浅谈水工隧洞施工测量技术的应用

史传祥 刘青依 孙建立 皇甫泽华

随着社会的发展和科技的进步，施工测量技术和测量仪器设备有了很大的发展。近年来，GPS全球卫星定位系统和免棱镜全站仪在隧洞工程施工中得到了广泛的应用，使得隧洞施工测量效率和精度有了很大的提高。本文结合前坪水库工程的隧洞施工现场测量工作，针对水工隧洞施工过程中使用的具体测量方法和隧洞施工测量中需要注意的一些问题进行了应用研究。

一、隧洞施工控制测量

施工测量控制网的建立是实现施工测量放样的重要前提，在隧洞开挖施工前，就要根据工程的具体情况，制定切实可行的控制测量方案，对隧洞施工中将要使用的测量控制网进行合理的布设，分别建立洞内和洞外的测量控制网，用于指导隧洞施工的测量工作。

1.平面控制测量

平面控制网是隧洞开挖施工放样的依据，平面控制网的精度直接影响隧洞的平面贯通误差，包括横向贯通误差和纵向贯通误差。在隧洞开挖施工前，应首先完成洞外平面控制测量，为洞口开挖放样提供依据，同时为隧洞开挖掘进指明方向。在进行洞身段开挖的过程中，要根据工程进度，以洞外的平面控制网为基准，布设洞内平面控制网，为隧洞开挖和衬砌施工提供放样依据。

（1）洞外平面控制测量

建立洞外平面控制网，首先是要进行控制网的选点、埋设，平面控制点一般选择在通视良好、交通方便、地基稳固且能长期保存的地方埋设。在导流洞工程施工中，选择在隧洞进、出口不受施工干扰的稳固基岩上分别埋设3个平面控制点，3个控制点之间相互通视。因工程地形条件影响，若要使隧洞进、出口控制点进行联系，必须增加地面控制点的数量，这样将会使测量工作量加大很多。

GPS全球卫星定位系统是利用通信卫星借助于后方距离空间交会原理来进行测量定位的技术。GPS具有测量精度高、操作简便、无需通视、不受视线的影响，可全天候进行观测的特点。以业主提供的高等级控制点作为测量基准点，使用4台华测GPS静态接收机，采用“边连法”进行平面控制网的测量，每条边同步观测两个时段，每个时段不少于45min。外业数据采集完成后，使用静态数据处理软件对外业采集的数据进行分析处理，经软件平差处理后，根据已知的平面坐标值计算得出控制网点的坐标。洞外平面控制网测量完成后，使用全站仪从隧洞进口到出口对GPS测得的平面控制网点坐标进行了测量复核，在每个控制点上分别架站，测量每个平面控制点的坐标值以及两个相邻控制点间的距离，与GPS测量成果进行了比较，误差都在10mm以内。从测量成果来看，使用GPS网对平面控制网进行布设，可以直接把隧洞进、出口控制点联系起来，进、出口控制点间无需通视，从而大大减少地面控制点的数量，提高控制测量工作效率。

（2）洞内平面控制测量

GPS虽然有测量精度高、方便快捷、无需通视、可全天候观测等诸多优点，但由于GPS的工作原理是利用GPS接收机来接收通信卫星信号的，在一些隐蔽性较强、电磁干扰较大的区域，接收机无法接收信号，因此，在地下洞室施工中无法使用GPS来进行测量，只能采用导线测量的方法来对洞内平面控制网进行布设。

在隧洞开挖中，因隧洞开挖断面尺寸较小，宽度有限，闭合导线或者附和导线无论如何布设，导线间夹角均无法满足规范要求，所以只能采用布设支导线的方法来进行洞内平面控制测量。在多次讨论研究后，选择使用双支导线的方法对洞内平面控制网进行布设。双支导线就是从已知控制点向洞内引出两条不同的支导线，使用全站仪进行导线的水平角、边距的测量，以获得测量点的坐标值，两条导线起到相互校核的作用。在进行双支导线布设时，采用左→右→左→右的行进路线，使支导线形成之字形，以满足导线边之间夹角的要求。两条支导线分别由不同的测量小组独立进行观测，采用两组结果的平均值作为最终的测量结果。双支导线路线图如图1所示。

2.高程控制测量

高程控制网是水工隧洞施工测量的高程基准，其精度主要影响隧洞的竖向贯通误差。在水工隧洞施工中，要根据需要分别建立洞外和洞内的高程控制网。

（1）洞外高程控制测量

在隧洞施工前，要根据工程规模在洞外布设相应等级的高程控制网，为洞外开挖放样和洞内高程控制测量提供依据。隧洞开挖施工前，在隧洞进、出口不受施工干扰的位置布设高程控制点，建立控制点的三维坐标系统，这样就可以使用全站仪直接进行施工测量及放样，提高测量工作效率。

