巴基斯坦SK水电站特长引水隧洞施工测量方法的研究

巴基斯坦SK水电站特长引水隧洞施工测量方法的研究

索荣军

（中国葛洲坝集团勘测设计公司，湖北省武汉市硚口区解放大道558号,443000）

摘要：本文简要介绍了巴基斯坦SK水电站特长引水隧洞施工测量的全过程，并对关键的作业步骤作了具体的叙述，；总结了在施工测量中测量作业的发展，采用了测量作业新工艺、新方法。 随着工程测量学的发展，越来越多的新工艺、方法运用到实践生产中，而巴基斯坦SK水电站特长引水隧洞工程由于工程浩大，测量精度要求高，工期较紧，因此在实践中大量的运用了新的测量工艺、方法。

关键词：巴基斯坦SK水电站特长引水隧洞 施工测量 测量新方法

一工程简介

巴基斯坦SK水电站位于于巴基斯坦西北边境省开伯尔-普什图省的昆哈（Kunhar）河上，是一座高水头、长隧洞引水式水电站工程。大坝和进水口位于Kunhar河畔的Andherabela村附近，距伊斯兰堡256km，距主要海港城市卡拉奇1956km。电站尾水出口位于Paras 村附近，距大坝和进水口35km。

苏基克纳里水电站安装4台单机容量为221MW的冲击式水轮发电机组，总装机容量884MW，最大净水头922.72m，最小水头845.76m，电站运行多年平均年发电量32.12亿kW·h。水库正常蓄水位为2233m，最低运行水位为2223m。正常蓄水位以下库容为1037万m3。

电站由拦河坝、溢洪道、电站进水口、引水隧洞、调压井、压力管道、地下厂房及尾水隧洞等主要建筑物组成。其中，引水隧洞长23.19km，内径为6m。设计引水流量为114.6m3/s，最大引水流量为126.06m3/s。，引水洞洞身开挖为马蹄形，断面尺寸7.20*7.40m。

二引水隧洞施工控制网测量

引水隧洞施工控制网测量旨在洞内标定出引水隧洞的设计中心线和高程，为开挖、衬砌和施工指定方向和位置；特别是保证两个相向开挖面的掘进中，施工中线在平面和高程上按设计的要求正确贯通，保证开挖不超过设计规定的界线。

引水隧洞施工控制网测量内容包括地面和洞内两部分：即对地面（洞外）平面与高程施工控制网及洞内平面与高程控制网测量。

2.1  洞外平面控制测量

接收业主和监理工程师提供的测量基准点、基准线后，采用Leica TS30全站仪（标称精度为：测角精度为0.5″，测边精度为(1mm+1mm/km×D)），按《水电水利工程施工测量规范》（DL/T 5173-2012）中的精度要求对平面基准点进行检测，以合格的基准点线为施工控制网的起算点，按照测绘规程规范和工程施工精度要求，布设施工测量加密控制网，将各洞口的平面控制点与加密网连接成全网，平面控制网点采用Trimble4800GPS静态方式进行测量，并按C级GPS网的技术要求施测，控制网边长投影到隧洞进、出口的平均高程面上，其点位中误差不超过±10mm，控制网的平均边长相对中误差不超过1/250000。具体技术要求如下：

(1)GPS控制网观测基本指标(规范要求)

 (2)外业数据质量检核

  同一时段观测值的数据剔除率小值10%

  复测基线的长度较差 ds≤2σ

  独立闭合环或附合路线坐标闭合差应满足：

Wx≤3σ

Wy≤3σ

Wz≤3σ

Ws≤3σ

 式中

n为闭合环边数

σ＝

2.2  洞外高程控制测量

高程控制网按二等水准精度测量技术要求，使用Leica DNA03数字水准仪施测，每个洞口附近至少布设2个高程控制点，并布设成环线或附合路线，闭合差不超过±4（L为高程导线线路总长）。并采用Leica DNA03数字水准仪配铟瓦条形码尺（仪器标称精度为0.3mm/km）按《国家一、二等水准测量规范》的规定对高程基准点进行检测，校核其测量精度，复核资料和数据的准确性，以确保复测结果精准无误。

实测时严格按《国家一、二等水准测量规范》中二等水准测量之规定进行，其主要技术要求如下：

a. 二等水准测量的技术要求

b. 二等水准测量测站的技术要求

主要测量控制网点埋设钢筋砼标墩，顶部埋设不锈钢强制对中标盘，标盘对中误差＜±0.1mm。上述测量控制网点在工程完工后的规定期限内完好无损地移交给业主。

2.3洞内平面控制测量

    洞内平面控制测量沿洞壁或底板边缘两侧布设光电测距多环基本导线和施工导线，主要拐角点埋设观测墩或插入洞壁的金属观测架。基本导线根据洞内通视条件布设成边长近似相等的导线；施工导线点约50m埋设1点，并与基本导线附合。其中A5支洞口至A6a支洞口，隧洞开挖长度为5.92km,采用洞内三角锁或双导线方式实施施测。洞内基本导线独立进行两组观测，两次观测值较差不大于中误差的2倍，取其平均值为最后成果。洞内平面控制测量仪器采用Leica TS30全站仪施测。由于隧洞内环境较差，交叉作业影响较大，故在进行控制测量时应选取空气情况较好，其他工序影响较小的时段进行。架设仪器和棱镜时应仔细严格对中、整平，量、记仪器高及棱镜高，待每站观测完毕后再次量取仪器高及棱镜高作为检查。观测时严格按照规范要求进行观测：边长观测每条边往返各测2测回，测边先验中误差±(1+1×10-6)mm；方向观测按二等边角网测量要求进行，方向观测先验中误差±0.7″。且水平角观测应符合下表技术要求：

