豎井開(kāi)挖施工測(cè)量技術(shù)

1、豎井開(kāi)挖施工測(cè)量技術(shù)摘要：豎井開(kāi)挖施工對(duì)測(cè)量而言，重要的工作有控制測(cè)量、反井鉆機(jī)垂直度控 制、過(guò)程測(cè)量控制、激光指向儀安裝、日常開(kāi)挖施工放樣、貫通測(cè)量、資料整理等。 本文以響水澗抽水蓄能電站施工測(cè)量為背景，探討豎井控制測(cè)量、日常開(kāi)挖測(cè)量放 樣、開(kāi)挖竣工形體測(cè)量、滿足規(guī)范精度等問(wèn)題。關(guān)鍵詞：豎井開(kāi)挖、垂直度控制、激光指向儀安裝、放樣、精度1、概述安徽 響水澗抽水蓄能電站 位于安徽省蕪湖市三山區(qū)峨橋鎮(zhèn)境內(nèi)，距繁昌縣城 約25，距蕪湖市約45。電站裝機(jī)容量為1000( 4X250 ),為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，電站由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)站和下水庫(kù)等建筑 物組成， 安裝四臺(tái)可逆式水泵水輪

2、發(fā)電機(jī)組，電站屬大(2)型二等工程。響水澗抽水蓄能電站引水豎井洞中心間距為24m ，洞徑為 7.4m ，弓冰豎井中心線分別與引水上平洞、引水下平洞中心線交點(diǎn)間的高度作為引水豎井的高 度，1#、2#、3#、4# 豎井分別為： 220.62m、219.5m 、218.38m、217.26m 。四條引水下平洞中心線在同一平面高程-51.05m。施工局主要承擔(dān)地下 廠房及輸水系統(tǒng)，輸水系統(tǒng)主要有引水上平洞、引水豎井、 引水下平洞、尾水洞等工程的施工。2 、利用資料及測(cè)量設(shè)備(1 )地下廠房、引水豎井及上、下平洞，尾水洞施工開(kāi)挖、支護(hù)圖 。(2)華東測(cè)繪有限公司提供 、監(jiān)理公司審核的n等控制復(fù)測(cè)成果(電

3、 站獨(dú)立坐標(biāo)系、1956年黃海高程系)；施工局完成的加密控制成果。(3 )測(cè)量設(shè)備：采用702( 2 級(jí))全站儀，激光指向儀等輔助設(shè)備。3 、控制測(cè)量根據(jù)規(guī)范要求，本次洞內(nèi)控制應(yīng)滿足四等導(dǎo)線精度要求。平面控制網(wǎng)相對(duì)于同 級(jí)起始點(diǎn)的中誤差小于 土 10。3.1控制技術(shù)指標(biāo)埋點(diǎn)：控制點(diǎn)沿形成開(kāi)挖洞室布置，采用24長(zhǎng)50鋼筋深埋基巖。儀器：702(2級(jí))及配套附件。技術(shù)要求：水平角左右角各三測(cè)回，邊長(zhǎng)往返觀測(cè)各二測(cè)回，垂直角往返各三測(cè)回。達(dá)到精度指標(biāo)：按左右角閉合差計(jì)算的測(cè)角中誤差為1.5 ；對(duì)向觀測(cè)平均值測(cè)距中誤差為1.4 ，平均邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為 1/64000。計(jì)算平距用垂直角經(jīng)過(guò)兩差改正，觀測(cè)

4、邊經(jīng)氣象、加、乘常數(shù)改正，改正后觀 測(cè)邊投影至測(cè)區(qū)選定高程面118.3m。3.2豎井控制形成根據(jù)規(guī)范和實(shí)際情況以滿足開(kāi)挖精度要求為前提，導(dǎo)線控制等級(jí)選定為四等。施工局承擔(dān)的引水上平洞 K0+15 以后的和水電五局承擔(dān)的 K0+15 以前的 開(kāi)挖工作均已完成，經(jīng)過(guò)協(xié)商兩方同時(shí)進(jìn)行控制點(diǎn)的復(fù)核測(cè)量。引水上平洞的控制 點(diǎn)從n等控制網(wǎng)引測(cè)，經(jīng)1#施工支洞引進(jìn)至1#4#引水上平洞4、6兩點(diǎn)。 引水下平洞的控制點(diǎn)從n等控制網(wǎng)、交通洞、2#施工支洞、4#施工支洞、引水下平洞、尾水洞組成一個(gè)貫通控制網(wǎng)。經(jīng)兩方測(cè)量平差后的結(jié)果對(duì)比，均滿足規(guī)范要求，控制點(diǎn)精度在允許的誤差以 內(nèi)。為保證四條豎井開(kāi)挖精度，4、6兩點(diǎn)

