淺談水利樞紐地下洞室群工程監(jiān)理測量過程控制

1、淺談水利樞紐地下洞室群工程監(jiān)理測量過程控制王文勝 孫全 杜正喬（長江三峽技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司溪洛渡監(jiān)理部）摘要：水利水電工程建設(shè)選址多在山區(qū)，那里地形復(fù)雜、起伏較大，加上水利樞紐中建筑物數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各建筑物之間在平面及高程上均有一定聯(lián)系，且多數(shù)是分別施工，最終聯(lián)結(jié)為一個(gè)整體。測繪工作的重要程度、精度要求及施工難度可想而知。本文分析了地下洞室群工程中測量工作的特點(diǎn)，結(jié)合作者在溪洛渡工程施工監(jiān)理工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，指出了地下洞室群工程中測量工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并從監(jiān)理測量過程控制的角度提出了注意事項(xiàng)應(yīng)對措施。關(guān)鍵詞：水利水電、地下洞室群、測量監(jiān)理、過程控制1溪洛渡水電站概況金沙江溪洛渡水電站位于

2、四川省雷波縣和云南省永善縣接壤的金沙江干流上，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運(yùn)條件等綜合效益的巨型水電站，是目前世界上最大的地下洞室群工程。電站樞紐由攔河壩、引水發(fā)電系統(tǒng)及泄洪建筑物組成，其中引水發(fā)電建筑物由電站進(jìn)水口、壓力管道、主廠房、主變室、尾水調(diào)壓室、尾水洞、出線井（包括下平洞、豎井下段、上平洞、豎井上段及地面出線場）、通排風(fēng)系統(tǒng)及地下防滲排水系統(tǒng)等建筑物組成，全部為地下洞室工程，包括導(dǎo)流洞、泄洪洞。2地下洞室群工程測量工作的特點(diǎn)地下工程測量的工作環(huán)境主要在地下封閉的空間，測量方法受工程特征和施工方法的限制，測量精度主要取決于工程的限差要求，所以作業(yè)方法、作業(yè)程序、使用的儀

3、器設(shè)備與其他測量存在一定的差別。結(jié)合溪洛渡工程，歸納起來主要有如下特點(diǎn)：(1)施工面狹窄，測量條件差，可供利用的空間有限，施工干擾大；(2)施測對象灰暗，一般無自然光，照明狀況不理想；(3)受煙塵或滲水的影響，目鏡中觀測到的施測目標(biāo)抖動(dòng)，增加照準(zhǔn)誤差；(4)不能完全按照常規(guī)測量先高級(jí)后低級(jí)，先控制后碎部的測量方法和程序；(5)大型水利樞紐建筑物縱橫交錯(cuò)，橫向誤差、縱向誤差互相關(guān)聯(lián)（如：環(huán)形隧洞，螺旋形隧洞），一樣都不能忽視；(6)測量的網(wǎng)形受施工條件限制，大多布設(shè)支導(dǎo)線，檢核條件有限；(7)受隧道開挖形狀的限制，導(dǎo)線的邊長不容易滿足規(guī)范要求；(8)工程需要較高的精度，較短的測量耗時(shí)，許多成果需

4、要現(xiàn)場提交；(9)測量控制點(diǎn)的埋設(shè)受環(huán)境和空間的制約，可能設(shè)在隧洞的頂部或邊上，同時(shí)這些點(diǎn)容易受施工和地質(zhì)條件的影響，測量的檢核工作量大；(10)出于安全及質(zhì)量要求，需要及時(shí)、準(zhǔn)確地反映各建筑物在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)下的空間幾何關(guān)系（如：相關(guān)洞室何時(shí)貫通的問題，爆破點(diǎn)到附近或相鄰建筑物工作面的距離問題等），因而測量工作具有漸進(jìn)性和連續(xù)性；3監(jiān)理測量過程控制三峽發(fā)展公司溪洛渡監(jiān)理部技術(shù)部下設(shè)測量隊(duì)，由總監(jiān)理工程師組織編寫金沙江溪洛渡水電站施工測量監(jiān)理實(shí)施細(xì)則，明確測量監(jiān)理工程師職責(zé)，確定工作流程、作業(yè)方法、監(jiān)理手段以及保證質(zhì)量應(yīng)采取的必要對應(yīng)措施等，對溪洛渡水電站左岸地下廠房及泄洪洞建安工程所有施工測量任

