水利水电工程中隧洞施工测量的设计方法李刚

李刚

摘要在水利水电建设工程中,隧洞可以为工程引水、导流、泄洪,可以为周边打通水利运输的通道。水工隧洞应用越来越广泛,近年来得到大家广泛的关注。特别对于引水工程，由于不同水工隧洞需要施工的地质条件不同,在迸行设计方法的选择时,需要加强前期的地质条件和施工环境探测,制定设计施工方案。介于此，本文参照延安黄河引水工程新舍古隧洞分析了隧洞施工中的平面控制测量与高程控制测量方法，并阐述了隧洞掘进测量工作的设计方法等，以供参考。

关键词水利水电工程；隧洞；施工测量；设计方法

一、工程概况

新舍古隧洞位于延川县延川镇新舍古村，全长3392.49m，桩号22+219.483～25+611.973，为延安市黄河引水工程黄延线段六条隧洞之一，围岩类型以Ⅲ类围岩为主,部分为Ⅳ、Ⅴ类围岩和Q2黄土状壤土。断面开挖尺寸B×H=3.5×3.95m（3164.02m）/3.7×4.05m(228.47m)，成型尺寸B×H=2.5×3.05m。隧洞进口位于南河水库大坝下游左岸，出口位于文安驿川右岸，进口底板高程801.015m，出口底板高程799.60m，洞内纵坡0.417‰。

二、水利水电工程隧洞施工中的控制测量设计方法

控制测量的方法主要为GPS测量技术结合全站仪导线测量的平面控制和三角高程代替Ⅳ等水准结合水准控制测量的方法进行。

1.1GPS技术

在水利水电隧洞施工工程中，最为重要的一个环节就是施工测量，这是后续工程施工的基础与关键。作为一项要求较高，且极为严格的测量工作，可以将GPS定位技术应用在施工测量工作中。与传统定位测距技术相比来说，GPS定位技术具有精度高，效率高的优点，免去了传统测量仪器的人工操作，同时GPS定位技术的定位范围较广，并且能够从静态定位扩展到动态定位。GPS定位技术的应用，能够确保水利水电隧洞施工测量的准确性，有效的促进了水利水电工程。在进行水利水电工程施工中，需要使用以及管理大量的测量数据，这就需要运用GIS技术以及数据库技术。要想对测量数据进行管理，现阶段应用最广的就是利用GIS技术来建立相关信息系统或者运用数据库来进行管理，从而能够科学的存储以及分析大量的测量数据，同时也能够方便的进行数据的查找以及检索，有效减少了工作人员的工作量。

1.2平面控制测量

通常情况下，水利水电工程隧洞的建设位置多依河川溪流而行，因此，测区具有狭长、独立的特点。对此，测量人员应该结合工程的具体情况，从工程项目的大小、所处位置等方面进行综合考虑，对平面控制系统进行合理选择。在对水利水电工程隧洞建设地区进行测量时，如果测区内投影长度的变形值5cm/km以上，或者测区偏离现行国家坐标系统中央子午线45km以外或与中央子午线经度差>40，考虑投影变形，可以采用以下平面控制系统：①以一个国家大地点的坐标以及该点至另一个大地点的方位角作为起始数据的独立坐标系统，即所谓“一点一方向”；②高斯正形投影任意带平面直角坐标系统，换言之，就是国家大地点的坐标通过换代计算的方式，换算成测区平均中央子午线处的坐标。

1.3高程控制测量规划与误差

在探究容易影响横向贯通产生误差的因素后，应该继续探究竖向贯通产生的误差原因。这种误差受隧洞内高程控制测量准确度的影响。也就是说，通常情况下，高程控制测量误差级别都取决于竖向贯通中产生的误差。从而导致竖向贯通产生误差的有水准测量结果误差或者三角高程测量等。一般情况下，可以通过公式来估算出竖向贯通中的误差。因此，还可以通过固定公式计算出每km中高差中数的偶然中误差，然后对比所得数据和相关的规定误差级别，选择符合规定的等级指数，选择的原则是所选级别中要求的标准值应该大于计算值。

