测量新技术在特大型地下厂房工程中的应用

李学忠

摘要： 简要介绍国家特大型工程-乌东德水电站地下洞室施工测量控制程序及新技术新工艺的运用，重点阐述地下洞室施工测量的难点、重点及解决方法。

Abstract： This paper briefly introduces the construction and control procedures and the application of new technology in the construction of the underground caverns of the Utsende Hydropower Station， and focuses on the difficulties， key points and solutions of the construction of the underground caverns.

关键词： 乌东德水电站；控制测量；施工放样；掌上电脑PDA；Excel电子计算表格

Key words： Wudong De hydropower station；control measurement；construction lofting；PDA；Excel electronic calculation form

中图分类号：TU198 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）18-0151-02

1 施工测量概述

控制测量和竣工验收测量是地下厂房施工测量工作的重点，地下特殊施工部位的测量放样，如何应用新技术提高工效和精度是其工作难点。该院从最初进场就建立了一个高精度的施工测量控制网，广泛采用施工测量新技术，编制了大量地下洞室施工测量计算程序，高标准、严要求实施施工测量作业和检测工作，为乌东德水电站地下厂房工程的顺利施工提供了测绘保障。

2 施工控制测量

地下洞室群相互之间的贯通直接影响着洞内控制精度的高低，乌东德水电站地下洞室纵横交错，由20多个地下洞室组成，包括排水洞、排烟洞、排风洞、交通洞、主洞等，控制好各洞至关重要。因为目标的照准精度会受到多种因素的影响，比如施工、灯光照明、烟尘等，为了确保目标的照准精度满足要求，应保证洞内基本导线相邻点间的距离尽量在七十米以内，导线点间距离小于五十米时照准精度较高，为避免受施工干扰，尽量将导线点沿洞壁两侧布设在僻静的地方，同时观测导线的左、右角。在短边和长边变化处增加左、右角的观测次数，以减小角度观测对横向误差的影响。

当前全站仪测量是地下洞室采用最多的方式，该方式不仅测距精度和测角精度较高，而且只要严格依照相关规范标准进行操作，其结果往往都能够满足施工要求。

3 施工放样

乌东德水电站地下洞室开挖工作面多，施工放样频率高难度大，放样的速度和质量直接影响到地下洞室开挖进度，为保证施工进度和质量必须优化施工测量方法，首选有无棱镜反射测距功能的全站仪，采用红色激光点直接在掌子面上能快速测出隧洞轮廓点的三维坐标，编制好测量放样计算程序，根据计算出的超欠值移动激光点逐步放样到设计轮廓线上。

乌东德水电站工程放样的难点主要集中引水洞的斜井段、尾水调压井的球冠、厂房顶拱的三心圆上。要解决上述问题必须建立正确的数学计算模型，斜井段的洞型有城门型和圆型两种，它们的计算方法基本相似，我们所测得三维坐标是相对于铅垂面上的，而斜井与铅垂面有一夹角，用三维坐标直接解算较困难，针对这种情况首选将观测点的三维坐标投影到斜井段的垂直斜面上，使其变为二维平面直角坐标，这样就可在平面直角坐标系上解算隧洞轮廓点的超欠值。以引水洞斜井段为例，见图1。

