王宝归
中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西咸阳 713700
摘要：对长隧洞工程的开挖，在各种规范中的要求很多，精度也要求比较高，对施工单位而言，洞内控制测量精度的高低就直接影响到贯通的精度，为保证隧洞在允许精度内贯通，要对洞内控制测量进行设计，在未贯通前对已施测的测量成果进行相应的精度估算，针对南沟门北线供水工程为例，探析为保证长隧洞小断面洞室贯通精度而进行的洞内控制测量设计、精度估算的测量方法，为保证相应的控制测量精度还要采取相应的测量方案，下面就这几方面进行相应的探析。
关键词：隧洞；贯通；精度估算
一、项目概述
延安市南沟门水库北线供水工程是向延安煤油气资源综合利用项目（以下简称延能化项目）以及华能延安电厂输送原水的长距离调水工程。南沟门水库位于陕西省延安市黄陵县境内，水库坝址位于葫芦河河口上游3km处的寨头河村南沟门附近。陕西延长石油（集团）延安煤油气资源综合利用项目位于陕西省富县，距县城以南 12 公里。华能延安电厂位于延安市富县吉子现乡田村。
本工程设计供水任务向华能延安电厂和延安煤油气资源综合利用项目以及周边发展预留用水。工程为年供水量为3210万m3。一级加压泵站设计流量1.44m3/s，二级加压泵站设计流量1.38m3/s，向延安煤油气资源综合利用项目供水设计流量1.14 m3/s；向华能延安电厂供水流量0.24 m3/s。
根据受水区分布、线路走向以加压泵站位置等，确定输水线路方案总布置为两级泵站加压方式，工程采用南沟门水库库内取水，取水口一级加压站位于距南沟门水库坝址河道距离约3.5km处史家河村处。线路以隧洞方式跨越葫芦河和洛河之间的黄土梁由南向北布设，即从史家河村附近的史家塬梁下穿过，沿洛河右岸塬边布设，远离铁路线和北洛河，经过两次加压后隧洞自流输水至延安煤油气资源综合利用项目区净水厂，以压力管道方式输水至能延安华能电厂项目区净水厂。输水线路以隧洞为主，洞室围岩基本为基岩隧洞，地下水均高于洞顶设计高程，基岩洞段洞室围岩按稳定性分为三类（Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类）。
供水工程输水洞线总长25.96km，主要建筑物包括2座泵站，1级加压站设1#施工岔洞，2#级加压站设2#施工岔洞，输水隧洞1条（2个压力洞段长5.608km，3个无压洞段长18.822km，1#隧洞长长2568.062m ，设支洞1处，2#隧洞长9987.616m，设支洞4处，3#隧洞长3040m，设支洞1处，4#隧洞长4269.693m，设支洞1处，5#隧洞长4564.969m，设支洞两处），1座过沟倒虹（长285.82m），一段明涵，隧洞末点与水厂衔接段1座（长89.491m），华能延安电厂供水管道长4.5km。
二、施工测量的原则和基本要求
Ⅰ 严格执行测量规范；遵守先整体后局部的工作程序，先确定平面控制网，后以控制网为依据，进行各局部轴线的定位放线。
Ⅱ 必须严格审核测量原始数据的准确性，坚持测量放线与计算工作同步校核的工作方法。
Ⅲ 定位工作执行自检、互检后再报检的工作制度。
Ⅳ 测量方法要简捷，仪器使用要熟练，在满足工程需要的前提下，力争做到省工省时省费用。
Ⅴ明确为工程服务，按图施工，质量第一的宗旨。紧密配合施工，发扬团结协作、实事求是、认真负责的工作作风。
基本要求
⑴熟悉设计图纸，仔细校核各图纸之间的尺寸关系，全面了解设计意图。
⑵对业主给定的现场平面控制点和高程控制点进行查看和必要的检核及现场踏勘。全面了解现场情况，了解工程总体布局，工程特点，周围环境，建筑物的位置及坐标，了解现场测量坐标与建筑物的关系，水准点的位置和高程。
⑶ 根据设计要求、定位条件、现场地形和施工方案等因素，制定测设方案，包括测设方法、测设数据计算和检核、测设误差分析和调整、绘制测设略图等。
⑷ 对参加测量的人员进行初步的分工，并进行技术交底， 测量中所用的仪器和钢尺等器具，根据有关规定，每年送国家授权检定部门进行校验，合格后方可投入使用。
三、隧洞贯通误差测量分析