5、作為今后豎井施工控制基準(zhǔn)點(diǎn)。需要明確的是洞內(nèi)貫通成果應(yīng)用到開(kāi)挖甚至豎井施工結(jié)束，控制點(diǎn)位穩(wěn)定、可靠非常重 要，另外精度必須滿足規(guī)范貫通要求。上平洞引測(cè)豎井控制點(diǎn)與下平洞引測(cè)控制點(diǎn) 精度上要求匹配，事實(shí)上形成豎井系統(tǒng)洞外貫通測(cè)量。4 、引水豎井施工放樣220米 的引水豎井施工我局是首次。施工特點(diǎn)是開(kāi)挖難度大，安全隱患大， 導(dǎo)洞的施工尤其困難。要確保引水豎井的開(kāi)挖貫通，測(cè)量應(yīng)服務(wù)好各階段的施工， 測(cè)量控制精度是引水豎井順利貫通的關(guān)鍵工序之一。施工局根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)洞施工。 長(zhǎng)沙產(chǎn)2000型反井鉆 機(jī)參數(shù)：鉆機(jī)導(dǎo)孔直徑為 250、擴(kuò)孔直徑為1500 、鉆井偏斜率小于等于 1%、 鉆

6、井角度60 0 90 0。項(xiàng)目部在引水豎井施工中，采用的施工鉆機(jī)角度控制為900。反井鉆機(jī)先是自上向下鉆出直徑為250的導(dǎo)孔，再自下向上擴(kuò)孔，擴(kuò)孔直徑1500。4.1反井鉆機(jī)的垂直度控制反井鉆機(jī)自身沒(méi)有控制角度設(shè)備，如何對(duì)反井鉆機(jī)的垂直度進(jìn)行控制就成為測(cè) 量的一大難題。經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)器的觀察，廠家專業(yè)人員的介紹，鉆機(jī)的鉆桿控制是由左、 右機(jī)架來(lái)承擔(dān)的，機(jī)架的角度控制就是鉆桿的角度控制，機(jī)架的控制槽和外部在機(jī) 床加工過(guò)程中嚴(yán)格控制平行度和平整度，設(shè)計(jì)時(shí)就考慮在機(jī)架外部用測(cè)量工具來(lái)控 制機(jī)器的垂直度，在機(jī)架上用測(cè)量?jī)x器控制鉆機(jī)的垂直度。反井鉆機(jī)需要平臺(tái)來(lái)安置機(jī)器，在澆筑好的砼平臺(tái)上放出豎井的中心點(diǎn)，鉆機(jī)

7、 就位時(shí)鉆桿的中心對(duì)準(zhǔn)豎井中心點(diǎn)，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行粗調(diào)，使機(jī)架基本垂直，粗調(diào)后看 鉆桿中心是否在豎井中心點(diǎn)上，如在豎井中心點(diǎn)就可以對(duì)機(jī)器基座和車架固定，女口 沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)豎井中心點(diǎn)就需要對(duì)整臺(tái)機(jī)器平移，使鉆桿中心和豎井中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，然后 固定基座和車架。4.2垂直度控制的實(shí)施機(jī)架為一長(zhǎng)方體立柱，首先用測(cè)量?jī)x器觀測(cè)機(jī)架使其調(diào)整為垂直，然后在機(jī)架 一側(cè)面上做兩點(diǎn)來(lái)控制機(jī)器的垂直度，這兩點(diǎn)必須在一鉛垂線上。因反井鉆機(jī)在放 置時(shí)為了各方操作的方便，鉆機(jī)車架軸線和引水上平洞軸線垂直的方向放置鉆機(jī)。 機(jī)架上的點(diǎn)做在機(jī)架側(cè)面，這樣只能控制機(jī)器（垂直度）左、右方向，前后方向如從新在前機(jī)架面上再做兩點(diǎn)來(lái)控制機(jī)器的前后方向，

