大伙房輸水工程TBM2標隧洞測量貫通控制技術研究

尤瀟華

（遼寧西北供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110003）

大伙房輸水工程TBM2標隧洞測量貫通控制技術研究

尤瀟華

（遼寧西北供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110003）

遼寧省大伙房輸水隧洞TBM2標段獨頭開挖長度超過8km，貫通精度的控制是工程施工的難點之一。本文對貫通誤差、控制測量實施方案進行了詳細研究，通過控制測量措施和方案的有效實施，實現了該標段隧洞的高精度貫通。大伙房TBM2標輸水隧洞高精度貫通為我國以后做好長大隧洞控制測量方面積累了經驗。

輸水隧洞；TBM；測量；貫通控制

1 工程概況

遼寧省大伙房輸水隧洞全長85.32 km，是在建工程中最長的山嶺隧道，工程采用鉆爆法和TBM聯合施工。TBM施工段分3個標段，其中TBM2標段為疙疤寨（12號支洞）～臺寶段（15號支洞）輸水隧洞合同段，采用德國Wirth公司生產TB803E敞開式TBM施工，開挖直徑為8.0 m，隧洞埋深130～420 m，起訖樁號為44+288～66+ 846.42，全長22 558.42 m。TBM2標段施工中設3條輔助施工支洞（13號、14號、15號），支洞總長4 455.289 m。15號支洞為TBM進洞支洞，TBM大件通過該洞運至洞內進行設備組裝；為解決隧洞長距離的出碴、通風等問題，在59+400及50+ 820.773處分別設置了14號、13號2個施工支洞，TBM經過2次轉場后從12號支洞拆卸運出。

目前國內還沒有已修建好的單向掘進長度超過8 km的TBM施工隧洞，因此可以說沒有直接借鑒的測量成果，貫通精度的控制成為工程施工的難點。該標段無論是單向開挖長度還是雙向開挖長度，都超出了SL 52-93《水利水電工程施工測量規范》范疇。根據相關規范規定和對于隧道控制測量以往的經驗得知，影響隧道貫通的因素主要是橫向貫通誤差，其縱向貫通誤差和豎向貫通誤差就目前的測量技術和儀器精度比較容易滿足。對于該標段來說，獨頭開挖最長達9 km，如果在區段起點處存在有1 s的角度誤差，會在貫通面造成0.044 m的貫通中誤差，因此只對橫向貫通誤差進行精度估算，以此來確定洞內外控制測量方案和注意事項。

2 貫通誤差的研究

該標段的3段施工長度不一致，14號～13號區間無論從單向開挖8 725 m，還是從雙向開挖11 242 m來看，在3個施工區段內均屬最長，因此只對14號～13號洞段區間進行精度估算。

2.1 估算依據

估算依據SL 52-93及TB10101-99《新建鐵路工程測量規范》。擬使用儀器的精度：徠卡TC2003全站儀，測角精度0.5″，測距精度1+1 ppm；徠卡DNA03電子水準儀，精度0.3″。

取合同文件極限貫通誤差的1/2作為貫通中誤差的控制指標，貫通中誤差分配值見表1。

2.2 橫向貫通測量精度估算

一般對于長大隧道洞內控制測量采用導線閉合環，可認為是兩組測量，規范TB10101—99中的估算公式更為保守一點，因此在這里采用其中的公式：

2.2.1 洞外平面控制測量精度估算

精度估算時，導線點位置從1∶80 000地形圖上選取，測角中誤差m按±1.0＂，邊長相對精度1/100 000。

表1 貫通中誤差分配表mm

1）測角誤差影響值

2）測距誤差引起的貫通精度影響值：

3）洞外總影響值：

2.2.2 洞內平面控制測量精度估算

精度估算時，支洞內導線平均邊長按300 m，主洞內導線平均邊長按600 m計算，邊長相對精度1/100 000，貫通面里程按K51+965計算：

2.2.3 平面控制總影響值

通過對橫向貫通誤差的估算，結合洞內現場施測條件和水利工程規范要求，確定采用二等平面控制測量，能夠在規定限差要求下實現高精度貫通。

3 控制測量實施方案

3.1 洞外平面測量控制

2）博物館發揮文化宣傳的領頭羊作用。博物館掌握著非物質文化遺產的大部分資源，對該專業領域的知識占據先導地位。博物館對非物質文化遺產的保護起到引領作用主要體現在三個方面：（1）通過自身對非物質文化遺產的理解和掌握，向公眾起到傳播和宣傳的作用；（2）通過提出非物質文化遺產的保護性意見和舉措，將保護意識深入人心；（3）身體力行地參與非物質文化遺產的保護和發掘中來，定期舉辦各類宣傳活動，強化自身引導者的地位。

每個支洞口都布設了3～4個GPS控制標樁，位置比較合理，便于觀測。根據隧道長度和技術方案以及《全球定位（GPS）系統測量規范》，盡可能提高GPS測量的精度。使用天寶4600LSⅡ單頻機測量，標稱精度5+1 ppm，技術指標滿足控制測量的精度要求。內業計算采用GPS基線網平差軟件進行計算。

