水布垭电站引水隧洞测量放样实践(论文)修订稿.doc

水布垭电站引水隧洞施工测量论文徐明浩（中国水利水电建设工程咨询中南公司水布垭工程监理部湖北 巴东 水布垭 444329 ）【摘 要】 本文重点讨论湖北清江水布垭电站引水隧洞上弯段、斜井段、下弯段在施工测量放样中所取得的实践经验，根据对水布垭电站引水隧洞上弯段、斜井段、下弯段施工测量的特点，充分利用现有的测量仪器和CASIOfx4500PA型函数编程计算器，在完全保证测量精度的前提下，既保证质量、安全又保证最终测量的点位精度而进行的测量放样方法和数据处理手段。【关 键 词】 水布垭电站 全站仪坐标法 测量放样 数据处理 一、 水布垭电站引水隧洞工程概况水布垭电站引水隧洞位于水布垭电站大坝右侧的马崖山体内，其最小埋设深度不到35米。引水隧洞采用一机一洞布置形式，共布置四条引水隧洞，其进口由引水渠EL329平台经过上平洞、渐变段、上弯段、斜井段、下弯段，最后由下平段进入水布垭电站主厂房内。引水隧洞进出口轴线高差为140米，斜井段则布置为倾角为60度，马蹄形的设计开挖断面，其上平洞长轴线长约147米至177米之间，上、下弯段轴线长分别为25.12米，斜井段轴线长约140米，下平段长轴线约35米。引水隧洞开挖2003年7月初开工，于2004年7月底全部开挖、锚喷支护结束，经过最终上、下贯通测量，其点位精度均在水利水电施工测量规范内（10mm），从而为水布垭电站的如期蓄水发电奠定了坚实的测量基础。二、 测量放样方法及其点位的确定引水斜井段及其上弯段、下弯段的测量放样方法，主要根据引水及发电系统标段的施工组织设计按由上至下的开挖程序并最终与下平洞施工的下弯段处贯通的要求，分别在进入引水上平洞的6#施工支洞及其进入引水下平洞的2#施工支洞布设了施工控制点（支导线网），其相应控制点的三维坐标均由洞外经过埋设的导线点逐级传至布设好的施工控制点上，使其施工控制点最弱点点位误差满足相应水工建筑物测量规范要求。由于上弯段、下弯段内砼衬砌均布置了外层钢筋，采用钢管进行永久衬砌，为了保证开挖尺寸，尽量避免钻爆后无欠挖甚至尽量减小超挖尺寸，以减小不必要的经济损失，则采取将所提供的附近控制点大地坐标经过坐标转换至施工放样所需轴系上的施工坐标系坐标，这样以便更直观地反映在某轴系直平段内不通过计算便可知设计特征点在设计断面上的改正值。由于斜井段内取消设计内外钢筋，均采用钢管进行永久衬砌，但由于倾角较大（达60度）又无法在斜井段内已完成开挖支护处进行设站进行斜井段的每一次掌子面的测量放样工作，又由于斜井段内取消设计内外钢筋，从而有效减小了断面开挖的相对平整度，更是减少了部分小面积的欠挖处理，从而又加快了排炮的循环时间，为争取由于地质因素和地表雨水导致地下渗水对开挖的影响赢得了不必要的损失时间。1、测量放样方法和数据处理方法：根据施工放样所提供的一台LeicaTCR402（或LeicaTCR702）红外线可见光无棱镜反射全站仪（现场施工技术员用专用反射片作为每一次掌子面放样的测量反射体配合），其全站仪测角精度为2，测距精度为（2mm+2ppmD）。采用直接由离掌子面较近控制点转测站到掌子面附近，用全站仪坐标法测定其测点的坐标值，将全站仪显示屏显示的坐标输入已编好的并经反复调试而无误的测量计算程序的CASIOfx4500PA型函数编程计算器内，进行现场测量数据出理后得出测点与设计点的改正值来确定测点的设计位置。2、测点精度估算： 采用全站仪坐标法测定其测点的坐标，按（DL/T51732003）的附录H平面位置方法精度估算公式的H.1全站仪坐标法进行测点精度评定，其精度评定结果为测点的点位精度均满足规范要求。三、 测量放样数据处理：测点坐标改正计算主要采用CASIOfx4500PA型函数编程计算器进行所属工程部位编制计算程序并经反复调试而无误后进行现场测量数据输入计算器内出理后得出测点与设计点的改正值。进行设计断面编程计算主要是确定测点在垂直于设计轴中心线的设计标准断面上以设计标准断面上某一特征点为中心所建立的坐标系中的高差值和水平偏离值。附 引水隧洞纵剖面设计图、平面图、横剖面设计图： 图1 图2（一）、上弯段测点坐标改正编程计算思路：1、 确定P点（X，Y，H）在上弯段内的轴线桩号a、首先确定测点P投影在过竖曲线圆心与上弯段设计轴中心线的铅垂面的M点到竖曲线圆心的距离S，则数学表达式为： S=（X - X0）2 + （H - H0）2其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示 为： S = Pol（ X X0，H H0） 式中： X0、H0 表示竖曲线圆心O在上弯段的起点处的设计轴中心线的设计桩号、设计高程b、 确定测点P点在过P点与竖曲线圆心O点并垂直于过竖曲线圆心与上弯段设计轴中心线所构成的铅垂面与过上弯段起点M与竖曲线圆心O点并垂直于过竖曲线圆心与上弯段设计轴中心线所构成的铅垂面的二面角A，则数学表达式为： A = 90 - tan1-1（H - H0）/（X - X0）其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示为： A = 90 - W c、根据圆弧长计算公式，由、式则知，其数学表达式为： L = AR/180其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示为： X = X0 + AR/180 2、 确定测点P点在过P点和上弯段竖曲线圆心O点并垂直于过竖曲线圆心与上弯段设计轴中心线所构成的铅垂面的平面（既为设计标准横断面）上与圆心的高差值，由式知，其数学表达式为： h = S - R其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示为： H = S - R 式中 ： R 为设计竖曲线的设计半径。3、 确定测点P点在过P点和上弯段竖曲线圆心O点并垂直于过竖曲线圆心与上弯段设计轴中心线所构成的铅垂面的平面（既为设计标准横断面）上的偏离轴中心线的距离（即偏心距）Y，由于该段设计为直线段，根据所建立的施工坐标系则知偏离轴中心线的距离（即偏心距）Y即为实测坐标值中的Y值。附：水布垭电站引水隧洞上弯段(文件名: SWD )编程计算程序L1 Lbl 0L2 X, Y, H : X : Y : HL3 S = Pol(X - X0, H H0)L4 A = 90 - WL5 QX = X0 + A/180R0L6 KH = S R0L7 MHS = S S1L8 NHX = S2 - SL9 TYX = Abs(Y) Y0L10 MHS 0 = MR = - (KH2+Y2)- R PY = Abs(Y) + NHX Y1 / S3 Y0L11 Goto 0上述计算程序已在水布垭电站引水隧洞上弯段内测量放样中成功使用，在此列出以供参考。（二）、斜井段测点坐标改正编程计算思路：1、确定P点（X，Y，H）在斜井段内的轴线桩号首先将P点投影至过斜井设计轴中心线所构成的铅垂面上为M点，根据平面解析几何由图可知，P点在斜井段内的轴线桩号（设为Xzh），其数学表达式为：X1 = （ X X1） cos（）X2 = （ H0 H ） sin（）Xzh = X0 +（ X X1 ） cos（） + （ H0 H ） sin（）其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示为：X = X0 +（ X X0 ） cos（） + （ H0 H ） sin（） 式中 ： X0、H0 表示斜井段设计轴中心线的起点的设计桩号、设计高程，X1 表示在所使用施工坐标系中的坐标， 表示斜井段设计轴中心线的设计倾角2、确定测点P点在过P点并垂直于过斜井段设计轴中心线所构成的面（既为设计标准横断面）上与圆心的高差值（设为D），由图可知，其数学表达式为：Hm = H0 （Hzh X0 ） sin（）D = （H Hm）/ cos（）式中 ： Hm 表示测点在过测点P并垂直于过斜井段设计轴中心线所构成的面与过斜井设计轴中心线所构成的铅垂面的面（既为设计标准横断面）的圆心高程，其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示为：H = H0 （Hzh X0 ） sin（） D = （H Hm）/ cos（） 3、 确定测点P点在过P点和上弯段竖曲线圆心O点并垂直于过竖曲线圆心与上弯段设计轴中心线所构成的铅垂面的平面（既为设计标准横断面）上的偏离轴中心线的距离（即偏心距）Y，由于该段设计为直线段，根据所建立的施工坐标系则知偏离轴中心线的距离（即偏心距）Y即为实测坐标值中的Y值。附：水布垭电站引水隧洞斜井段(文件名: XJD )编程计算程序L1 Lbl 0L2 X, Y, H : X : Y : HL3 KX =X0+(XX1)Cos()+ (H0H) Sin() L4 GH = H0 -( KX- X0) Sin() L5 MD = (H- GH)/ Cos() L6 NDS= MD+ H1L7 PDX= -MD- H2L8 QYX= Abs (Y) Y0L9 NDS 0 = ER = - (MD2+Y2)- R0 FY = Abs(Y)+ PDX A / B - Y0L11 Goto 0上述计算程序已在水布垭电站引水隧洞斜井段内测量放样中成功使用，在此列出以供参考。