永泰縣水利局    楊慶武
摘要:在永泰縣丹云九老溪二級生態(tài)電站隧洞施工中,介紹了用全站儀、AutoCAD進行隧洞控制測量的技術(shù)要求及隧洞掘進時的測量方法。
關(guān)鍵詞:隧洞;施工測量;全站儀;AutoCAD。
    在水利水電工程建設(shè)中為了施工導(dǎo)流、引水發(fā)電或修灌溉渠道,常常要修建隧洞。施工測量是隧洞按設(shè)計精度貫通的重要保證。隧洞施工前要進行貫通誤差設(shè)計和施工控制網(wǎng)的布設(shè)、測量,并以此為依據(jù)把設(shè)計圖紙上隧洞的平面位置和高程,按精度要求測設(shè)到地面上,作為施工的依據(jù)。施工測量貫穿于隧洞施工的全過程,施工測量工作直接影響隧洞工程的質(zhì)量及施工進度。隨著科技的進步,測量技術(shù)和裝備有了很大的發(fā)展,全站儀和GPS的普遍使用使隧洞施工測量效率和質(zhì)量有了很大的提高。本文就新的測量技術(shù)和儀器條件下,對隧洞控制測量和隧洞掘進中的測量方法進行探討。
1、工程概況
    永泰縣丹云九老溪二級生態(tài)電站位于葛嶺鎮(zhèn)溪西村枝柄,如附圖所示,隧洞總長3700多米,總水頭300米,不設(shè)壓力管道,總裝機1600KW。   
2、設(shè)備及功能簡介
2.1電子全站儀三維坐標(biāo)測量
電子全站儀集光電測距儀和電子經(jīng)緯儀、微處理器、存儲器于一體,具有精度高、速度快、操作簡便等特點,可在同一測站同時測距和測角,并能計算顯示出測點的三維坐標(biāo)并自動存儲,具體操作步驟如下:
(1) 架設(shè)三角架。三角架頂面近似水平,且位于測站點的正上方,把其中一條腿踩一下固定。
(2) 安置儀器和對點。安置好儀器后,調(diào)節(jié)全站儀的三個腳螺旋,使光學(xué)對點器精確對準(zhǔn)測站點。
(3) 利用圓水準(zhǔn)器粗平儀器。調(diào)整三角架三條腿的長度,使全站儀圓水準(zhǔn)氣泡居中。
(4) 利用管水準(zhǔn)器精平儀器。通過旋轉(zhuǎn)三個腳螺旋,使管水準(zhǔn)器氣泡在兩條相互垂直的線上都居中。
(5) 精確對中與整平。儀器精平后,通過對光學(xué)對點器的觀察,地面點會偏離光學(xué)對點器中心,需平移儀器,使儀器精確對準(zhǔn)測站點,再擰緊中心連接螺旋,再次精平儀器。此項操作重復(fù)至儀器精確對準(zhǔn)測站點為止。
(6)設(shè)置全站儀(不同的品牌略有不同,下面以賓得R200為例)
    打開儀器電源開關(guān),設(shè)定現(xiàn)場的溫度、濕度和氣壓自動進行氣象改正,通過菜單項選擇,創(chuàng)建一個文件,然后選中這個文件,再選擇測距功能,輸入測站點坐標(biāo)和儀器高,然后輸入后視點坐標(biāo)或方位角,接著照準(zhǔn)后視點的反射棱鏡,按“確定”鍵。修改“P/N”點編號,輸入“1或A1”,再修改棱鏡高,按“測距”鍵,儀器將會選用自身內(nèi)存的計算程序自動計算并瞬時顯示出后視點的三維坐標(biāo)(X,Y,Z),核對后視點坐標(biāo)值,如在誤差范圍內(nèi),就可以測量前視坐標(biāo)了。
2.2  AutoCAD
AutoCAD是Autodesk公司開發(fā)的專門用于計算機繪圖設(shè)計的軟件,自面世以來一直以其簡便快捷、精確無誤等優(yōu)點深受廣大工程技術(shù)人員的青睞。隨著AutoCAD軟件的不斷更新和推廣,AutoCAD軟件已不再是單純的繪圖工具,而是可以用來指導(dǎo)工程施工的管理軟件。在現(xiàn)代建筑施工中,會遇到許多不規(guī)則的建筑物和構(gòu)筑物,而這些不規(guī)則的建筑物和構(gòu)筑物在施工測量、放樣、工程量計算、工程資料的收集和整理等施工過程中存在許多問題。如果運用傳統(tǒng)的施工技術(shù)處理這些問題,將要花費大量的人力、物資和時間,而且精度和效果也難以滿足現(xiàn)代工程建設(shè)的需要。AutoCAD技術(shù)的運用,傳統(tǒng)工藝存在的問題均可以迎刃而解,并且可以達到事半功倍的效果。