8、這樣操作麻煩，并且前機(jī)架 面上的點(diǎn)也沒(méi)有辦法用儀器觀測(cè)，因此還是通過(guò)機(jī)架側(cè)面上點(diǎn)、來(lái)觀測(cè)機(jī)架側(cè)面到 控制點(diǎn)距離來(lái)控制。以后觀測(cè)就只需對(duì)一側(cè)面的兩個(gè)點(diǎn)觀測(cè)就可以控制機(jī)器鉆桿的 垂直度。點(diǎn)做好之后量取兩點(diǎn)間的距離為2.2米（此距離在做點(diǎn)時(shí)可以自行控制），用全站儀對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行控制，在控制前首先要對(duì)精度要求進(jìn)行計(jì)算，豎井高度是 已知的，但實(shí)際要鉆進(jìn)的深度是小于豎井中心線和引水上平洞及引水下平洞中心線 交點(diǎn)間的距離。沒(méi)有對(duì)其實(shí)際鉆進(jìn)高度測(cè)量，用中心線交點(diǎn)間的距離計(jì)算，此距離 大于鉆機(jī)所要鉆進(jìn)豎井的深度，同等條件下，對(duì)鉆機(jī)的垂直度也就要求要高一點(diǎn)。反井鉆機(jī)的偏斜率小于等于 1% ，以1#豎井為例，鉆機(jī)在1#

9、豎井中的最 大偏斜值為2.21m ，擴(kuò)孔的半徑為0.75m ，因此反井鉆機(jī)自身所需豎井最小半 徑為2.96m 。以上情況要求測(cè)量控制絕對(duì)準(zhǔn)確，但是四條豎井的設(shè)計(jì)直徑7.4m，下彎段最小直徑 6.4m ，那么對(duì)測(cè)量控制有了較大的空間。在測(cè)量控制上要求 機(jī)架上兩點(diǎn)間的偏差值控制在 2以內(nèi)。可以計(jì)算出，當(dāng)兩點(diǎn)間的偏差為2時(shí)，220m 處的位移為2。如果幾種偏差值正好重合在同一方向，疊加起來(lái)為2.98m ，在豎井開(kāi)挖中導(dǎo)洞只要在豎井設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊線以內(nèi)就是合格的。因此理論上滿足要求，其它巖石因素，人為操作因素等是所不能控制的。測(cè)控時(shí)先從引水上平洞附近的控制點(diǎn)引測(cè)一控制點(diǎn)到引水上平洞，弓I測(cè)的點(diǎn)盡 量正對(duì)反

10、井鉆機(jī)上控制點(diǎn)面，方便測(cè)量，此點(diǎn)還需作為固定點(diǎn)，以后對(duì)機(jī)器的定期 檢查用同一點(diǎn)就減少在引點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的誤差，測(cè)控中因機(jī)架是一光滑面，采用全站儀 自身的激光無(wú)棱鏡測(cè)量，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡中的十字絲對(duì)準(zhǔn)機(jī)架上的控制點(diǎn)，測(cè)出點(diǎn)的坐 標(biāo)，進(jìn)行調(diào)整。測(cè)量靠近基座的點(diǎn)，在測(cè)量靠近機(jī)架頂部的點(diǎn)，計(jì)算出差值。以靠 近基座的點(diǎn)作為基準(zhǔn)調(diào)整機(jī)架，如此重復(fù)操作，直到兩點(diǎn)的坐標(biāo)差值在允許的范圍 內(nèi)，最后在測(cè)出兩點(diǎn)的坐標(biāo)并做記錄存檔。因?yàn)樵诖终{(diào)時(shí)已經(jīng)使鉆桿中心和豎井中 心對(duì)準(zhǔn)，機(jī)架調(diào)整后會(huì)有偏差，但此時(shí)的偏差很小，對(duì)整體施工并沒(méi)有影響，如需 知道準(zhǔn)確的差值，機(jī)架上點(diǎn)與鉆桿中心的距離在做點(diǎn)時(shí)已經(jīng)測(cè)量出的，可以計(jì)算出 鉆桿中心實(shí)際的坐

