寧科，王敏

(國網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122)

隨著電力電纜在城市電網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用，電力電纜在上海電網(wǎng)所占的比重已經(jīng)超過架空線路輸電方式，成為上海電能的主要輸送方式。上海110 kV及以上電壓等級的電纜主要采用排管敷設(shè)或隧道敷設(shè)方式。由于電纜隧道內(nèi)無法接收全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，簡稱GPS)信號，只能通過已知位置點(diǎn)依次測量未知點(diǎn)，這會造成誤差的疊加，使測量誤差越來越大。傳統(tǒng)的測量方法由于受條件的限制，僅依靠施工方的竣工資料及設(shè)計資料進(jìn)行，因此電纜隧道的測量工作由于測量誤差的不斷疊加，經(jīng)常會出現(xiàn)超過允許誤差的情況。當(dāng)前主要依靠全站儀和水準(zhǔn)儀等測繪儀器，采用人工畫線的方法進(jìn)行電力電纜隧道軸線的測量。測站點(diǎn)坐標(biāo)由控制點(diǎn)引線測量計算得到，聯(lián)系測量由鉛錘直接傳遞，隧道軸線點(diǎn)通過鋼尺畫線求得，而這3個環(huán)節(jié)均會引入較大的誤差。如某些電纜隧道施工方提供的竣工資料數(shù)據(jù)，與測繪院測繪結(jié)果最大相差可達(dá)0.52 m[1]。

因此，本文將多級控制網(wǎng)測量技術(shù)運(yùn)用到電力電纜隧道軸線測量，通過該方法可以精準(zhǔn)測繪電纜位置并定位隧道電纜，滿足110 kV及以上電壓等級輸電電力電纜隧道測量精度≤0.1 m[2]的要求，同時方便日后的檢修和維護(hù)工作。

1 基于多級控制網(wǎng)測量技術(shù)的電纜隧道軸線總體測量方案

當(dāng)前電纜隧道通道的測量均是由較遠(yuǎn)處引點(diǎn)通過測算獲得測站點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)測站點(diǎn)坐標(biāo)引點(diǎn)至隧道井內(nèi)進(jìn)行隧道軸線坐標(biāo)測量。電纜隧道測量的難點(diǎn)主要在將地面的控制點(diǎn)準(zhǔn)確地傳遞到井下，并且驗(yàn)證控制點(diǎn)的正確性和精度以及確定隧道軸線位置。

多級控制網(wǎng)測量技術(shù)對測量進(jìn)行了分步，分為首級控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)、平面聯(lián)系測量和高程聯(lián)系控制，結(jié)合電纜隧道軸線測量的需要，設(shè)計的總體測量方案如圖1所示。

圖1 電纜隧道軸線總體測量方案

該方法將最終誤差進(jìn)行有效分解，每一步都必須控制好誤差及誤差的傳播，根據(jù)每一步的誤差大小，選擇合適的儀器和方法。

2 隧道電纜軸線測量的實(shí)施

根據(jù)多級控制網(wǎng)測量技術(shù)并結(jié)合電纜隧道測量的工作實(shí)際，對測量中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行敘述。

2.1 首級控制網(wǎng)測量

首級控制網(wǎng)采用靜態(tài)GPS系統(tǒng)對控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行采集、計算，該方法與傳統(tǒng)控制點(diǎn)推算法相比，具有準(zhǔn)確性高、受外界環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)[2-3]。靜態(tài)GPS獲取控制點(diǎn)坐標(biāo)方法如圖2所示。

圖2 靜態(tài)GPS獲取控制點(diǎn)坐標(biāo)原理圖

在使用首級控制網(wǎng)測量技術(shù)時，作業(yè)人員需根據(jù)最近圖紙定位測量點(diǎn)，并保證定位點(diǎn)與圖紙給定點(diǎn)誤差范圍≤0.5 m；根據(jù)測量需求情況布置GPS設(shè)備，一般要求GPS臺數(shù)≥4；GPS架設(shè)點(diǎn)需與確定的定位點(diǎn)一致；衛(wèi)星高度角設(shè)定為≥15°。在使用過程中，天線安置應(yīng)嚴(yán)格整平、對中，天線標(biāo)志線指向正北，儀器天線高度值取3次，分別是測前、測中、測后，再取平均值，每次從3個方向量取，數(shù)據(jù)采樣間隔設(shè)定為15 s。