5、務(wù)進(jìn)行全方位、全過程的測量質(zhì)量監(jiān)督和管理。3.1事前控制事前控制是施工階段質(zhì)量控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它不僅符合監(jiān)理工程師“主動(dòng)控制，預(yù)防為主”的原則而且具有預(yù)見性和前瞻性，為保證工程質(zhì)量，防患于未然提供前提。下面就測量監(jiān)理工程師的主要事前控制工作介紹如下：(1)督促施工單位建立和健全測量質(zhì)量保證體系。質(zhì)量保證體系是工程管理體系中最基礎(chǔ)的部分，對于確保工程目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。所以必須要求施工單位建立嚴(yán)格的質(zhì)量責(zé)任制，明確質(zhì)量方針、質(zhì)量目標(biāo)以及為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)制定必要的計(jì)劃，設(shè)立專職測量機(jī)構(gòu)并配備必要的專業(yè)技術(shù)人員和測繪儀器，實(shí)行管理業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化和管理流程程序化，使施工單位在測量人員、儀器設(shè)備、組織管理、

6、檢測程序、手段、方法等各個(gè)環(huán)節(jié)上加強(qiáng)管理并實(shí)行“三檢制”。(2)審查施工單位測繪資質(zhì)、測量人員資質(zhì)及儀器設(shè)備情況。審查施工單位測量機(jī)構(gòu)是否具備滿足工程需要的測繪資質(zhì)；檢查測量主要技術(shù)負(fù)責(zé)人的資質(zhì)；檢查測量人員的數(shù)量、測繪作業(yè)證持證情況，對于不能滿足工程施工要求的人員限期予以撤換；檢查儀器設(shè)備的數(shù)量、標(biāo)稱精度及運(yùn)行情況是否與合同文件相符，并查看使用的儀器是否按行業(yè)規(guī)定按時(shí)檢定，對精度不符合要求或沒有按行業(yè)規(guī)定及時(shí)檢定的儀器，及時(shí)制止使用。(3)對業(yè)主提供的首級(jí)控制網(wǎng)成果進(jìn)行勘察，復(fù)核，確認(rèn)無誤后組織現(xiàn)場交樁，將控制網(wǎng)成果以文件形式發(fā)給施工單位，并要求再次進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后方可使用。(4)施工測

7、量工作開展之前，了解有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及合同文件規(guī)定的測量技術(shù)要求，熟悉設(shè)計(jì)圖紙，審查施工單位制定的施工測量組織設(shè)計(jì)，放樣技術(shù)方案等。3.2事中控制3.2.1地面控制測量為服務(wù)地下大型工程建設(shè)和設(shè)備安裝施工，控制測量分地面控制測量和地下控制測量。地面控制測量就是根據(jù)地下工程特點(diǎn)和需要，在地面布設(shè)一定形狀的控制網(wǎng)，并精密地測定其空間位置。其目的就是為地面的大比例成圖、地下控制測量、施工放樣和變形監(jiān)測傳遞坐標(biāo)，建立整體的控制基礎(chǔ)。起作用就在于控制全局，限制測量誤差的傳遞和積累，保障測量工作的相對精度。溪洛渡工程地面平面控制網(wǎng)采用的是邊角網(wǎng)。施工中除建立平面控制網(wǎng)外還要建立高程控制網(wǎng)。用幾何水準(zhǔn)測量的方

