传统测量技术在小水电站地下引水隧洞改造项目中的应用

邵火峰，沈 默，苏秀永，游明亮

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014；2.浙江省交通规划设计研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

1 概 述

在GNSS测量、摄影遥感等测量技术等日益成熟的今天，新型测量技术的应用越来越广泛，但传统测量技术仍有重要的应用，尤其是在地下工程测量中。

位于金沙江左岸的以礼河水电站建于1956年，运营至今。由于即将受到2021年建成后的白鹤滩水电站水位影响，需对以礼河四级水电站进行改造升级。为满足设计和施工的要求，需对局部地下引水隧洞现状进行测量。当前，水电站每年均有发电任务，每月均有发电计划。因此水电站管理者提出，可以降低日调节池水位，同时关闭进水口3 d，作为地下引水隧洞测量作业时间。针对本电站改造涉及地下施工爆破，设计人员提出：需要地下引水隧洞局部平面位置、坡度、横剖面等测量数据，数据力求准确，确保在0.15 m以内的精度，且与地面测量数据保持统一的坐标系统、高程基准。

水电站日调节池附近有2个垂直的地下引水隧洞检修孔，互不通视，两检修孔间隧洞呈曲线状。测量环境空间有限、作业时间紧迫，短时间内无法调用陀螺经纬仪用于定向[1_2]。考虑满足精度要求及外业时空受限等条件，决定采用两井定向、布设无定向导线方法，将地面平面坐标系统传递到地下引水隧洞底部，同时将地面高程引测至隧洞底部；继而在地下引水隧洞内，向需要测量的部位发展直伸形支导线，同步进行电磁波测距三角高程测量。随机抽检碎部点，分析测量数据精度。

2 两井几何定向原理与平差计算

2.1 两井几何定向原理

两井几何定向，就是通过两个竖井，分别将地面点投点到井口底部，并在投点间进行连接测量[3]。可以用线垂或投点仪进行投点，井上下高差用长钢尺量距，简便可行。由于两投点互不通视，连接测量无起始方位角，所以称作无定向导线(见图1)，只能观测各导线边的边长和各个转折角。计算时，根据起点A、终点B的已知坐标，间接计算起始方位角。

图1 无定向导线示意

2.2 无定向导线严密平差计算

文献[3]提出无定向导线有3个条件方程式：

(1)

(2)

(3)

3 具体测量作业及精度分析

3.1 测量作业思路

由于无定向导线没有方位角闭合条件，应设法提高导线测角精度，采用严密平差方法是提高导线点精度的重要手段[4]。考虑隧洞内平均高度不足2 m，即使用2 m水准尺也难以立放，所以在测量导线的同时，采用电磁波测距三角高程测量方法进行图根级高程控制测量。

3.2 无定向导线测量

通过两检修孔投点至隧洞底板的测量标志DX1、DX2彼此不通视，在DX2、DX1之间布设DX3～DX8导线点(见图2)。使用Leica TS30全站仪(标称精度：±0.5″,±1 mm+1 ppm)，参照《工程测量规范》(GB 50026—2007)[5]，按二级导线技术要求测量。因受地下隧洞空间条件限制，不可避免地存在个别导线边长较短，相邻边长相差较大。通过挂垂球对中，以垂球线为照准方向目标，目的是改善对中、照准条件，减小对中、照准误差，水平角观测左、右角各2测回，从而提高测角精度。

图2 无定向导线线路图

3.3 无定向导线平差计算

采用COSA地面控制系统V 6.0软件，平差无定向导线，平面平差结果如下所示(见表1、表2)。

表1 最弱点及其精度

表2 最弱边及其精度

导线全长相对闭合差1/11 000≤1/10 000,符合二级导线测量技术要求[5]，点位误差为0.128 cm，平差后平面精度较高。

3.4 图根电磁波测距三角高程测量

3.5 图根支导线测量、隧洞内碎部测量

图3 图根支导线线路图

设站各图根支导线点，采用极坐标法测量相应的地下引水隧洞平面位置、坡度和横剖面，实地标识测量位置并拍照取证。使用图根支导线成果，计算各碎部点测量数据。随机抽检33个碎部点，经统计：平面中误差±3.1 cm，高程中误差±4.5 cm。

4 分析结论

通过上述工程实例测量计算分析，不难发现平面、高程测量数据能够满足地下爆破施工提出的0.15 m精度要求。可以推论出：在高度不大于2 m、长度不大于2 km的地下引水隧洞内测量，无法应用GNSS、摄影遥感等快捷高效的新技术，难以使用价格昂贵、操作复杂的陀螺仪时，可选用导线测量和电磁波测距三角高程测量等传统测量技术。使用高精度全站仪完全能够同时获得预计精度的平面坐标和高程数据[6_7]，满足设计和施工提出的要求。

将地面坐标、高程向地下引水隧洞底板传递时，因检修孔较深，使用的垂球线不可避免的有轻微摆动；使用钢尺量取垂直高差时，未加入钢尺的垂曲改正、尺长改正、两端拉力改正等，传递高程肯定会存在一定系统误差。因此，在今后类似工作中，改用激光(红外)投点仪，加入各项改正，以消除客观存在的各项系统误差，对提高测量精度仍有余地。文献[8]适当提高测角、测距精度，并经过严密平差后，无定向导线精度能够达到相当于一级导线的精度要求，完全可以满足一般土建工程设计和施工的需要。

总之，在当前测绘技术日新月异的情况下，作为传统测量技术的无定向导线测量和电磁波测距三角高程测量，在空间极为有限的地下引水隧洞内测量，仍然有着较为广泛的适用性。