向延義　董發(fā)海

【摘 要】對(duì)于TBM施工的超長(zhǎng)隧洞，為了保證順利貫通，控制測(cè)量是關(guān)鍵。本文介紹了洞內(nèi)有關(guān)控制測(cè)量的估算、實(shí)施的測(cè)量控制技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】超長(zhǎng)隧洞控制測(cè)量分析應(yīng)用

1、工程概況

桓集隧道引水工程位于吉林省xx市和遼寧省桓仁縣境內(nèi)，該合同主體工程為隧洞工程，主洞長(zhǎng)35441.382m，樁號(hào)47+587.467～83+028.849，縱坡i=0.28‰。共布置5條施工支洞，分別為7#、9#、10#、11#和12#。主洞采用兩臺(tái)TBM施工（TBM3和TBM4），TBM3由9#支洞運(yùn)入主洞，在9#支洞與主洞交叉處的擴(kuò)大洞室內(nèi)組裝，掘進(jìn)至7#支洞與主洞交叉處的擴(kuò)大洞室內(nèi)檢修，檢修后掘進(jìn)至6#支洞與主洞交叉處的擴(kuò)大洞室內(nèi)拆卸，由6#支洞運(yùn)出。TBM4由11#支洞運(yùn)入主洞，在11#支洞與主洞交叉處的擴(kuò)大洞室內(nèi)組裝，掘進(jìn)至10#支洞與主洞交叉處的擴(kuò)大洞室內(nèi)檢修，檢修后掘進(jìn)至9#支洞與主洞交叉處的擴(kuò)大洞室內(nèi)拆卸，由9#支洞運(yùn)出。

根據(jù)進(jìn)度安排，TBM4-1段最先貫通，因此以本段為例進(jìn)行分析。TBM4-1段由79+828.87開(kāi)始掘進(jìn)至樁號(hào)72+553.6貫通，加上11#支洞及組裝間和通過(guò)段的長(zhǎng)度，該段單向掘進(jìn)長(zhǎng)度約8.5公里（見(jiàn)圖1）。

2、誤差估算

2.1誤差控制指標(biāo)

根據(jù)《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》DL/T5173-2012中的誤差要求和施測(cè)控制指標(biāo)規(guī)定見(jiàn)下表

表1貫通測(cè)量限差

相向開(kāi)挖長(zhǎng)度

（km） 限差（mm）

橫向 高程

<5 ±100 ±80

5～9 ±150

9～14 ±300

14～20 ±400

表2控制測(cè)量對(duì)貫通中誤差的影響值的限差

相向開(kāi)挖長(zhǎng)度（km） 中誤差（mm）

橫向 高程

地面 地下 地面 地下

<5 ±25 ±40 ±20 ±30

5～9 ±37 ±60

9～14 ±75 ±120

14～20 ±100 ±170

2.2誤差估算。為了保證長(zhǎng)距離隧洞的準(zhǔn)確貫通，隧洞控制測(cè)量是關(guān)鍵。隧洞控制測(cè)量分為高程控制測(cè)量和平面控制測(cè)量。它們的誤差會(huì)對(duì)隧洞貫通產(chǎn)生豎向誤差、橫向誤差和縱向誤差。由于縱向誤差對(duì)工程的影響不大，所以縱向誤差基本可以不考慮。豎向誤差可以用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量方法解決，所以隧洞的貫通誤差主要體現(xiàn)在橫向誤差。因此，隧洞平面控制測(cè)量對(duì)隧洞貫通起著決定性作用，隧洞控制測(cè)量可分為洞外控制測(cè)量，洞內(nèi)控制測(cè)量，由于洞外控制測(cè)量采用GPS網(wǎng)控制測(cè)量，因此本方案只對(duì)洞內(nèi)控制測(cè)量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.1洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量橫向貫通誤差估算。由于TBM4-1段單向開(kāi)挖達(dá)到8.5km，基本導(dǎo)線宜采用雙導(dǎo)線的形式布設(shè)，并根據(jù)貫通限差要求，估算預(yù)期的誤差、確定導(dǎo)線的等級(jí)，以保證貫通要求，選擇更為合理、經(jīng)濟(jì)的測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方案。

洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量誤差在貫通面上產(chǎn)生的橫向誤差估算公式

（公式1）

（公式2）

（公式3）

式中：

——由于測(cè)角中誤差所產(chǎn)生的在貫通面上的橫向中誤差，mm；

——測(cè)角中誤差，″；

——206265″；

——導(dǎo)線點(diǎn)至貫通面的距離，m；

——由于測(cè)邊中誤差所產(chǎn)生的在貫通面上的橫向中誤差，mm；

L——導(dǎo)線總長(zhǎng)度

——導(dǎo)線邊相對(duì)中誤差；

——導(dǎo)線邊在貫通面上的投影長(zhǎng)度，m；

——洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量在貫通面上所產(chǎn)生的總的橫向中誤差，mm；