在导流洞施工中，以业主提供的水准点作为基准点，采用闭合水准路线，按照三等水准精度的要求，对隧洞进、出口布设的平面控制点进行水准测量。使用电子水准仪进行外业观测，外业观测完成后，把观测数据导入电脑，使用南方平差易软件进行内业平差处理，以获得测量点的高程。这种方法有效避免了光学水准仪测量中的读数错误，仪器照准目标尺后自动读数，观测结果可直接保存到仪器里，出现误差超限时，仪器会自动提醒，观测结果利用平差软件进行处理，避免了手工平差计算的繁琐过程，使水准测量更加方便、快捷，大大提高了测量工作效率。采用全站仪三角高程的方法从进口到出口对控制点高程进行测量复核，使进、出口高程控制点建立联系，以此来检验进、出口高程控制点的准确性。闭合水准路线如图2所示。

（2）洞内高程控制测量

随着隧洞的开挖掘进，需要建立洞内的高程控制网，为洞内的开挖施工测量放样提供基准点。在隧洞的开挖施工过程中，采用三角高程测量代替水准测量的方法对高程控制点进行测量，这样在进行平面控制测量时，就可同时测出洞内控制点的高程，减掉了水准仪架站测量高程的工序，能很大程度提高测量工作效率，加快施工进度。隧洞贯通后，按照三等水准精度的要求，从进口到出口进行附和导线水准测量，并在沿线布置水准点，用这些水准点作为衬砌施工的测量基准点。附和水准路线如图3所示。

图1 双支导线路线示意图

图2 闭合水准路线示意图

二、施工测量放样

隧洞施工初期主要是进行洞室的开挖，开挖轮廓线和炮孔位置的放样是测量的主要任务。因隧洞断面尺寸有限，在开挖掘进中，交叉作业较多，隧洞出渣以及洞室爆破施工都有可能使洞内埋设的测量控制点遭到破坏，把控制点引到支护后的洞身边墙锚杆上，利用全站仪的后方交会法，在任意位置进行架站，根据两个或者两个以上的控制点确定架站点的坐标位置。这样只需要在边墙上设置两个已知点，就可以在施工掌子面附近自由架站，利用后方交会法来进行测量放样。

理论上来说，全站仪后方交会法利用的已知点越多，得到的测站点位置坐标越准确。在隧洞开挖过程中，在已支护的隧洞位置架站，使测站点尽量靠近掌子面，利用边墙锚杆上设置的控制点进行后方交会法自由设站，确定测站点位置后进行施工测量放样。需要注意的是，在利用后方交会法设站时，一定要做到后视距离大于前视距离，严禁出现“短边控长边”的现象，这样才能保证测量放样的准确性。在完成后方交会法设站后，利用全站仪自带的激光免棱镜测距功能，把点直接投射到掌子面的放样位置，避免了人工手持棱镜的麻烦，利用在计算器里编写好的隧洞开挖放样计算程序，就可以直接进行隧洞开挖的施工测量放样了。这种方法可有效缩短每次测量放样的时间，测量人员在30分钟左右就可完成一次测量放样，大大提高了测量工作效率，也缩短了测量人员在洞内作业的时间。

图3 附和水准路线示意图

三、隧洞断面测量

隧洞开挖后的断面测量是进行隧洞开挖质量检验及工程量计算的基础。为了能够尽快对开挖后断面进行支护处理，隧洞开挖后断面测量一般在出渣完成后立即进行。利用全站仪的后方交会法和激光免棱镜功能，直接对开挖后断面进行测量，断面间距按2m设置，断面上点距离按不大于2m进行设置，局部突出或凹陷部位增设测量点，利用计算器现场计算，遇到有不符合规范要求的部位，在该部位进行加密测量，并用红漆标注，通知现场施工人员及时进行处理，处理合格后再对该部位进行测量。隧洞开挖后断面测量资料是进行隧洞开挖工程量计算的基础资料，因此应该如实准确记录断面测量数据，并把测量成果及时报送给监理工程师审核。

四、注意事项

结合前坪水库隧洞工程施工测量中的具体工作经验，在水工隧洞施工测量中，应重点注意以下几点：

（1）水工隧洞施工危险性较大，测量人员的人身安全是首要的。在进行洞内施工测量时，测量人员应首先确保自己的人身安全，尽量避免在未支护的部位架设仪器进行测量，利用先进的测量设备及测量方法，缩短在洞内的作业停留时间，保证自身的安全。

（2）受洞室开挖环境的影响，洞内光线较差，在进行导线测量时，使用精度及稳定性较高的测量仪器，保证测角、测距精度，尽量减小测量误差。

（3）施工测量放样时，使测站点尽量靠近放样点，并且一定要使后视距离大于前视距离，严禁出现“短边控长边”现象，确保测量放样的准确性■