置方向。（注：錨桿最好采用Φ 32 的鋼筋深埋基巖，保證足夠的穩(wěn)定度，最好用三根錨桿圍繞預(yù)設(shè)的安裝點(diǎn)以三角形埋設(shè)，最少需要兩根并排埋設(shè)）。

③ 安裝標(biāo)靶 1 ，以 c 激光指向儀的標(biāo)靶安裝為例，標(biāo)靶 1 焊接在預(yù)先埋設(shè)好的錨桿上，標(biāo)靶 1 的中心基本在激光指向儀固定件的中心線方向，標(biāo)靶 1 距離激光指向儀固定件的距離為 20 ~ 25cm ，距離過小測(cè)定照射孔點(diǎn)時(shí)棱鏡則無法放置，距離過大就失去了對(duì)激光指向儀的保護(hù)作用。標(biāo)靶用鐵板做成 15 ~ 20cm 四方形為宜。

④ 測(cè)定出激光指向儀固定件中心的坐標(biāo)，在標(biāo)靶 1 上放出激光照射孔點(diǎn)坐標(biāo) A1 （ X,Y,H ）， X 為豎井中心樁號(hào)， Y 為激光指向儀固定件中心實(shí)測(cè)偏距， H 為標(biāo)靶 1 實(shí)測(cè)高程。對(duì)標(biāo)靶 1 上 A1 點(diǎn)鉆孔、孔的直徑應(yīng)在 0.3 ~ 0.6cm 以內(nèi)，過小通過照射孔的光太少，過大精度難以保證，測(cè)出鉆孔后激光照射孔的實(shí)際坐標(biāo) A1 （ X,Y,H ）并記錄數(shù)據(jù)。測(cè)出標(biāo)靶 2 上 A2 點(diǎn)， A2 的 X 和 Y 值同標(biāo)靶 1 上 A1 點(diǎn)的 X 和 Y 值相同，在激光指向儀固定件上安裝好激光指向儀，通過對(duì)激光指向儀的調(diào)節(jié)使激光通過標(biāo)靶 1 上 A1 孔照射到 A2 點(diǎn)，使激光的中心對(duì)準(zhǔn) A2 點(diǎn)，然后在 A2 點(diǎn)上鉆孔使激光通過標(biāo)靶 2 照射到掌子面。用同方法完成另兩只安裝。

⑤ 激光指向儀安裝已經(jīng)完成，需要檢查激光是否合格，根據(jù)圖形可以看出對(duì)每條豎井安裝三只激光指向儀，并且都在軸線上， b 、 c 在 Y 軸上， a 在 X 軸，它們構(gòu)成了一個(gè)三角形， b 、 c 的坐標(biāo)已知，可以計(jì)算出 b 、 c 兩點(diǎn)間的距離，也可算出 b 、 c 分別到豎井中心的距離，這樣在放樣時(shí)就可以找到豎井的中心點(diǎn)， a 點(diǎn)主要起到一個(gè)檢測(cè)的效果，因?yàn)樗鼈儔虺梢粋�(gè)三角形，三點(diǎn)坐標(biāo)又已知，可以求出三邊的長(zhǎng)度，利用三角形的穩(wěn)定性，每次放樣前先量取三邊的長(zhǎng)度以確定三點(diǎn)的位置是否出現(xiàn)位移現(xiàn)象。

⑥ 激光指向儀的標(biāo)靶每隔一個(gè)星期檢查一次，在平時(shí)的放樣中只需對(duì)掌子面上的激光點(diǎn)組成的三角形以量取三邊的方式檢查。

⑦ 精度的要求 根據(jù)《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》要求：土石方開挖平面位置限差和高程限差均為± 50mm 。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和儀器的傾角極限，確定標(biāo)靶 2 距離標(biāo)靶 1 不小于 10m 。標(biāo)靶 1 安置位置在豎井上口附近。全站儀只能架設(shè)在激光指向儀 a 的對(duì)面，當(dāng)確定激光 a 的標(biāo)靶 2 時(shí)，由于平面距離長(zhǎng)一點(diǎn)，儀器能夠測(cè)到標(biāo)靶 2 的位置相對(duì)遠(yuǎn)一點(diǎn)，反之 b 、 c 的標(biāo)靶 2 和全站儀的平面距離就近一些，標(biāo)靶的位置相對(duì)近一些。對(duì)標(biāo)靶 1 和標(biāo)靶 2 之間的相對(duì)平面坐標(biāo)的差值要求控制在 2mm 內(nèi)。假設(shè)兩個(gè)標(biāo)靶距離為 10m ，平面坐標(biāo)差值 2mm ，計(jì)算得出 1# 豎井打通后的激光平面位置偏差值為 4.4cm 左右，完全滿足規(guī)范要求。豎井完全打通后對(duì)激光平面位置檢查偏差值僅為 2cm 。因?yàn)樨Q井開挖中高程對(duì)放樣沒有影響，高程采用測(cè)繩控制掛在井口已知點(diǎn)處即可。

4.6 豎井開挖斷面的測(cè)量

豎井開挖斷面的測(cè)量，根據(jù)要求每間隔 5m 必須測(cè)量一次斷面，和放樣時(shí)一樣用激光找出豎井中心，在半徑方向上量取實(shí)際超挖的方法測(cè)量，在量取時(shí)必須以激光 a 、 b 、 c 某一個(gè)點(diǎn)為起點(diǎn)開始量取，否則會(huì)造成豎井圓的方向位置的錯(cuò)亂，在量取了一個(gè)點(diǎn)距離圓心的距離后，還必須量取此點(diǎn)和上一個(gè)點(diǎn)在豎井設(shè)計(jì)半徑上弦的長(zhǎng)度，記錄下它們的數(shù)據(jù)，在內(nèi)業(yè)中對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算處理畫出豎井?dāng)嗝鎴D。

5 、結(jié)語

豎井施工因采用開挖設(shè)備、開挖程序等原因，測(cè)量手段各有不同。但測(cè)量基本流程是一致的，只有正確領(lǐng)會(huì)施工流程、熟悉規(guī)范條款、采用符合需要手段才能更好完成豎井測(cè)量。

文中代表個(gè)人在實(shí)際工作中應(yīng)用體會(huì)，有些內(nèi)容可能缺少共性，與規(guī)范要求也有部分出入。不妥之處望同行指正。