（三）、下弯段测点坐标改正编程计算思路：1、 确定P点（X，Y，H）在下弯段内的轴线桩号a、 首先确定测点P投影在过竖曲线圆心与下弯段设计轴中心线的铅垂面的M点到竖曲线圆心的距离S，则数学表达式为：S = （X0 - X）2 + （H0 - H）2）其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示为：S=Pol（X0 - X ， H0 - H） 式中： X0、H0 表示下弯段竖曲线圆心O点的设计桩号、设计高程b、 确定测点P点在过P点与竖曲线圆心O点并垂直于过竖曲线圆心与下弯段设计轴中心线所构成的铅垂面与过下弯段终点与竖曲线圆心O点并垂直于过竖曲线圆心与下弯段设计轴中心线所构成的铅垂面的二面角A，则数学表达式为： A = 90 - tan1-1（H0 -H）/（X0 -X）其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示为： A = 90 - W c、 根据圆弧长计算公式，由、式则知，其数学表达式为： L = AR/180其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示为： X = X0 - AR/180 2、确定测点P点在过P点和下弯段竖曲线圆心O点并垂直于过竖曲线圆心与下弯段设计轴中心线所构成的铅垂面的平面（既为设计标准横断面）上与圆心的高差值，由式知，其数学表达式为： h = R - S其在CASIOfx4500PA型函数编程计算器显示屏上则显示为： H = R - S 式中 ： R 为设计竖曲线的设计半径。3、 确定测点P点在过P点和上弯段竖曲线圆心O点并垂直于过竖曲线圆心与上弯段设计轴中心线所构成的铅垂面的平面（既为设计标准横断面）上的偏离轴中心线的距离（即偏心距）Y，由于该段设计为直线段，根据所建立的施工坐标系则知偏离轴中心线的距离（即偏心距）Y即为实测坐标值中的Y值。附：水布垭电站引水隧洞下弯段(文件名: XWD )编程计算程序L1 Lbl 0L2 X, Y, H : X : Y : HL3 S = Pol( X0 X ,H0 - H )L4 A = 90 - WL5 QX = X0-A/180R0L6 KH = R0 - S L7 MHS = R1 - S L8 NHX = -R2 + S L9 TYX = Abs(Y) Y0L10 MHS 0 = MR = - (KH2+Y2)- R PY = Abs(Y) + NHX C / B Y0L11 Goto 0上述计算程序已在水布垭电站引水隧洞下弯段内测量放样中成功使用，在此列出以供参考。四、 测量放样算例（一）、现以水布垭电站1#引水隧洞为算例。表1 附近测量控制点坐标表点 号坐 标备 注XYHZ606122.047-28.833329.522上平洞施工坐标系Z607110.851-3.059329.559上平洞施工坐标系Z613158.0663.083329.178上平洞施工坐标系Z1-5-1304.643 85.020 185.720 下平洞施工坐标系Z2-1330.161 16.128 186.224 下平洞施工坐标系注：表中数据以水布垭电站1#引水隧洞Y15Y16方向为施工轴系建立施工坐标系。（二）、上弯段、斜井段、下弯段现场施工测量放样数据编程计算算例表2 上弯段现场施工测量放样数据编程计算表点 号XYH超欠挖值桩 号1160.5794.333328.700-0.013 161.663 2163.0453.894 329.5370.027 163.048 3160.5344.335 328.722-0.011 161.613 4166.0712.061 329.3780.064 165.148 5166.342-0.005 329.725-0.009 165.110 6164.632-2.583 330.137-0.014 163.786 7163.683-3.277 329.925-0.101 163.269 说明: 表中超欠挖栏中正值表示超挖，负值表示欠挖.表3 斜井段现场施工测量放样数据编程计算表点 号XYH超欠挖值桩 号1199.374-4.010262.511-0.016 238.781 2201.201-4.310262.916-0.038 239.344 3202.785-4.017263.8770.134 239.304 4203.971-3.056264.2950.095 239.534 5204.894-2.073264.1470.114 240.124 6205.236-0.745264.5220.149 239.970 7205.6310.021264.0710.204 240.559 说明: 表中超欠挖栏中正值表示超挖，负值表示欠挖.表4 下弯段现场施工测量放样数据编程计算表点号XYH超欠挖值桩 号1318.888-4.128194.0750.022 318.323 2319.388-4.099193.735-0.029 318.8