11、標(biāo)。4.3過(guò)程測(cè)量控制鉆進(jìn)1m左右需對(duì)鉆機(jī)的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，隨著鉆進(jìn)深度的增大，檢測(cè)的距離間距也隨之曾大。達(dá)到30m 以后就無(wú)需對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)槠溷@桿的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，在巖石等作用下發(fā)生彎曲變形是測(cè)量所不能控制的。在1#豎井導(dǎo)洞打通后對(duì)其鉆桿的偏斜值進(jìn)行測(cè)量，并記錄存檔。1#豎井偏斜值超出了豎井設(shè)計(jì)半徑的范圍，經(jīng)調(diào)查確定因反井鉆機(jī)首次使用，操作技術(shù)人員對(duì)機(jī)器操作還不夠熟練和巖石的問(wèn) 題所造成。同時(shí)也說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題反井鉆機(jī)自身的偏斜率和其它偏斜率重合，可以初 步確定反井鉆機(jī)自身的偏斜方向。 在2#豎井中反井鉆機(jī)的控制時(shí)， 對(duì)鉆機(jī)的偏斜 度進(jìn)行了人為地控制，在 2的坐標(biāo)差值范圍內(nèi)，使鉆桿方向和1#豎井

12、下口鉆桿的方向相反，也就是控制的偏斜方向和鉆機(jī)自身偏斜方向相反，結(jié)果顯著。經(jīng)過(guò)各 方人員的密貼配合，操作逐步的熟練，3# 、4#井的偏斜值明顯減小。下面是四條豎井開(kāi)鉆時(shí)上口鉆桿中心和打通后下口鉆桿中心坐標(biāo)值表。名稱占八、名實(shí)測(cè)偏心距實(shí)測(cè)樁號(hào)實(shí)測(cè)高程設(shè)計(jì)偏心距偏心差(m )設(shè)計(jì)樁號(hào)樁號(hào)偏差(m )上0.00534.96166.220.000.00535.00-0.0401#豎口0000井下0.13438.41-46.170.000.13435.003.412口2300上49.01165.160.0049.002#0.0030.0030.010口0000豎井下0.25650.90-46.200.0

13、00.25649.001.903口3700上-0.0062.99163.770.00-0.00263.00-0.0063#豎口24900井下0.73064.44-46.050.000.73063.001.440口0900上0.00676.99162.260.000.00677.00-0.0034#豎口7800井下-0.6377.98-46.080.00-0.63777.000.986口761004.4擴(kuò)挖測(cè)量反井鉆機(jī)形成的導(dǎo)洞為 1500 ，然后是人工擴(kuò)挖，人工擴(kuò)挖分兩次進(jìn)行，第一次人工擴(kuò)挖是把洞徑放大到 3.5M 左右，此次擴(kuò)挖不需要測(cè)量放樣，也不能以導(dǎo) 洞為中心向四周擴(kuò)挖，但如果導(dǎo)洞的偏斜

14、率較大，以導(dǎo)洞為中心擴(kuò)挖，導(dǎo)洞偏向面 可能會(huì)超出設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊線。特別需要讓現(xiàn)場(chǎng)施工人員明確導(dǎo)洞偏斜值，在鉆孔時(shí)可 以自行調(diào)整，保證開(kāi)挖在設(shè)計(jì)邊線以內(nèi)。第二次人工擴(kuò)挖（即成型擴(kuò)挖），成型擴(kuò)挖需要準(zhǔn)確的測(cè)量放樣，在豎井開(kāi)挖 中運(yùn)用全站儀放樣是非常困難的，采用全站儀配合激光指向儀對(duì)豎井放樣，這種方 法相對(duì)其他方法明顯的提高了安全系數(shù)、縮短了放樣時(shí)間、提高了放樣精度并且操 作簡(jiǎn)單。在豎井開(kāi)挖深度為25m 以前用全站儀及垂球放樣，超過(guò)就需要安裝激光指向儀，之所以選擇25m 的高度以后安裝，是因 25m 以后運(yùn)用垂球比較困難，25m以后安裝可以保證激光指向儀和標(biāo)靶距離掌子面有一定的距離，放炮時(shí)不被飛石破壞標(biāo)