三、关于水利水电工程中隧洞掘进测量工作的设计方法

在隧洞的控制测量工作完成之后，就得出了隧洞口点的高程与坐标位置，然后再根据相关的设计参数通过相关的运算参数得出中线点的高程与坐标位置，在隧洞掘进方面的测设数据是利用坐标反算的方法得出来的，主要指的是隧洞内洞口位置控制点与中线点之间的位置角度、距离与高度差之间的相关数据，仔细标明了隧洞的掘进方向与位置。根据工程中标注的平面控制网，根据数学中两点之间距离的计算公式，以及坐标反算方法，结合图中的平面控制点与中线里程桩，得出洞口的掘进测设数据。

3.1洞口掘进方向标定

隧洞贯通的横向误差主要由隧洞中线方向的测设精度所决定,而进洞时的初始方向尤为重要。因此，在隧洞洞口要埋设若干个固定点，将中线方向标定于地面，作为开始掘进及以后与洞内控制点连测的依据如图2所示，用1、2、3、4标定掘进方向，在洞口点A与中线垂直方向上埋设5、6、7、8桩。所有固定点应埋设在不易受施工影响的地方，并测定A点至2、3、6、7点的平距。这样在施工过程中可以随时检查或恢复洞口控制点的位置和进洞中线的方向及里程。

3.2关于洞内腰线与中线的测定工作

在隧洞施工工作中的表示掘进方向的重要参考点是腰线与洞内中线位置。为了加强后期的保存工作，中桩线的位置一般位于隧洞的顶端位置。在具体的施工中利用洞口中线控制桩来进行中线桩的测设工作。首先在洞口的开挖面上进行中桩线的测设与开挖工作，逐渐地把其引向洞内，每隔二十米设置一个中线里程桩。在腰线的设置上每隔十米在隧洞的岩壁上设置一组腰线来加强隧洞横断面的放样与标高的标定，在腰线高程的测设上由高程控制点进行测设，应当注意，隧洞的纵断面是具有一定的设计坡度，随之腰线的高程也发生了相应的变化，变化与隧洞的地面高程线保持平行关系。

3.3掘进工程的指示工作

1）掘进方向。因为隧洞内的工作面不大，光线很暗。因此在开挖时应该使用激光指向仪器。激光指向仪器能够实现直观操作，而且对其他工程造成的影响不大，控制操作简单。当掘进机器向前推进时，如果其走向不符合预设的方向，安装在掘进机上的激光指向仪器会自动发出激光束，能够为掘进机提供控制工作的自动化信息，调节工程进度。

2）在隧洞外进行联测。工作人员应该在温度条件稳定、晴天的时候进行。并且，还需要充分考虑到在不同的时间，从水平角度来观察、测量。应该运用方向观测方式，在测量竖直角的过程中，应该反复进行4次，测距的工作需要进行6次。另外，还需要在气象改正的前提下，计算边长，还需要保持投影面的高度与隧洞的中线平均高程保持一致。

3）调节测量准确度。在水利工程中的隧洞施工控制测量时，不仅需要在附属工程中展开混凝土衬砌工作，还需要考虑到洞外的施工。另外，还应该沿着相向开挖的导线展开其他工作，再解决平差，或者对贯通误差加以处理。在进行这些工作时，相关人员应该根据方案中的控制测量标准来进行，而且也需要遵循工作流程，逐渐展开工程。

四、结语

综上所述，文中所谈论的测量设计方法在延安黄河引水工程新舍古隧洞工程隧洞的施工测量工作之中，能够确保测量精度和贯通后的中误差值，并促进经济效益与施工测量工作效率的提升，也为后期类似的长隧洞工程的控制测量提供了宝贵的经验。因此，在水利水电工程具体的测量工作中，工作人员应该根据有关规定和标准来进行规范操作，落实工程设计方案，通过规范的工程流程来展开测量工作，以此保证测量工作的精确。

参考文献

[1]李超.水利水电工程中隧洞施工测量的设计方法探讨[J].黑龙江科技信息,2017,11:245.

[2]赵应书,徐永恩,张丽霞.水利水电工程中隧洞施工控制测量的误差[J].云南水力发电,2017,3302:70+120.