8、法建立高程控制網(wǎng)簡單方便且精度可靠，因而是高程測量的主要方法。但是，溪洛渡工程地形起伏非常大，幾何水準(zhǔn)測量難度很大。再者，由于新型儀器激光測距精度的不斷提高，三角高程測量在地形起伏較大的地區(qū)顯示出了很多優(yōu)越性，所以溪洛渡工程的高程控制網(wǎng)除個(gè)別特殊重要點(diǎn)采用國家等水準(zhǔn)測量外其余點(diǎn)均采用三角高程測量代替幾何水準(zhǔn)測量，投影面選擇在EL470m高程上，基本滿足“控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)反算的兩點(diǎn)間長度與實(shí)地兩點(diǎn)間長度之差應(yīng)盡可能小”的要求。溪洛渡工程的地面控制網(wǎng)由業(yè)主統(tǒng)一提供，并根據(jù)工程需要以不低于每年一次的頻次復(fù)測，所以本文不做重點(diǎn)介紹，而主要講述測量監(jiān)理工程師重點(diǎn)控制內(nèi)容。3.2.2地下（加密）控制測量地下控

9、制測量與地面控制測量相比，盡管測設(shè)方法上有許多共同之處，但地下控制測量仍有其特殊性。由于是在地下隧道中測量，施工面狹窄，可供利用的空間有限，施工干擾也很大，故不能像布設(shè)地面控制網(wǎng)那樣布設(shè)成三角網(wǎng)、三邊網(wǎng)或邊角網(wǎng)，更不能布設(shè)GPS控制網(wǎng)，只能設(shè)立導(dǎo)線或?qū)Ь€網(wǎng)作為地下平面測量控制。由此可見，地下平面控制測量實(shí)際上是導(dǎo)線測量。地下控制測量是根據(jù)工程特點(diǎn)和工程精度需要進(jìn)行的，是為具體工程部位的施工放樣提供基準(zhǔn)。在控制測量施測之前，施工單位應(yīng)將加密控制測量技術(shù)設(shè)計(jì)方案報(bào)監(jiān)理部審批，測量監(jiān)理工程師在方案批復(fù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，并在具體施工過程中，從下列方面加強(qiáng)監(jiān)督與管理。(1)地下導(dǎo)線必須與地面控制網(wǎng)的坐標(biāo)

10、系統(tǒng)一致，也就是地下導(dǎo)線起始邊長、起始方位角和起始點(diǎn)坐標(biāo)都必須由地面控制網(wǎng)傳遞。因此設(shè)在洞口的地面控制點(diǎn)同時(shí)是地下導(dǎo)線的起始點(diǎn)，在導(dǎo)線進(jìn)洞之前，必須對洞口控制點(diǎn)（如：溪洛渡1#公路隧洞進(jìn)口、出口，3#公路隧洞洞口、301支洞洞口等部位布設(shè)的地面控制點(diǎn)）的坐標(biāo)與進(jìn)洞聯(lián)系方向作檢核測量，沒有粗差和變動(dòng)，方可開始地下導(dǎo)線測量。(2)測量監(jiān)理工程師應(yīng)要求施工單位在布設(shè)地下控制導(dǎo)線時(shí)，既要考慮到貫通面處的橫向貫通誤差不能超過允許的限值，又必須考慮到能滿足施工開挖時(shí)的放樣精度及方便測設(shè)的要求。(3)地下工程測量的環(huán)境和特點(diǎn)決定了其測量方法不能完全按照常規(guī)測量先高級(jí)后低級(jí)，先控制測量后碎部測量的方法和程序，

11、測量監(jiān)理工程師可建議施工單位分級(jí)布設(shè)。先布設(shè)邊長較短的施工導(dǎo)線（邊長一般為2550m），然后局部控制、碎部（含施工放樣）測量；當(dāng)隧道開挖到一定距離后布置洞內(nèi)的基本導(dǎo)線（邊長一般為50100m），再局部控制、碎部（含施工放樣）測量；最后布設(shè)洞內(nèi)主要導(dǎo)線（邊長一般為150800m），進(jìn)行全面控制測量，以保證工程施工按設(shè)計(jì)進(jìn)行。三級(jí)導(dǎo)線的布設(shè)情況如圖1所示。(4)地下控制的導(dǎo)線只能按照隧道開挖的形狀布設(shè)，基本上沒有選擇的余地。此外，這種導(dǎo)線在施工期間，只能布設(shè)成支導(dǎo)線的形式，這是因?yàn)榈叵聦?dǎo)線是隨著隧道的不斷開挖才逐漸向前伸展，當(dāng)隧道尚未貫通時(shí)，不可能在洞內(nèi)將兩端布設(shè)的導(dǎo)線聯(lián)系起來，而支導(dǎo)線端點(diǎn)橫向誤