 3、隧洞外施工控制測量
3.1隧洞施工控制測量的特點
隧洞施工控制測量的目的,在于保證隧洞兩相向開挖方向在貫通面按設(shè)計要求正確貫通,即橫向貫通誤差和高程貫通誤差在規(guī)定的限差內(nèi)。隧洞施工控制測量的設(shè)計、實施和數(shù)據(jù)處理與隧洞的長度、形狀、施工方法、實地地形地貌、儀器設(shè)備等條件有關(guān)。隧洞外控制測量應(yīng)在隧洞施工前完成,它以統(tǒng)一的平面、高程系統(tǒng)將布設(shè)在隧洞口附近的控制點連接起來,并根據(jù)隧洞中線上點的設(shè)計坐標(biāo),建立起它們與控制點的坐標(biāo)關(guān)系。由于隧洞是一個狹長的建筑物,兩開挖洞口之間的控制點之間一般互不通視,故還要布設(shè)中間點。在全站儀問世以前,平面控制測量多采用三角網(wǎng)或?qū)Ь測量,高程控制測量一般采用水準(zhǔn)測量或三角高程測量,存在許多限制條件,如三角網(wǎng)角度限制,需要多邊通視,在山高路陡的地方水準(zhǔn)測量相當(dāng)困難等。當(dāng)今隧洞控制測量中新技術(shù)不斷得到應(yīng)用,如全站儀用于洞內(nèi)外三維導(dǎo)線測量,它只需單邊兩兩通視,再加上計算機輔助設(shè)計和數(shù)據(jù)處理等,不僅提高了測量精度,而且具有顯著的經(jīng)濟效益。
3.2隧洞洞外三維控制導(dǎo)線測量
(1)選點
選點的原則:相鄰兩點要相互通視,兩點間距離一般不超過600米,總點數(shù)要盡量少。洞口或支洞口附近的點要選在不容易被破壞的地方,其附近的兩點距離要控制在100米左右。
(2)埋點
先用鋤頭在選好點的位置挖一個25cm×25cm深度40cm~50cm左右的坑,接著將拌好的砼倒入其中,搗實抹平,然后再將長約35cm的Φ16鋼筋埋入砼中,并應(yīng)將有打“十”字叉的一端朝上,待砼凝固后用油漆寫上點的編號。如果選的點在巖石上,就用鋼釬和錘子在巖石上打個“十”字叉,并用油漆寫上點的編號。
(3)測量
測量天氣盡量選在陰天進行,采用支導(dǎo)線測量。如附圖所示,導(dǎo)線點起點高程可以是假設(shè)高程或者套用1:1萬陸軍地形圖上的特征高程點(近似值),起點坐標(biāo)為假設(shè)坐標(biāo)。起始邊方位角用羅盤儀測定:先把羅盤儀放在儀器頂上,其側(cè)邊方向與望遠鏡軸線方向平行,水平轉(zhuǎn)動儀器直到羅盤儀指針白色那端指向“N”時,鎖緊水平制動螺旋,把全站儀水平度盤置零(賓得R-200全站儀是置零鍵連續(xù)按兩下),再順時針轉(zhuǎn)動儀器瞄準(zhǔn)后視點,此時儀器顯示的水平角度就是測站點起始邊的方位角,參照上述2.1的步驟(6)設(shè)置儀器,就可以開始導(dǎo)線測量了。
如果直線隧洞長度小于1000m,則直接用全站儀測量導(dǎo)線點的三維坐標(biāo),每一測站要通過變動儀器高測三次坐標(biāo),每次三維坐標(biāo)讀數(shù)差控制在5mm以內(nèi),最終坐標(biāo)取三次的平均值作為下一測站的原始數(shù)據(jù)。如附圖所示,直線隧洞長度大于1000m,地形較復(fù)雜的,可采用GPS衛(wèi)星定位測量。只須在洞口或支洞口選兩點可相互通視的控制點(附圖中紅色連線兩點)即可,控制點距離要在100米左右,點的周圍不能有大樹或灌木叢覆蓋,點的上空不能有高壓線路經(jīng)過。