2.2 高程控制網(wǎng)測量

在測量電纜隧道軸線時需利用精密水準(zhǔn)儀及配套的銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺，按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》二等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行外業(yè)測量。為了便于高程的傳遞，需要在每個井口都留有相應(yīng)的高程控制點(diǎn)，將所有井口的高程控制點(diǎn)與已知控制點(diǎn)串聯(lián)成一條符合的二等水準(zhǔn)路線[4]。

2.3 聯(lián)系三角形法測量

聯(lián)系三角形法原理是通過豎井懸掛2根鋼絲(為了檢核大多懸掛3根鋼絲)，由井上近井點(diǎn)測定鋼絲的距離和角度，從而算得鋼絲的坐標(biāo)以及它們之間的方位角，然后在井下確認(rèn)鋼絲的坐標(biāo)和方位角已知，通過測量和計算得出地下導(dǎo)線起始邊的坐標(biāo)和方位角。

聯(lián)系三角形法吊2根鋼絲聯(lián)系測量示意圖如圖3所示。在隧道兩端盾構(gòu)井附近(盡可能在隧道軸線方向上)各布設(shè)一個控制點(diǎn)(此處假設(shè)為A和B。A和B應(yīng)為地面控制點(diǎn))，并要求A，B兩點(diǎn)相互通視。在盾構(gòu)井的井口附近(盡量在隧道軸線的上方)設(shè)一強(qiáng)制對中控制點(diǎn)JS(井上近井點(diǎn))，每次進(jìn)行聯(lián)系三角形定向時，均通過A，B兩點(diǎn)對近井點(diǎn)進(jìn)行檢測。在豎井內(nèi)懸掛2根直徑0.3 mm 的具有相當(dāng)強(qiáng)度和韌性的鋼絲至井底，下端各掛一個10 kg 左右的重錘，并置于油桶中。

圖3 吊2根鋼絲聯(lián)系三角形測量示意圖

由于吊2根鋼絲缺少檢核條件，對于超長隧道(隧道長度大于7 km)建議采用吊3根鋼絲，增加檢核條件，確保聯(lián)系測量的精度，如圖4所示。

圖4 吊3根鋼絲聯(lián)系測量示意圖

地面近井點(diǎn)端一根為O1，對面兩根為O2和O3，定向角O2-JS-O1和O3-JS-O1小于1°，O1與O2和O1與O3之間的距離盡可能大，邊長JS-O1與O1-O2和JS-O1與O1-O3之比要小于1.5，3根鋼絲與JS形成兩個狹長的直伸三角形。在JS的同一方向的隧道內(nèi)安置一強(qiáng)制對中點(diǎn)JX(井下)，此點(diǎn)也可以是地下導(dǎo)線點(diǎn)，JX 與3根鋼絲的關(guān)系同JS。在隧道內(nèi)設(shè)一個導(dǎo)線點(diǎn)DX1，DX1與JX的距離不小于120 m。3 根鋼絲的相互位置關(guān)系及其與測站的位置關(guān)系嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。待重錘穩(wěn)定后，井上和井下利用測角精度1″或0.5″級的儀器同時進(jìn)行觀測。井上以A或B為后視方向，井下以DX1為后視方向，方向觀測采用全圓測回法。邊長測量不使用傳統(tǒng)的鋼尺量距，采用了新的測量方法，即在鋼絲上粘貼反射片，利用全站儀光電測距的方法來測量邊長，鋼絲間的距離利用對邊測量方法得到。這種方法不但速度快，而且精度也較高，完全符合限差的要求。邊長測量各3次，3 次互差小于1 mm，同一邊井上和井下較差小于2 mm。

采用吊3根鋼絲聯(lián)系三角形法地下導(dǎo)線起始方位角的推算如圖5所示。

圖5 吊3根鋼絲聯(lián)系三角形法地下導(dǎo)線起始方位角推算圖

第一步：計算兩吊垂線間距，根據(jù)全站儀所測結(jié)果，可求得O1和O2的間距。

第二步：檢核計算，檢核測量結(jié)果，具體公式如下：

α算=b2+c2-2bccosα
Δα=α算-α測≤±2 mm

(1)

第三步：計算三角形邊長改正數(shù)，具體公式如下：

(2)

第四步：計算β和γ，具體公式如下：

asinβ=bsinα
asinγ=csinα

(3)