边角观测按《水电水利工程施工测量规范》DL/T5173-2012中有关规定执行。

边 角 网 技 术 要 求

距 离 测 量 技 术 要 求

水平角方向观测法技术要求

2.4 洞内高程控制测量

首级高程控制网采用Leica DNA03数字水准仪配铟瓦条形码尺观测(仪器标称精度为0.3mm/km)，水准观测应满足二等水准测量的技术要求，其主要技术要求见表所示。

表2    二等水准测量的技术要求

高程控制网平差计算采用通用平差软件计算。

2．5 内业平差计算

内业计算前首先要对外业原始记录手簿进行严格审慎的检查，确保准确无误后才开始进行平差计算。首先画出导线网示意图，标上现场实测点名，并标出已知点及其方向和起算边，然后再从记录手簿上将每一测站的测得的方向值，经改正后的边长抄记在示意图上每两边中间。再启动“科傻或平差易”，按软件格式要求输入数据并保存，启动自动平差计算，若软件提示错误则重新检查输入数据直到正确为止，检查闭和差，点位误差等误差是否符合要求，严格按要求进行操作，最后得到最终结果。

三引水隧洞施工测量方法

3．1放样前的准备工作

    放样前及时收集掌子面附近的控制点信息，并详细审读图纸，提前验证测量员APP相关参数计算是否与“(TSR)”程序计算结果完全一致，进行检核精准无误后方可用于放样，使在现场放样时能做到高质高效。

3．2利用边角后方交会对基本导线的延伸

  由于引水洞开挖速度较快，中心和开挖轮廓线均要求测量人员放样。由于大型机械设备影响和破坏，测量人员无法按传统的方法在掌子面附近布设控制点，迫切需要采用新的测量方法进行测量控制点的布设。测量人员经过反复试验采用了在洞壁上布设控制点，观测时采用边角后方交会的设站方法来解决这个问题。

具体方法为：在距掌子面100m左右外布设高精度的基本导线，在导线点上设站，用全站仪在洞壁上或底板边缘布设控制点，保证点位的精度。现场放样利用洞壁控制点，采用边角后方交会的方法设站，进行掌子面开挖轮廓线的放样。超过100m左右，布设新的基本导线控制点，用新的高级控制点对洞壁点进行重新布设。每个月采用符合导线的方式与洞口首级控制网进行联测，确保隧洞施工控制的贯通精度。

3．3引水洞掌子面施工放样

引水洞掌子面施工放样具体步骤，在测量APP上编辑线路参数，选择线元法或交点法，输入线路名和桩号前缀，选择平面设计线后保存。然后，在平曲线菜单中输入或直接导入线路平面参数文件，在竖曲线菜单中输入或直接导入线路纵向参数文件。最后，在隧道断面库菜单中输入或直接导入线路断面参数文件并复核，检查无误后方可使用。施工现场根据掌子面情况架设好仪器，利用边角后方交会方法测算出测站点坐标；插入蓝牙设备并打开，检查其显示等是否正常。然后，打开测量APP，选择对应的隧洞文件名，扫描并匹配对应的蓝牙设备予以连接，连接成功后，选着与全站仪位数匹配的蓝牙位数，进行测试，待其发送数据至测量APP界面上，选择对应断面类型或自动匹配断面，选着断面朝向大里程或小里程，点击观测按钮，直接测得掌子面上一点的三维坐标，测量APP自动算出该点的桩号、距轴线距离以及相对于开挖轮廓线的差值；根据具体放样要求移动点位再进行测算直至符合要求，作标记之后再放样下一个点。

3.4引水隧洞断面验收

   随着引水隧洞不断掘进，为及时反映出隧洞的超欠挖值等隧洞开挖质量情况，需及时对隧洞断面验收。由于隧洞施工中各种工序衔接紧凑，平行作业、交叉施工的工程很多，且洞内作业面狭小，而隧洞断面图又要求及时提供，所以断面验收工作的工作量非常大，时间也非常紧。在实际中测量人员利用“外业全站仪测量+测量APP采集数据(扫描出图)；及南方CASS软件+TSR插件+设计数据文件(为提前编写好的.DGN文件）”的作业模式，全数字化精确快捷的测量方法很好的解决了这个问题。具体操作如下：

首先，外业利用Leica T06或Leica T09 plus实测，测量APP采集数据,将数据直接复制粘贴到指定的位置，并按照统一的要求进行命名，以利于作图时或日后需要用时能够方便快捷的找到。然后，利用南方cass系列加载TSR成图软件，录入测量原始数据，输出测量成果报告。使用这种全数字化的作业模式不但使测量的内业工作大为减轻，而且由于数据从采集到使用的全过程都数字化，大大降低了由于手工操作而产生错误的概率。

四结语

   在巴基斯坦SK水电站特长引水隧洞工程施工测量中，本人对洞外、洞内控制测量方法进行了深入的剖析，保证了隧洞的精确贯通。引水洞工程的施工测量工作完全符合测量规范要求，满足了生产的需要，并且通过生产实践总结大量洞挖施工测量的工艺和新方法。但也存在不足之处，例如对新的创新与方法总结不够还需从理论与实际两方面继续进行改进等。

参考文献

[1] 张艳峰. 特长隧道高精度控制网的建立与隧道贯通误差的研究. 2004

[2] 陈秋楠等. 隧道工程.北京：测绘出版社，2005

[3] 孔祥元，郭继明等. 控制测量学. 武汉大学出版社，2006

[4] 张正禄. 工程测量学. 武汉大学出版社，2005

[5] 顾孝烈，鲍  峰，程效军. 测量学. 上海：同济大学出版社，2006