以5#支洞及6#支洞计算为例，5#支洞长162m，采用圆拱直墙型断面，支洞纵坡7.9%，5#支洞主要为Ⅳ类围岩（刚进洞的前10m）和Ⅲ类围岩（Ⅳ类围岩之后的152m），5#支洞与主洞交叉点桩号为9+088.129，主洞上游工作面1188.335m，下游工作面1283.789m，6#支洞长100.133m，采用圆拱直墙型断面，支洞纵坡8.6%，6#支洞主要为V类围岩（刚进洞的前51.439m）和Ⅳ类围岩（V类围岩之后的50m），6#支洞与主洞交叉点桩号为11+655.706，主洞上游工作面1283.789m，下游工作面549.782m。5#支洞进主洞下游及6#支洞进主洞上游洞室贯通工作面长度为2829.7m。
3.1贯通测量方案
隧洞施工采用支洞出口双向掘进。隧洞贯通后，在隧洞贯通面上钉一临时桩，用隧洞进口的控制点，和隧洞出洞洞外的控制点，各自向临时桩进行测量，分别测取临时桩点的平面坐标，将两组坐标的差值分别投影到贯通面上和隧洞中线上，则贯通面上的投影即为横向贯通误差，在中线上的投影即为纵向贯通误差。高程贯通测量是测定实际的竖向贯通误差，采用水准测量及全站仪三角高程测量方法，从隧洞进口和出口附近的控制点开始，各自向洞内进行，分别测出贯通面上同一点的高程，即获此点的两个高程之差。
依据《水利水电工程施工测量规范》（SL52-93）中表8.1.2水工隧洞开挖贯通误差
注：1 相向开挖的长度包括支洞长度在内。
5#、6#支洞之间的洞室长2829.7m，故横向贯通误差限差为±100mm，纵向贯通误差限差为±200mm，高程贯通误差限差为±50mm。
3.2 洞内控制导线网点和边长投影到贯通面上的相对坐标系确定
根据隧洞施工实施性组织设计方案的施工进度计划安排，隧洞掘进开挖计划由5#支洞与主洞交点及6#支洞与主洞交点对向掘进施工，即5#支洞与主洞交点向下游方向施工1283.789米即T10+371.918。
3.3控制网布设原则
⑴ 平面控制应先从整体考虑，遵循先整体、后局部、高精度控制低精度的原则。
⑵ 平面控制网的坐标系统与工程设计所采用的坐标系统一致。
⑶ 布设平面控制网首先根据设计总平面图、现场施工平面布置图情况，选择最合理的布设方案。
⑷ 选点应在通视条件良好、安全、易保护的地方。
⑸ 桩位必须注意保护，并用红油漆作好标记。
3.3.1 导线测量的技术要求
①导线测量应符合以下导线的技术要求规定：
导线测量技术要求
② 导线应尽量布设成直伸开状，相邻导线边长不宜相差过大，点位能长期保存。
③ 水平角观测的各项限差要求
水平角方向观测法的各项限差
3.3.2 高程控制网的等级及技术要求
⑴ 高程控制网的精度，采用四等水准的精度。
⑵ 半永久性水准点位处于永久建筑物以外，一律按测量规程规定的半永久。
⑶ 桩的方式埋设，并妥善加以保护。
⑷ 引测的水准控制点，需经复测合格后方可使用。
⑸ 高程控制网技术要求 高程控制网的等级拟布设四等附合水准，水准测量技术要求如下表：
3.3.3 水准点的埋设及观测技术要求
① 水准点的埋设
水准点选取在土质坚硬，便于长期保存和使用方便的地方。
② 水准观测的技术要求见下表：
四、具体实测
4.1贯通测量仪器配置
4.2具体步骤
在隧洞施工中，在未贯通时，采用支导线，导线边长按200m控制埋设，控制点的埋设位置埋于洞室轴线上，选择坚硬的岩石处，用手风钻在岩石基面上钻孔，孔深40～50cm，若是土洞子，孔深尽量挖深，深度大于60cm，孔宽50cm。用钢筋头的端头最平面处用钢锯条锯十字丝，钢筋长度35～40cm，用锚固剂或混凝土进行凝固。测量导线点也要兼顾水准控制点使用，钢筋头高于凝固面3～5mm，低于岩石面及基岩面3～5cm，用钢板或石渣保护起来，防止出渣车出渣破坏控制点。在侧墙处用红漆标识出来，以便使用时能够很快运用。
全站仪测量导线控制测量按四等测量规范进行测量，按照现场条件实际观测水平角观测4~6测回，最少不小于4个测回数，水准仪测量初设按四等测量规范进行实测，根据后期测量条件可用全站仪三角高程测量代替。
五、贯通误差预计
5.1横向贯通误差预计