第五步：求閉合差并進(jìn)行改正，具體公式如下：

fβ=α+β算+γ算-180°
2*Vβ=-fβ
2*Vγ=-fβ

(4)

第六步：計算地下導(dǎo)線起始方位角，具體公式如下：

αA′B′=αBA+ω+β-β′-ω′±360°

(5)

至此，可以將地面導(dǎo)線AB的方位角傳遞到井下導(dǎo)線。

2.4 高程聯(lián)系測量

電纜隧道井的高程傳遞如圖6所示，其任務(wù)是根據(jù)地面上水準(zhǔn)點(diǎn)A的高程，求出井下水準(zhǔn)點(diǎn)B的高程。

圖6 電力隧道井高程傳遞示意圖

在A，B點(diǎn)上立水準(zhǔn)尺，電力隧道井中懸掛鋼絲。水準(zhǔn)儀在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)為a1，b1，在鋼絲上只能做記號b1，a2。則B點(diǎn)高程為a2-b1的值。

為了求出a2-b1的長度，一般在地面上先量出m和n兩樁間的長度，當(dāng)用絞車?yán)@起細(xì)鋼絲時，就可用m和n兩樁間的長度來度量b1和a2兩個記號間的長度，余長用鋼尺量出，即可求得a2-b1的值[5-7]。

2.5 電纜隧道內(nèi)精密導(dǎo)線及高程控制

由于電纜隧道的井間距離較長并且有一定的彎度和坡度，導(dǎo)致兩井間無法進(jìn)行通視。電纜隧道井下按照四等導(dǎo)線布設(shè)，根據(jù)隧道內(nèi)實(shí)際的通視條件合理布設(shè)導(dǎo)線控制點(diǎn)，點(diǎn)間距不一定能滿足四等導(dǎo)線的技術(shù)要求，但施測時按照四等導(dǎo)線的精度進(jìn)行；考慮到三維坐標(biāo)，將高程控制點(diǎn)與導(dǎo)線點(diǎn)重合，便于以后碎步點(diǎn)測量，隧道內(nèi)高程控制點(diǎn)按照二等水準(zhǔn)的技術(shù)要求進(jìn)行測量，將各進(jìn)口所傳遞的點(diǎn)串聯(lián)成一條符合要求的水準(zhǔn)路線，檢測各傳遞點(diǎn)的精度和隧道內(nèi)二等水準(zhǔn)的精度[8]。

2.6 隧道軸線測量

在完成電纜隧道內(nèi)導(dǎo)線和高程控制點(diǎn)加密后，對全站一站一站地進(jìn)行軸線測量，每10 m間隔測量一個軸線點(diǎn)。根據(jù)電纜隧道內(nèi)徑，事先準(zhǔn)備好水平尺和棱鏡，棱鏡安裝在水平尺的中間(中點(diǎn))，當(dāng)水平尺的水平氣泡居中時，棱鏡所在平面位置即為隧道軸線位置，高程再根據(jù)水平尺的長度及隧道內(nèi)徑運(yùn)用勾股定理計算得到，最后將10 m間隔的點(diǎn)連接起來，即為電纜隧道的軸線。

3 測量實(shí)例

以上海世博隧道為例，對電纜隧道軸線測量采用上海市城建坐標(biāo)，高程采用吳淞高程系統(tǒng)，選用經(jīng)上海市測繪院竣工測繪的世博隧道龍陽路—錦繡路路段作為樣本標(biāo)準(zhǔn)，對比了7～14號豎井的20個工井測量點(diǎn)運(yùn)用多級控制網(wǎng)測量技術(shù)進(jìn)行測量。對測量結(jié)果和誤差值進(jìn)行統(tǒng)計，并對比上海市測繪院竣工測繪結(jié)果，可以看到偏差都在0.1 m以內(nèi)，滿足測量精度要求。

4 結(jié)語

本文將多級控制網(wǎng)測量技術(shù)運(yùn)用到電纜隧道軸線測量，通過對首級控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)、平面聯(lián)系測量和高程聯(lián)系控制這幾個環(huán)節(jié)的分析，綜合出利用多級控制網(wǎng)測量電纜隧道軸線的方法。將該方法用于世博隧道龍陽路—錦繡路路段軸線測量，結(jié)果表明，該方法準(zhǔn)確性及適用性良好。