4、隧洞內(nèi)施工測量
在隧洞進口和出口(或支洞口)之間的洞外控制導(dǎo)線測量完成之后,再進行洞內(nèi)測量。
先用全站儀將導(dǎo)線點支到離洞口較近的地方,用全站儀放樣功能將洞口中心設(shè)計坐標(biāo)放出來,然后在AutoCAD上1:1000的隧洞平面布置圖上獲取離設(shè)計洞口1m、3m、5m中心線上3點的設(shè)計坐標(biāo)(也可用計算器通過洞線的方位角計算出來),在實地上再放樣出這三點坐標(biāo),并用油漆在巖石上做標(biāo)記以指示隧洞開挖掘進方向。待隧洞在指示方向掘進約15米后,再用全站儀把導(dǎo)線點支到洞口,用前面的方法獲取離洞口5米(A點)、10米(B點)隧洞中心線的坐標(biāo),在隧洞地面把這兩點坐標(biāo)放樣出來,用風(fēng)鉆分別鉆孔,在孔上打入木樁,木樁頂面高程要與隧洞地面高程大約持平,再通過全站儀的望遠鏡的觀察(需開啟十字絲照明功能和礦燈照明),左右移動鐵釘,將鐵釘準(zhǔn)確地釘在木樁上,通過測距功能測出地面上兩固定點的坐標(biāo),作為以后隧洞中心繼續(xù)放樣的導(dǎo)線點。
將全站儀排在埋設(shè)好的固定點A上,照準(zhǔn)后視點B,鎖定儀器的水平制動螺旋,在全站儀激光指示下,轉(zhuǎn)動望遠鏡在隧洞頂上再做兩個標(biāo)記,兩點相距10米左右,其中離工作面較近的一點要距工作面5米左右。用風(fēng)鉆在標(biāo)記上鉆孔,在孔上打入木樁,在全站儀的激光指示下,在木樁上釘上鐵釘,通過望遠鏡觀察,用錘子微調(diào)鐵釘,使兩垂線方向分別與設(shè)計隧洞中心線相吻合,以供施工人員控制掘進方向。
待隧洞掘進50米左右后,需再次測量放樣?芍貜(fù)上述步驟,在洞頂做兩個固定點用于掛垂球,供開挖隧洞工人目測對中用,在隧洞地面中心線上做兩個固定點用于測量。
在開挖坡度大于30°的斜洞時,由于洞底坡度變化大,洞底高程施工不易控制,常出現(xiàn)超挖或欠挖的情況,影響隧洞的貫通精度。為此,在開挖斜洞時,每打10米長左右就必須放樣一次,嚴(yán)格控制施工誤差。
5、需注意事項
由于隧洞處于地下,陰暗潮濕,操作面較狹窄,開炸后空氣中又含有有毒氣體,有時還有大量地下水冒出,除了施工人員和測量人員要緊密配合、團結(jié)協(xié)作外,還需注意以下事項:
(1)要往洞里送新鮮空氣半個鐘頭~一個鐘頭以后(視隧洞距離長短),才能進入洞內(nèi)。
(2)要準(zhǔn)備好以下幾件物品:全站儀設(shè)備、安全帽、水鞋、礦燈(要充足電能)、擦鏡紙或棉簽(用于擦拭儀器對中器和望遠鏡上的目鏡和物鏡由于洞內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的水氣)、筆和筆記本、油漆(用于標(biāo)記隧洞里程和控制點的位置)、木樁、鐵釘。
(3)全站儀最好用測角精度為2”的儀器。
(4)在輸入坐標(biāo)數(shù)據(jù)時一定要核對后才可進行下一步操作。
(5)隧洞地面和洞頂上的固定點要釘牢固,點離工作面要大于5米,并在洞壁上做易辨認(rèn)的標(biāo)記。
6、結(jié)束語
隨著電子全站儀的普及,及AutoCAD的廣泛應(yīng)用,對于工程測量和放樣的速度和精度的進一步提高,創(chuàng)造了有利的條件。使用電子全站儀的三維坐標(biāo)測量功能、和AutoCAD的全面、快速、精確的繪圖及查詢功能,在隧洞的測量和放樣施工中,可以直觀、準(zhǔn)確的進行任意斷面中心、放樣及測控任意點超欠挖情況,為隧洞工程施工提供了全面、快速、精確的測控服務(wù)。