浅谈水利枢纽地下洞室群工程监理测量过程控制

浅谈水利枢纽地下洞室群工程监理测量过程控制王文胜孙全杜正乔（长江三峡技术经济发展有限公司溪洛渡监理部）摘要：水利水电工程建设选址多在山区，那里地形复杂、起伏较大，加上水利枢纽中建筑物数量多，结构复杂，各建筑物之间在平面及高程上均有一定联系，且多数是分别施工，最终联结为一个整体。测绘工作的重要程度、精度要求及施工难度可想而知。本文分析了地下洞室群工程中测量工作的特点，结合作者在溪洛渡工程施工监理工作中积累的经验，指出了地下洞室群工程中测量工作的重点和难点，并从监理测量过程控制的角度提出了注意事项应对措施。关键词：水利水电、地下洞室群、测量监理、过程控制1．溪洛渡水电站概况金沙江溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江干流上，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合效益的巨型水电站，是目前世界上最大的地下洞室群工程。电站枢纽由拦河坝、引水发电系统及泄洪建筑物组成，其中引水发电建筑物由电站进水口、压力管道、主厂房、主变室、尾水调压室、尾水洞、出线井（包括下平洞、竖井下段、上平洞、竖井上段及地面出线场）、通排风系统及地下防渗排水系统等建筑物组成，全部为地下洞室工程，包括导流洞、泄洪洞。2．地下洞室群工程测量工作的特点地下工程测量的工作环境主要在地下封闭的空间，测量方法受工程特征和施工方法的限制，测量精度主要取决于工程的限差要求，所以作业方法、作业程序、使用的仪器设备与其他测量存在一定的差别。结合溪洛渡工程，归纳起来主要有如下特点：(1)施工面狭窄，测量条件差，可供利用的空间有限，施工干扰大；(2)施测对象灰暗，一般无自然光，照明状况不理想；(3)受烟尘或渗水的影响，目镜中观测到的施测目标抖动，增加照准误差；(4)不能完全按照常规测量先高级后低级，先控制后碎部的测量方法和程序；(5)大型水利枢纽建筑物纵横交错，横向误差、纵向误差互相关联（如：环形隧洞，螺旋形隧洞），一样都不能忽视；(6)测量的网形受施工条件限制，大多布设支导线，检核条件有限；(7)受隧道开挖形状的限制，导线的边长不容易满足规范要求；(8)工程需要较高的精度，较短的测量耗时，许多成果需要现场提交；(9)测量控制点的埋设受环境和空间的制约，可能设在隧洞的顶部或边上，同时这些点容易受施工和地质条件的影响，测量的检核工作量大；(10)出于安全及质量要求，需要及时、准确地反映各建筑物在静态或动态下的空间几何关系（如：相关洞室何时贯通的问题，爆破点到附近或相邻建筑物工作面的距离问题等），因而测量工作具有渐进性和连续性；3．监理测量过程控制三峡发展公司溪洛渡监理部技术部下设测量队，由总监理工程师组织编写《金沙江溪洛渡水电站施工测量监理实施细则》，明确测量监理工程师职责，确定工作流程、作业方法、监理手段以及保证质量应采取的必要对应措施等，对溪洛渡水电站左岸地下厂房及泄洪洞建安工程所有施工测量任务进行全方位、全过程的测量质量监督和管理。3.1事前控制事前控制是施工阶段质量控制的一个重要环节，它不仅符合监理工程师“主动控制，预防为主”的原则而且具有预见性和前瞻性，为保证工程质量，防患于未然提供前提。下面就测量监理工程师的主要事前控制工作介绍如下：(1)督促施工单位建立和健全测量质量保证体系。质量保证体系是工程管理体系中最基础的部分，对于确保工程目标顺利实现至关重要。所以必须要求施工单位建立严格的质量责任制，明确质量方针、质量目标以及为实现目标制定必要的计划，设立专职测量机构并配备必要的专业技术人员和测绘仪器，实行管理业务标准化和管理流程程序化，使施工单位在测量人员、仪器设备、组织管理、检测程序、手段、方法等各个环节上加强管理并实行“三检制”。(2)审查施工单位测绘资质、测量人员资质及仪器设备情况。