按《测规》要求初步选择观测精度为：测角中误差2.5″。为了简化计算，本条用支导线的端点的点位误差当作横向贯通中误差，这当然是偏于安全的，支导线端点的点位误差计算公式为
式中 ms：为测距中的误差，按照本项目所有仪器测距误差最大为5mm，四等测量规范取7mm，因此按最大误差取值为7mm；
n：控制支导线中的站数，5#支洞进主洞下游及6#支洞进主洞上游洞室贯通工作面长度为2829.7m。导线边长按200m控制埋设，预测站数15站；
mβ：为测角中的误差，采用四等测量取2.5"；
ρ：为常数 206 265〞；
h：为高差，本段洞室设计纵坡1/2000，高差1.284m；
L: 为导线长度2829.7m。
洞内导线横向误差小于40mm，满足要求。
5.2纵向贯通误差预计
纵向误差My=2mm*N+2*L/100万=30mm
式中：N：为站数取15站
L: 为导线长度2829.7m。
纵向贯通误差限差为±200mm，本设计按一半为±100mm，满足要求。
5.3高程控制测量设计
高程测量设计时，初步确定为四等水准，按最大距离闭合差为：
L为水准路线长度2.83km，以km计
若是按三等水准要求实测，则
高程贯通限差：
。
故按本设计采用三、四等水准观测能满足水准高精度贯通要求。
5.4贯通误差的调整
平面贯通误差调整，贯通误差≤50mm时在保证隧洞建筑界限要求的条件下，可不调整路线中线，按设计线位施工。贯通误差>50mm时，应采用洞内控制网实测隧洞中线，采用线位拟合法进行调整，调整后的线路应满足线型平顺标准和隧洞建筑界限的要求。
高程贯通误差的调整，由两端测得的贯通面临时桩点的高程，应取两贯通高程的平均值作为调整后的高程。高程贯通误差的调整可按贯通误差的一半，分别在两端未衬砌地段，以未衬砌的线路长度按比例调整其范围内的水准点高程。未衬砌段的高程放样应按照调整后的高程进行，调整后的线路应满足线路设计和验收规范要求。
六、提高洞内控制测量精度的几点建议
6.1严格按设计的控制测量等级相关技术要求进行施测，施测中尽量采用三联脚架法，但要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动、气泡有无偏离、对中偏离是否较大等等，如有上述情况则要对仪器进行检修校正，找出问题所在；
6.2隧洞每开挖到一定长度时要及时增设基本导线点，指导开挖的临时点要控制在2～3个以内，且要进行经常性的检测其正确性，确保洞室开挖的正确；
6.3隧洞每开挖到一定阶段或一定长段时要及时对导线进行检测、复测及精度估算，对因其它原因而改变设计路线方案时要对精度进行估算；
6.4导线要尽可能布设成似等边直伸型导线，在测量环境允许范围内尽可能的选长边；
6.5要严格进行边长的投影计算，正确计算各点平面坐标；
6.6三角高程测量时，要严格按操作程序进行，如垂直角的观测要同测距在同一次照准时完成，对于三角高程等级在三等或高于三等时则要采取一些提高精度的措施进行施测，如隔点设站法、提高对中精度等；
6.7洞室测量一定要保证测量仪器的稳定性，确保测量视线的清晰度；
6.8对贯通面较多的隧洞，要考虑到隧洞全部贯通后的轴线情况，对洞内有砼衬砌时，还要对相向挖的两条导线进行附合，并进行贯通误差分配或平差处理，保证洞内砼衬砌形体的正确。
七、结束语
结合南沟门水库北线供水工程5#施工支洞与洞轴线的交点与6#施工支洞与随洞洞轴线的交点间的隧洞贯通为实例，据隧洞施工规范和隧洞勘测来的设计的隧洞控制测量的方案，理论上是严谨的、实际上可行的，在最不利的导线控制情况下，所预计的横向贯通误差，也能满足设计和施工要求。常用2＂级全站仪（测距精度为2mm+2ppm）按照四等导线光电测距测量的技术要求进行洞内单导线平面控制测量，以四等水准测量（或三角高程测量）进行洞内高程控制，以常见的支洞里每个掌子面单向开挖3KM为限，完全可满足隧洞开挖精度要求。由此可见，长隧洞施工前对隧洞洞室的测量设计及贯通精度估算的重要性，对测量全过程实行指导控制，确保隧洞贯通的各项值都在规范之内。
参考文献：
1、隧洞洞内控制测量及质量控制探析
2、《水利水电工程施工测量规范》（SL52-93）