12、差是由角度觀測誤差引起的，誤差會(huì)隨著導(dǎo)線的延伸和測站的增多而傳遞和積累。所以測量監(jiān)理工程師應(yīng)對施工單位布設(shè)的長邊導(dǎo)線（基本導(dǎo)線或主要導(dǎo)線）進(jìn)行檢查，同時(shí)督促施工單位對重要的測量控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行妥善保護(hù)，建立定期復(fù)測制度，并檢查其落實(shí)情況。圖1：地下工程施工導(dǎo)線、基本導(dǎo)線和主要導(dǎo)線布設(shè)示意圖(5)測量監(jiān)理工程師應(yīng)要求施工單位布設(shè)地下導(dǎo)線時(shí)盡量做到邊長接近等邊，導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)盡量布設(shè)在施工干擾較小、通視條件好、便于觀測且穩(wěn)固安全的地方；對于斷面較大的洞室（如：溪洛渡地下廠房，巖錨梁以上寬31.9m，巖錨梁以下寬28.4m），可布設(shè)成多邊形閉合導(dǎo)線或主副導(dǎo)線環(huán)，以提高精度；大隧洞之間的聯(lián)系洞可與主洞連測或布設(shè)

13、成局部閉合導(dǎo)線（如：溪洛渡地下廠房9條平行的母線洞與主廠房、主變室的形式類似主洞與聯(lián)系洞的形式，如圖2所示，可以形成閉合導(dǎo)線），以便進(jìn)行平差或互相檢核。圖2：溪洛渡主廠房、主變室與母線洞布置示意圖(6) 在進(jìn)行導(dǎo)線測量時(shí)，應(yīng)盡可能減小儀器對中和目標(biāo)偏心誤差的影響，可采用強(qiáng)光探照燈照準(zhǔn)棱鏡，測回間采用儀器和棱鏡重新對中，在觀測時(shí)兩次照準(zhǔn)兩次讀數(shù)等方法提高精度。(7)長邊導(dǎo)線的邊長應(yīng)按貫通要求設(shè)計(jì)，當(dāng)導(dǎo)洞延伸至兩倍洞內(nèi)導(dǎo)線設(shè)計(jì)邊長時(shí)，測量監(jiān)理工程師就應(yīng)要求施工單位進(jìn)行一次導(dǎo)線引申測量，且每測定一個(gè)新導(dǎo)線點(diǎn)時(shí)，都需要對以前的導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行檢核測量，在直線段可只進(jìn)行角度檢測，但由于溪洛渡工程地下洞室群彎道

14、多，周圍建筑物關(guān)系復(fù)雜，所以測量監(jiān)理工程師要求角度和邊長同時(shí)檢核測量。(8) 由于煙塵、水汽等在洞壁處的密度大于其他地方的密度，視線據(jù)建筑物太近可能導(dǎo)致視線折射或被觀測目標(biāo)抖動(dòng)等影響觀測精度的因素，因此，應(yīng)提醒施工單位在布設(shè)導(dǎo)線時(shí)，兩點(diǎn)之間的視線與建筑物的距離應(yīng)大于0.2m，且觀測時(shí)段盡量選擇停止施工時(shí)。(9)對于環(huán)形隧洞（如：溪洛渡防滲排水系統(tǒng)的排水廊道就是足球場形）和螺旋形隧洞（如：溪洛渡左岸尾水洞的施工支洞，從1#公路隧洞到下3施工支洞、下3-1支洞至1#3#尾水洞就構(gòu)成近似螺旋形），不能形成長邊導(dǎo)線的，測量監(jiān)理工程師應(yīng)要求施工單位在每次向前引申時(shí)，都應(yīng)從導(dǎo)線的起始邊復(fù)測，且復(fù)測精度應(yīng)一