——導(dǎo)線組數(shù)。

根據(jù)隧洞開(kāi)挖設(shè)計(jì)平面圖，按一定比例尺在CAD上畫出設(shè)計(jì)平面圖及貫通面位置，充分考慮洞內(nèi)施工的測(cè)量環(huán)境，合理的選出導(dǎo)線點(diǎn)的位置，并繪在圖紙上。見(jiàn)圖2

在繪制好的略圖上量取各個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)到貫通面上的距離Ryi和各個(gè)導(dǎo)線邊在貫通面上的投影長(zhǎng)度Dyi，再根據(jù)本項(xiàng)目所投入的儀器設(shè)備精度確定測(cè)角中誤差和導(dǎo)線邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差代入式中計(jì)算，來(lái)回進(jìn)行試算，直至滿足貫通精度要求。最后根據(jù)選定的中誤差來(lái)確定導(dǎo)線測(cè)量等級(jí)，并在施測(cè)中要嚴(yán)格按照確定的導(dǎo)線等級(jí)進(jìn)行測(cè)量。貫通中誤差的估算見(jiàn)下表：

表311#至10#支洞洞內(nèi)控制橫向貫通中誤差估算表

11#支洞～10#支洞與主洞貫通面處平面橫向貫通中誤差：

2.2.2洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量豎向貫通誤差估算

影響貫通測(cè)量高程誤差因素有兩端進(jìn)洞控制點(diǎn)高程誤差和洞內(nèi)兩端高程控制測(cè)量誤差。而洞內(nèi)豎向貫通誤差通常是根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量或三角高程測(cè)量誤差引起的豎向貫通中誤差來(lái)確定高程控制測(cè)量的等級(jí)（見(jiàn)下表）。本工程采用三等水準(zhǔn)測(cè)量，因此不能采用三等三角高程測(cè)量成果，只是作為一種校核。

國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量每公里水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差M△不得超過(guò)下表規(guī)定數(shù)值

測(cè)量等級(jí) 三等 四等

M△（mm） 3.0 5.0

洞內(nèi)高程控制測(cè)量誤差估算公式為：

Mh=±M△

式中Mh為豎向貫通中誤差，M△為高程測(cè)量每公里水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差（mm），L為洞內(nèi)水準(zhǔn)測(cè)量路線全長(zhǎng)（km）

故11#支洞～10#支洞與主洞貫通面處豎向貫通中誤差：

Mh=±M△=±3.0×=12.4mm<80mm

因洞內(nèi)線路總長(zhǎng)約8.5km，采用往返測(cè)量，故線路按增加一倍計(jì)算。

由以上估算可知，要滿足規(guī)定的貫通精度要求，洞內(nèi)高程控制采用三等水準(zhǔn)測(cè)量，洞內(nèi)平面控制采用測(cè)角精度1″，測(cè)距精度1+1.5ppm的儀器，平均邊長(zhǎng)500m以上的三等導(dǎo)線環(huán)測(cè)量能滿足本工程貫通誤差的要求。

3、洞內(nèi)控制測(cè)量

洞內(nèi)控制測(cè)量包括洞內(nèi)平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量。

3.1、洞內(nèi)高程控制測(cè)量

洞內(nèi)高程控制測(cè)量在實(shí)際施測(cè)中將嚴(yán)格按照水利水電施工測(cè)量規(guī)范中三等水準(zhǔn)的要求去做。由于洞內(nèi)控制點(diǎn)在埋設(shè)時(shí)，在洞內(nèi)軌道一側(cè)埋設(shè)有頂端帶十字絲的鋼筋樁，平面控制點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)可以共用，這樣在測(cè)水準(zhǔn)時(shí)保證各個(gè)水準(zhǔn)控制點(diǎn)完全落在水平控制點(diǎn)上，在施測(cè)平面控制網(wǎng)時(shí)的三角高程可以對(duì)水準(zhǔn)高程進(jìn)行校核。高程控制網(wǎng)觀測(cè)采用三等水準(zhǔn)測(cè)量方法，觀測(cè)時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)如下；

（1）觀測(cè)前30min，應(yīng)將儀器置于露天陰影下，使儀器與外界氣溫趨于一致。

（2）除路線轉(zhuǎn)彎處外，每一測(cè)站上儀器與前后視標(biāo)尺的三個(gè)位置，應(yīng)接近一條直線。

（3）每一測(cè)段的往測(cè)與返測(cè)，其測(cè)站數(shù)均應(yīng)為偶數(shù)。由往測(cè)轉(zhuǎn)為返測(cè)時(shí)，兩個(gè)標(biāo)尺應(yīng)互換位置，并應(yīng)重新整置儀器。