引水洞斜井上下由半径为25m的弯管段组成。投影面转换公式为：

式中，Hp——点P的实测高程；

X斜——P点在斜垂面上的投影；

S——隧洞轮廓线的超欠值；

R0——圆洞半径；

E——为观测点P在轴线上的偏距；

Hg点P在斜井段上的设计圆心高。

采用掌上电脑PDA编制计算程序如下：

5255 REM 斜井段************

5300 YZH=232.579：RD=5.2：QSG=952.769

5320 YXG1=QSG-（K-YZH）*TAN（FN A（48））：ZZB=（HP-YXG1）*COS（FN A（48））

5330 SB=（HP-YXG1）*SIN（FN A（48））：QG=YXG1+SB*SIN（FN A（48））

5340 SD=SQR（ZZB^2+E^2）-RD

5345 XC1=（K-YZH）/COS（FN A（48））-SB：IF XC1>71.987 THEN GOTO 5400

5350 KXC=YZH+XC1：GOTO 5500

…

5500 REM 計算结果显示************

5505 E=INT（E*1000+0.5）/1000

5510 SD=INT（SD*1000+0.5）/1000

5520 QG=INT（QG*1000+0.5）/1000

5525 KXC=INT（KXC*1000+0.5）/1000

5530 CLS：LOCATE 1，3：PRINT "***显示计算结果***"

5540 K1=INT（ABS（K）/1000）：K2=ABS（K）-K1*1000：K3=INT（K2*1000+0.5）/1000

5550 QG=INT（QG*1000+0.5）/1000：E=INT（E*1000+0.5）/1000

5560 IF K>=0 THEN LOCATE 2，1：PRINT "K"；K1；"+"；K3

5570 IF K<0 THEN LOCATE 2，1：PRINT "K"；K1；"-"；K3

5580 LOCATE 3，1：PRINT "偏距E="；E

5590 LOCATE 4，1：PRINT "斜面桩号="；KXC

5600 A$=INKEY$

5610 CLS：LOCATE 1，1：PRINT "超欠值="；SD；

5620 LOCATE 2，1：PRINT "设计起拱高="；QG；

5630 LOCATE 4，1：PRINT "*******************"

5640 LOCATE 5，1：PRINT "是否保存数据（Y/N）："；

5650 LOCATE 5，19：INPUT ""；M$

5660 IF M$="Y" THEN 2235

5670 IF M$="N" THEN GOTO 860 ELSE GOTO 3600

尾水调压井洞顶拱是球冠，设计规定严禁欠挖且超挖不得大于15cm，经过反复研究论证要想保证开挖精度必须是短进尺多循环，通过计算和比对钻杆进尺长度在0.5米左右超挖可控制在13cm以内。在放样过程当中为每一个钻孔提供两个方向的差值，即球心的径向差值和平切圆的径向差值以控制钻杆的摆动方向。

见图2：径向差值按下式计算：

式中，X、Y、H分别为球心和观测点P的三维坐标；

S1为球心的径向差值；

S2为平切圆的径向差值；

R为球心的半径。

采用掌上电脑PDA编制计算程序如下：

10 GRAPH：BOX 1，1，160，80，1：ELLIPSE 80，40，47，15，1，0

20 ELLIPSE 130，90，10，5：LOCATE 3，6：PRINT "调压井球冠"

30 M$=INKEY$

40 IF M$=CHR$（13）THEN GOTO 60

50 GOTO 40

60 CLS

70 LOCATE 1，1：PRINT "**请输入观测数据**"

80 LOCATE 2，1：INPUT "Xp="；XP

90 LOCATE 3，1：INPUT "Yp="；YP

100 LOCATE 4，1：INPUT "Hp="；HP

110 QXCZ=SQR（（XP-27820.275）^2+（YP-49363.424）^2+（HP-933.331）^2）-16.339

120 QYCZ=SQR（（XP-27820.275）^2+（YP-49363.424）^2）

-SQR（16.339^2-（HP-933.331）^2）

130 LOCATE 1，1：PRINT "***显示计算结果***"

140 LOCATE 2，1：PRINT "球心径向="；QXCZ

150 LOCATE 3，1：PRINT "平切圆差值="；PQYCZ

160 LOCATE 4，1：PRINT "*******************"

170 INPUT "（是否继續 Y/N ）："；SEL$

180 IF SEL$="Y" THEN GOTO 60 ELSE 190

190 CLS：END

4 灵活应用新技术提高工作效率和质量

乌东德水电站工程具有开挖循环快、工作面多、施工任务紧的特点，工程的进度受施工放样的速度和质量的直接影响，而当前所用的全站仪由于不具备程序开发功能，无法有效提高施工放样的速度和质量，基于此，应开发新的计算工具以提高计算速度和质量。CASIO fx-5800p计算器程序就是在这种情况下应用而生的，它能够满足提高计算速度和质量的目的，且结构简单、操作方便，但其存在一个明显的弊端，即内存容量较小，无法存储大量的外业观测数据，还需人工记录，而且在不同的部位还需从新录入起算数据。用掌上电脑PDA就可以解决上述问题。基于掌上电脑而开发的应用程序，在乌东德地下厂房工程中得到的具体应用。它实现了将整条线路、洞室的平面、纵断面以及横断面各种形体参数溶合为一体化，任意桩号或距中线任意点均以三维坐标的形式表达出来（平面坐标和高程），在放样时找到平面位置的同时，也得到该点的设计高度，从而实现三维放样。以隧洞工程为例可以轻松解决以下的这些问题。①构筑物的轴线放样。②任意边桩放样。③中桩放样。④三维坐标计算。

笔者针对地下厂房施工放样的特殊性在掌上电脑中进行了开发与应用，在乌东德水电站工程中取得了较好的效果，只需输入放样部位的文件名和存储文件名就可实现计算存储与一体。

在整个放样过程中不需人为干预就可自动判断计算出各观测点所有几何参数，使工作效率得到较大的提高。

5 结束语

乌东德水电站地下洞室群结构虽然较为复杂，但在工作中善于总结和创新，对新技术的灵活的运用，不仅可满足施工放样的要求同时也可提高测绘成果的质量和工作效率，减轻内外业的劳动强度，随着科学技术的发展，新技术、新工艺将在测绘领域得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]GB50026-2007，工程测量规范[S].

[2]李青岳，等.工程测量学[M].北京：测绘出版社，1995.

[3]陈俊良，柴智.浅议建筑工程施工测量[J].科技创新导报，2012（24）.