15、致，在證明導(dǎo)線點(diǎn)無明顯位移時(shí)，取點(diǎn)位的均值。(10)在施工過程中，只要形成閉合或附合條件，測量監(jiān)理工程師都應(yīng)該要求施工單位構(gòu)成閉合圖形的導(dǎo)線網(wǎng)（環(huán)），進(jìn)行平差計(jì)算，以便求出導(dǎo)線點(diǎn)的新坐標(biāo)值。(11)當(dāng)隧道全部貫通后（先導(dǎo)洞開挖的隧洞應(yīng)在導(dǎo)洞貫通后），測量監(jiān)理工程師應(yīng)組織施工各方對地下長邊導(dǎo)線進(jìn)行重新觀測和平差計(jì)算，用以最后確定隧洞中心線。尤其是涉及到不同標(biāo)段施工甚至多家施工單位施工的情況，如：溪洛渡左岸1#尾水洞施工分上段和下段，分別由葛洲壩施工局與中水六局施工，隧道貫通后測量監(jiān)理工程師及時(shí)組織各單位進(jìn)行了貫通測量并將各方認(rèn)可的平差結(jié)果以文件形式發(fā)給相關(guān)單位，作為兩標(biāo)段的統(tǒng)一成果，確保不同施工

16、單位、不同標(biāo)段之間順利銜接。3.2.3地下工程施工測量(1)對施工單位根據(jù)工程特點(diǎn)和工程進(jìn)展，分階段加密的施工控制網(wǎng)及長邊導(dǎo)線，進(jìn)行持續(xù)檢查、復(fù)測，對施工導(dǎo)線點(diǎn)的精度進(jìn)行校核。(2)設(shè)置測量質(zhì)量控制待檢點(diǎn)與見證點(diǎn)，對重要工程部位的施工放樣作業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場旁站、抽檢或復(fù)測，對施工單位在施工測量中存在的問題，視情節(jié)及時(shí)發(fā)出工地現(xiàn)場指示或監(jiān)理通知。(3)及時(shí)檢查、校核各洞室的軸線、輪廓線等，經(jīng)常校核豎井開挖用來安置激光垂準(zhǔn)儀的基準(zhǔn)點(diǎn)。如：溪洛渡工程左岸兩條出線豎井，豎井段分上、下兩段，豎井下段又分兩段施工，從EL865m的地面出線場到主變室內(nèi)EL390m左右的出線豎井下平洞，高差近500m，高差如此大的

17、豎井施工，對豎井中心的控制就顯得尤為重要，所以，豎井每掘進(jìn)約20m測量監(jiān)理工程師就對安置激光垂準(zhǔn)儀的基準(zhǔn)點(diǎn)位置進(jìn)行檢查。(4)對于各洞室的拐點(diǎn)、變坡點(diǎn)、漸變段、喇叭口等特征部位，提前提醒施工單位注意，并在必要時(shí)對該部位的放樣過程進(jìn)行旁站或復(fù)測；(5)對于體形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位，要求施工單位在轉(zhuǎn)入該部位施工時(shí)將放樣技術(shù)方案及CASIO計(jì)算器程序或PDA程序報(bào)監(jiān)理部審批，經(jīng)測量監(jiān)理工程師確認(rèn)可以滿足工程精度要求后方可進(jìn)行施工放樣作業(yè)。如：溪洛渡左岸泄洪洞龍落尾段，立面上是奧奇曲線型豎曲線，斷面剖切方向?yàn)閵W奇曲線法線方向（每條斷面的剖切方向都不同），斷面形式為城門洞形，而一般情況斷面是沿鉛垂方向剖切的；