（4）盡量避免視線被遮擋，遮擋不要超過(guò)標(biāo)尺在望遠(yuǎn)鏡中截長(zhǎng)的20%；確信震動(dòng)源造成的震動(dòng)消失后，才能時(shí)行讀數(shù)。

事實(shí)上，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，各個(gè)控制點(diǎn)的三角高程與水準(zhǔn)高程基本一致，最大誤差不超過(guò)3cm。

3.2洞內(nèi)平面控制測(cè)量

3.2.1平面控制網(wǎng)加密點(diǎn)的埋設(shè)

洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)布置在行車軌道兩側(cè)60cm左右，洞壁的一側(cè)埋置30cm左右φ20頂端帶十字絲的鋼筋樁，另一側(cè)埋置觀測(cè)樁，樁頂焊接鋼板，中心孔徑與儀器的連接螺栓緊配合。觀測(cè)樁規(guī)格為30×30cm，保證點(diǎn)位的穩(wěn)定性（觀測(cè)樁見(jiàn)下圖）。

3.2.2平面控制網(wǎng)布設(shè)

洞內(nèi)的基本導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)成直伸型導(dǎo)線環(huán)向前延伸，每個(gè)導(dǎo)線環(huán)邊數(shù)不大于7條，盡量布設(shè)成距離近似相等的長(zhǎng)邊導(dǎo)線網(wǎng)，在不得已發(fā)生短邊時(shí)，相鄰的長(zhǎng)、短邊的比值不得大于3：1。一般情況下，邊長(zhǎng)應(yīng)不短于500～550m，且在有條件的情況下應(yīng)當(dāng)盡量拉長(zhǎng)距離，以減小轉(zhuǎn)折角觀測(cè)誤差對(duì)貫通精度的影響。導(dǎo)線環(huán)布設(shè)形式見(jiàn)下圖

3.2.3平面控制網(wǎng)觀測(cè)

外業(yè)觀測(cè)儀器測(cè)距使用徠卡TS15A全站儀。嚴(yán)格按規(guī)范中的相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行施測(cè)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及監(jiān)理要求，觀測(cè)應(yīng)在成像清晰且充分通風(fēng)、無(wú)塵時(shí)進(jìn)行，測(cè)量時(shí)間盡量安排在硫化皮帶或每天早上8：00～12：00TBM檢修時(shí)進(jìn)行。測(cè)距過(guò)程中，量取前視及測(cè)站兩點(diǎn)的測(cè)邊溫度及氣壓數(shù)值，計(jì)算時(shí)取平均值。所有測(cè)邊均采用往返觀測(cè)6測(cè)回，水平角采用左右角觀測(cè)6個(gè)測(cè)回，垂直角（天頂距）觀測(cè)6個(gè)測(cè)回，照明采用強(qiáng)光手電或碘鎢燈照明，保證觀測(cè)目標(biāo)清晰明亮。觀測(cè)與記錄均應(yīng)滿足規(guī)范要求。

3.3數(shù)據(jù)處理及平差計(jì)算

由于計(jì)算機(jī)及各種軟件的大量使用，大大降低了人工計(jì)算的難度和出錯(cuò)幾率，在實(shí)際應(yīng)用中，我們只需把每次觀測(cè)的數(shù)據(jù)從TS15A全站儀通過(guò)數(shù)據(jù)線下載到電腦，然后把每一測(cè)回的觀測(cè)值輸入到自行設(shè)計(jì)的EXCEL電子表格中，電子表格即可按照設(shè)計(jì)的公式直接計(jì)算出每個(gè)測(cè)站的水平角、豎直角以及經(jīng)過(guò)各種改正后的平距和高差。然后把改正后的數(shù)據(jù)輸入到平差軟件南方平差易2005，對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差，保證了平差結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

通過(guò)以上措施，本工程TBM4-1段于2014年12月3日順利貫通，通過(guò)與監(jiān)理工程師對(duì)貫通誤差進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量，其結(jié)果為橫向誤差為56mm（規(guī)范限差要求不大于150mm）；豎向誤差為7mm（規(guī)范限差要求不大于80mm），達(dá)到了引水隧洞的高精度貫通。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于超長(zhǎng)隧洞的控制測(cè)量，存在著與一般隧洞控制測(cè)量不同的特殊問(wèn)題，文中對(duì)洞內(nèi)控制測(cè)量在施測(cè)中應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了分析和解決，保證了隧洞的順利貫通。