15、靶。4.5激光指向儀的安裝 在近井點(diǎn)處引一點(diǎn)架設(shè)全站儀， 此點(diǎn)必須保證能夠通視 a、b、c三處, 全站儀架設(shè)在此點(diǎn)上分別放出 a、b、c三處的坐標(biāo)，a點(diǎn)Y值為0 , X 值為已算出的里程樁號(hào)（注：此點(diǎn)和設(shè)計(jì)邊線有一定距離，也不能太靠近中心，防止激光被吊籃擋住，距離要保證激光完全能照射到掌子面也要方便施工，根據(jù)實(shí)際 施工需要距離設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊線 25 30）， b、c兩點(diǎn)X值為豎井中心里程樁 號(hào)，Y值和a點(diǎn)的X值一樣需要計(jì)算距離設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊線的距離。 在a、b、 c三處已插好的錨桿上焊接制作好的激光指向儀固定件，固 定件的中心必須在豎井軸線上， 偏差值為土 1，此值可根據(jù)固定件中激光指向儀的 平移空間

16、確定。激光指向儀固定件要有一定的抗震性，還要有保護(hù)激光指向儀的裝置，防止放炮時(shí)的震動(dòng)或飛石改變激光指向儀的位置方向。（注：錨桿最好采用 32的鋼筋深埋基巖，保證足夠的穩(wěn)定度，最好用三根錨桿圍繞預(yù)設(shè)的安裝點(diǎn)以三 角形埋設(shè)，最少需要兩根并排埋設(shè)）。 安裝標(biāo)靶1 ,以c激光指向儀的標(biāo)靶安裝為例，標(biāo)靶 1焊接在預(yù)先埋設(shè) 好的錨桿上，標(biāo)靶1的中心基本在激光指向儀固定件的中心線方向，標(biāo)靶 1距離 激光指向儀固定件的距離為 20 25，距離過(guò)小測(cè)定照射孔點(diǎn)時(shí)棱鏡則無(wú)法放置，距離過(guò)大就失去了對(duì)激光指向儀的保護(hù)作用。標(biāo)靶用鐵板做成15 20四方形為宜。 測(cè)定出激光指向儀固定件中心的坐標(biāo)，在標(biāo)靶1上放出激光照射孔

17、點(diǎn)坐標(biāo)A1 （ ）， X為豎井中心樁號(hào)，Y為激光指向儀固定件中心實(shí)測(cè)偏距，H為標(biāo)靶1實(shí)測(cè)高程。對(duì)標(biāo)靶 1上A1點(diǎn)鉆孔、孔的直徑應(yīng)在 0.3 0.6以內(nèi)， 過(guò)小通過(guò)照射孔的光太少，過(guò)大精度難以保證，測(cè)出鉆孔后激光照射孔的實(shí)際坐標(biāo) A1 （）并記錄數(shù)據(jù)。測(cè)出標(biāo)靶 2 上 A2點(diǎn)，A2的X和Y值同標(biāo)靶1上 A1點(diǎn)的X和Y值相同，在激光指向儀固定件上安裝好激光指向儀，通過(guò)對(duì)激光 指向儀的調(diào)節(jié)使激光通過(guò)標(biāo)靶 1上A1孔照射到A2點(diǎn)，使激光的中心對(duì)準(zhǔn) A2 點(diǎn)，然后在 A2點(diǎn)上鉆孔使激光通過(guò)標(biāo)靶 2照射到掌子面。用同方法完成另兩只 安裝。 激光指向儀安裝已經(jīng)完成，需要檢查激光是否合格，根據(jù)圖形可以看出對(duì)每

18、條豎井安裝三只激光指向儀，并且都在軸線上，b、c在Y軸上，a在X軸,它們構(gòu)成了一個(gè)三角形， b、c的坐標(biāo)已知，可以計(jì)算出b、c兩點(diǎn)間的距離， 也可算出b、c分別到豎井中心的距離，這樣在放樣時(shí)就可以找到豎井的中心點(diǎn)，a點(diǎn)主要起到一個(gè)檢測(cè)的效果， 因?yàn)樗鼈儔虺梢粋€(gè)三角形，三點(diǎn)坐標(biāo)又已知，可以 求出三邊的長(zhǎng)度，利用三角形的穩(wěn)定性，每次放樣前先量取三邊的長(zhǎng)度以確定三點(diǎn) 的位置是否出現(xiàn)位移現(xiàn)象。 激光指向儀的標(biāo)靶每隔一個(gè)星期檢查一次，在平時(shí)的放樣中只需對(duì)掌子面上 的激光點(diǎn)組成的三角形以量取三邊的方式檢查。 精度的要求 根據(jù)水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范要求：土石方開(kāi)挖平面位置限差和高程限差均為土 50。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和儀器的傾角極限，確定