18、再如：溪洛渡左岸3條尾水洞變9條尾水支洞的部位，漸變方法特殊。這兩個(gè)部位放樣時(shí)每個(gè)點(diǎn)都要靠計(jì)算機(jī)程序分別計(jì)算，測量監(jiān)理工程師均從算法及編程實(shí)現(xiàn)方面同施工單位進(jìn)行了交流與討論，并獨(dú)立編制體形控制程序復(fù)核施工單位的程序無誤后才允許其進(jìn)行施工放樣。(6)對模板、樣架等放樣過程進(jìn)行旁站測量或獨(dú)立校核。如：溪洛渡左岸主廠房巖錨梁開挖施工過程中，每一個(gè)炮孔都經(jīng)過嚴(yán)格放樣并設(shè)有導(dǎo)向管指導(dǎo)造孔，要求施工單位對所有導(dǎo)向管進(jìn)行測量放樣，測量監(jiān)理工程師對其進(jìn)行了不少于10%的抽查，精細(xì)化管理及嚴(yán)格的過程控制，使左岸主廠房巖錨梁的開挖質(zhì)量得到了國務(wù)院質(zhì)量專家組的好評(píng)。(7)按合同規(guī)定的頻次對各洞室的斷面凈空進(jìn)行抽查。

19、在溪洛渡左岸地下廠房及泄洪洞工程中，測量監(jiān)理工程師從經(jīng)過校核的基本導(dǎo)線點(diǎn)獨(dú)立布設(shè)控制點(diǎn)，進(jìn)行斷面測量，同時(shí)對施工單位布設(shè)的施工導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行檢查，既檢查到了施工單位的施工導(dǎo)線精度又檢查了洞室軸線與超欠挖，杜絕因測量原因而影響洞室開挖質(zhì)量。(8)在對洞室體形進(jìn)行測量時(shí)，除按照監(jiān)理合同要求以及抽檢計(jì)劃進(jìn)行斷面或地形測量外，還應(yīng)對地質(zhì)工程師確認(rèn)的地質(zhì)缺陷范圍進(jìn)行詳細(xì)測量，為處理地質(zhì)原因引起的索賠提供工程量計(jì)算書及相關(guān)的測量資料。(9)對隱蔽工程進(jìn)行及時(shí)的測量復(fù)核或旁站測量，確保外業(yè)采集到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)且不能影響工程的進(jìn)度，為工程驗(yàn)收、評(píng)定，竣工資料的編寫提供數(shù)據(jù)性支持。(10)隨機(jī)抽查施工單位的錨索、錨桿的

20、孔位、孔向放樣成果。(11)對不規(guī)則體形部位的設(shè)計(jì)工程量、變更工程量進(jìn)行外業(yè)全過程旁站測量或復(fù)測，并100內(nèi)業(yè)計(jì)算審核，為投資控制提供詳實(shí)、準(zhǔn)確的依據(jù)。3.3事后控制(1)檢測各部位的開挖體形、噴砼體形及襯砌砼體形，為驗(yàn)收、評(píng)定提供測量依據(jù)。(2)配合驗(yàn)收，組織已完工工程的測量檢測，審核含不規(guī)則體形部位的完工工程量。(3)審核施工單位的竣工測量資料，整編必要的監(jiān)理完工測量資料。4幾點(diǎn)想法(1)測量監(jiān)理工程師雖說是受業(yè)主委托對施工單位測量質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督和管理，但對施工單位不應(yīng)該僅僅停留在發(fā)現(xiàn)問題、挑毛病的層面，而應(yīng)該對現(xiàn)場多一份幫助，多一份指導(dǎo)，本著為工程建設(shè)著想的態(tài)度，和施工單位測量人員一道去研究解決問題的方法。(2)測量監(jiān)理工程師應(yīng)充分發(fā)揮自己的技術(shù)及專業(yè)特長，應(yīng)有高度的預(yù)見性，將主要精力放在事前控制、主動(dòng)控制上，在每道工序開工之前想到可能遇到的問題，合理設(shè)置待檢點(diǎn)、見證點(diǎn)，督促施