审查施工单位测量机构是否具备满足工程需要的测绘资质；检查测量主要技术负责人的资质；检查测量人员的数量、测绘作业证持证情况，对于不能满足工程施工要求的人员限期予以撤换；检查仪器设备的数量、标称精度及运行情况是否与合同文件相符，并查看使用的仪器是否按行业规定按时检定，对精度不符合要求或没有按行业规定及时检定的仪器，及时制止使用。(3)对业主提供的首级控制网成果进行勘察，复核，确认无误后组织现场交桩，将控制网成果以文件形式发给施工单位，并要求再次进行检查，确认无误后方可使用。(4)施工测量工作开展之前，了解有关规范、标准及合同文件规定的测量技术要求，熟悉设计图纸，审查施工单位制定的施工测量组织设计，放样技术方案等。3.2事中控制3.2.1地面控制测量为服务地下大型工程建设和设备安装施工，控制测量分地面控制测量和地下控制测量。地面控制测量就是根据地下工程特点和需要，在地面布设一定形状的控制网，并精密地测定其空间位置。其目的就是为地面的大比例成图、地下控制测量、施工放样和变形监测传递坐标，建立整体的控制基础。起作用就在于控制全局，限制测量误差的传递和积累，保障测量工作的相对精度。溪洛渡工程地面平面控制网采用的是边角网。施工中除建立平面控制网外还要建立高程控制网。用几何水准测量的方法建立高程控制网简单方便且精度可靠，因而是高程测量的主要方法。但是，溪洛渡工程地形起伏非常大，几何水准测量难度很大。再者，由于新型仪器激光测距精度的不断提高，三角高程测量在地形起伏较大的地区显示出了很多优越性，所以溪洛渡工程的高程控制网除个别特殊重要点采用国家Ⅱ等水准测量外其余点均采用三角高程测量代替几何水准测量，投影面选择在EL470m高程上，基本满足“控制网点坐标反算的两点间长度与实地两点间长度之差应尽可能小”的要求。溪洛渡工程的地面控制网由业主统一提供，并根据工程需要以不低于每年一次的频次复测，所以本文不做重点介绍，而主要讲述测量监理工程师重点控制内容。3.2.2地下（加密）控制测量地下控制测量与地面控制测量相比，尽管测设方法上有许多共同之处，但地下控制测量仍有其特殊性。由于是在地下隧道中测量，施工面狭窄，可供利用的空间有限，施工干扰也很大，故不能像布设地面控制网那样布设成三角网、三边网或边角网，更不能布设GPS控制网，只能设立导线或导线网作为地下平面测量控制。由此可见，地下平面控制测量实际上是导线测量。地下控制测量是根据工程特点和工程精度需要进行的，是为具体工程部位的施工放样提供基准。在控制测量施测之前，施工单位应将加密控制测量技术设计方案报监理部审批，测量监理工程师在方案批复时应注意以下几点，并在具体施工过程中，从下列方面加强监督与管理。(1)地下导线必须与地面控制网的坐标系统一致，也就是地下导线起始边长、起始方位角和起始点坐标都必须由地面控制网传递。因此设在洞口的地面控制点同时是地下导线的起始点，在导线进洞之前，必须对洞口控制点（如：溪洛渡1#公路隧洞进口、出口，3#公路隧洞洞口、301支洞洞口等部位布设的地面控制点）的坐标与进洞联系方向作检核测量，没有粗差和变动，方可开始地下导线测量。(2)测量监理工程师应要求施工单位在布设地下控制导线时，既要考虑到贯通面处的横向贯通误差不能超过允许的限值，又必须考虑到能满足施工开挖时的放样精度及方便测设的要求。(3)地下工程测量的环境和特点决定了其测量方法不能完全按照常规测量先高级后低级，先控制测量后碎部测量的方法和程序，测量监理工程师可建议施工单位分级布设。先布设边长较短的施工导线（边长一般为25～50m），然后局部控制、碎部（含施工放样）测量；当隧道开挖到一定距离后布置洞内的基本导线（边长一般为50～100m），再局部控制、碎部（含施工放样）测量；最后布设洞内主要导线（边长一般为150～800m），进行全面控制测量，以保证工程施工按设计进行。三级导线的布设情况如图1所示。(4)地下控制的导线只能按照隧道开挖的形状布设，基本上没有选择的余地。此外，这种导线在施工期间，只能布设成支导线的形式，这是因为地下导线是随着隧道的不断开挖才逐渐向前伸展，当隧道尚未贯通时，不可能在洞内将两端布设的导线联系起来，而支导线端点横向误差是由角度观测误差引起的，误差会随着导线的延伸和测站的增多而传递和积累。