3.2 洞內平面測量控制

由貫通誤差估算可知，洞內控制測量的橫向測量精度受洞內測角精度的影響最大。測角中誤差按0.7″估算精度時，總的橫向貫通中誤差就達到72.6 mm，雖然滿足SL52-93的要求，但前提是洞內導線邊長必須平均達到800 m，要滿足此項指標還是有相當困難的。因此，在進行洞內外控制測量時嚴格按如下施測方案及操作規程施工：

3.2.1 控制樁點的設置

洞內平面控制導線布設成等邊閉合導線網，如圖1所示。支洞導線邊長不小于300 m，主洞邊長不小于600 m。兩組導線分別設置在洞室中線的兩側，且高出施工排水水面，便于測量使用。

3.2.2 控制測量要求

1）采用徠卡TC2003全站儀及配套設備。

2）每個導線環角度個數不大于6個，角度測回數12～15個。距離按往返觀測，各測兩測回，每測回讀數4次。

3）在各洞口增設精密導線點，將其納入GPS網中進行測量并進行整體平差，對縮小隧道貫通誤差極為有利。

圖1 14號-13號導線閉合環布置示意圖

4）支洞洞身和主洞相交過渡部分，受現場通視條件的制約，導線邊長不足150 m，因此兩端導線點增設強制觀測墩，采用強制對中方式，以減少儀器對中誤差的影響，并進行不少于3次的重復測量，當測值都在誤差允許范圍內時取各次測量結果的平均值。

5）在每次向前延伸測量時，對已測的前3個主副導線點進行復核，確保不出現粗差及因點位移動造成的錯誤。

6）洞內外聯測工作選在陰天或夜晚進行，測量時，盡量減少施工干擾，保證足夠的通風和照明條件，并注意因通風而引起的折光影響。

7）導線點間視線距離隧道內建筑物以及各種施工機械最短距離不小于0.3 m，以減小旁折光的影響。

3.2.3 數據處理

采用南方平差易對整個閉合導線網進行嚴密平差計算，并進行精度評定。在外業測量時，隨時測定溫度和氣壓，現場輸入全站儀進行氣象改正，儀器的加、乘常數也同時自動加以改正。內業計算時，各觀測邊長均投影到隧道平均高程面上（211.9 m）。

3.3 高程測量控制

3.3.1 施測等級的確定

隧道貫通面上的高程貫通誤差由洞內、洞外兩部分組成。洞外路線平坦，測量要求比較容易滿足。按合同文件要求規定，高程總貫通誤差為100 mm，洞內分配值為80 mm。由于14號～13號兩開挖支洞口間的長度為11.242 km，則在洞內施測過程中，每公里高程偶然中誤差應滿足下式：

式中：mh為豎向貫通中誤差，取80 mm；M△為每公里高程測量高差中數的偶然中誤差，mm；L為水準路線長度，km，因考慮往返測量，故路線距離按增加一倍計算。

則偶然中誤差M△=16.87 mm＞10 mm（5等水準偶然中誤差），可見，洞內高程控制測量按5等水準要求即可滿足高程貫通中誤差影響值80 mm的要求。但是，由于支洞坡度較大，特別是13號支洞設計為17%的下坡，支洞口與主洞洞身高差達到了200 m，在實際控制過程中增加了較大的測量難度，為保證高精度貫通，確定洞內高程按二等精密水準要求施測，即M△=+1 mm。

3.3.2 控制測量要求

1）使用測量儀器為徠卡DNA03電子水準儀，精度0.3″。

2）外業測量時，2次觀測高差較差超限時應重測。將重測結果與原測結果分別比較，其較差均不超過限值時，應取3次結果的平均數。

3）按最小二乘法原理，采用條件觀測平差或間接觀測平差，并計算每千米高差全中誤差。

4）內業計算最后成果的取值，精確至0.1 mm。

4 結 語

通過控制測量措施和方案的有效實施，實現了長大TBM施工隧洞的高精度貫通：2005年12月26日第一掘進段順利貫通，單向開挖7 815 m，相向開挖10 325 m，其貫通誤差橫向55 mm、縱向33 mm、豎向16 mm；2007年8月31日第二掘進段實現了順利貫通，單向開挖8 725 m，相向開挖11 242 m，其橫向誤差26 mm、縱向誤差58 mm、豎向誤差11 mm。

隨著社會和科學技術的進步，國內TBM設備制造工藝的日趨成熟和完善，利用TBM進行長大山嶺隧道的開挖施工將會越來越廣泛。大伙房TBM2標輸水隧洞高精度順利貫通，為我國以后做好長大隧洞控制測量方面積累了經驗，同時也為修改和補充水利規范提供了可靠依據。

［1］馬嵐，等.大伙房水庫輸水工程特長水工隧洞修建技術［M］.北京：中國水利水電出版社，2013.

［2］陳衛國.淺析隧道工程的控制測量及貫通測量技術［J］.建筑學研究前沿，2012（11）.

［3］尚小琦，等.隧道工程控制測量主要方法與誤差分析［J］.測繪技術裝備，2008（4）：12—15.

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2016-10-24