所以测量监理工程师应对施工单位布设的长边导线（基本导线或主要导线）进行检查，同时督促施工单位对重要的测量控制网点进行妥善保护，建立定期复测制度，并检查其落实情况。主要导线基本导线施工导线既是施工、基本导线点又是主要导线点既是施工导线点又是基本导线点施工导线点图例:图1：地下工程施工导线、基本导线和主要导线布设示意图(5)测量监理工程师应要求施工单位布设地下导线时尽量做到边长接近等边，导线点应尽量布设在施工干扰较小、通视条件好、便于观测且稳固安全的地方；对于断面较大的洞室（如：溪洛渡地下厂房，岩锚梁以上宽31.9m，岩锚梁以下宽28.4m），可布设成多边形闭合导线或主副导线环，以提高精度；大隧洞之间的联系洞可与主洞连测或布设成局部闭合导线（如：溪洛渡地下厂房9条平行的母线洞与主厂房、主变室的形式类似主洞与联系洞的形式，如图2所示，可以形成闭合导线），以便进行平差或互相检核。图2：溪洛渡主厂房、主变室与母线洞布置示意图(6)在进行导线测量时，应尽可能减小仪器对中和目标偏心误差的影响，可采用强光探照灯照准棱镜，测回间采用仪器和棱镜重新对中，在观测时两次照准两次读数等方法提高精度。(7)长边导线的边长应按贯通要求设计，当导洞延伸至两倍洞内导线设计边长时，测量监理工程师就应要求施工单位进行一次导线引申测量，且每测定一个新导线点时，都需要对以前的导线点进行检核测量，在直线段可只进行角度检测，但由于溪洛渡工程地下洞室群弯道多，周围建筑物关系复杂，所以测量监理工程师要求角度和边长同时检核测量。(8)由于烟尘、水汽等在洞壁处的密度大于其他地方的密度，视线据建筑物太近可能导致视线折射或被观测目标抖动等影响观测精度的因素，因此，应提醒施工单位在布设导线时，两点之间的视线与建筑物的距离应大于0.2m，且观测时段尽量选择停止施工时。(9)对于环形隧洞（如：溪洛渡防渗排水系统的排水廊道就是足球场形）和螺旋形隧洞（如：溪洛渡左岸尾水洞的施工支洞，从1#公路隧洞到下3施工支洞、下3-1支洞至1#～3#尾水洞就构成近似螺旋形），不能形成长边导线的，测量监理工程师应要求施工单位在每次向前引申时，都应从导线的起始边复测，且复测精度应一致，在证明导线点无明显位移时，取点位的均值。(10)在施工过程中，只要形成闭合或附合条件，测量监理工程师都应该要求施工单位构成闭合图形的导线网（环），进行平差计算，以便求出导线点的新坐标值。(11)当隧道全部贯通后（先导洞开挖的隧洞应在导洞贯通后），测量监理工程师应组织施工各方对地下长边导线进行重新观测和平差计算，用以最后确定隧洞中心线。尤其是涉及到不同标段施工甚至多家施工单位施工的情况，如：溪洛渡左岸1#尾水洞施工分上段和下段，分别由葛洲坝施工局与中水六局施工，隧道贯通后测量监理工程师及时组织各单位进行了贯通测量并将各方认可的平差结果以文件形式发给相关单位，作为两标段的统一成果，确保不同施工单位、不同标段之间顺利衔接。3.2.3地下工程施工测量(1)对施工单位根据工程特点和工程进展，分阶段加密的施工控制网及长边导线，进行持续检查、复测，对施工导线点的精度进行校核。(2)设置测量质量控制待检点与见证点，对重要工程部位的施工放样作业进行现场旁站、抽检或复测，对施工单位在施工测量中存在的问题，视情节及时发出工地现场指示或监理通知。(3)及时检查、校核各洞室的轴线、轮廓线等，经常校核竖井开挖用来安置激光垂准仪的基准点。如：溪洛渡工程左岸两条出线竖井，竖井段分上、下两段，竖井下段又分两段施工，从EL865m的地面出线场到主变室内EL390m左右的出线竖井下平洞，高差近500m，高差如此大的竖井施工，对竖井中心的控制就显得尤为重要，所以，竖井每掘进约20m测量监理工程师就对安置激光垂准仪的基准点位置进行检查。(4)对于各洞室的拐点、变坡点、渐变段、喇叭口等特征部位，提前提醒施工单位注意，并在必要时对该部位的放样过程进行旁站或复测；(5)对于体形结构复杂的部位，要求施工单位