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一工程簡介

金沙江溪洛渡水電站工程是我國西電東送中線的骨干電源之一，位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界處的金沙江干流上。溪洛渡水電站是以發電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等巨大的綜合效益，具有不完全年調節能力的特大型水電站。是金沙江流域實施“西電東送”的第一期工程。

溪洛渡水電站水工由混凝土雙曲拱壩、引水發電系統、瀉洪系統及導流建筑物組成。混凝土雙曲拱壩最大壩高278.0m，壩頂高程610.0m，頂拱中心線弧長698.07m；發電廠為地下式，分設在左、右兩岸山體內，各裝9臺單機容量為700MW的水輪發電機組，總裝機容量12600MW。

施工期壩址兩岸各布置了3條導流洞，自左向右左岸為1#~3#導流洞，右岸為4#~6#導流洞。導流洞平面上呈單彎道布置，洞身斷面為城門洞型，斷面尺寸均為18×20m。其中右岸4#~6#導流洞分別長為1258.852m,1434.985m及1697.110m。

右岸導流洞施工期共布置了3條施工支洞進行施工，自上游至下游分別為1#、2#和3#施工支洞。

二右岸導流洞施工測量

1控制測量

由于溪洛渡水電站控制網布設層次很好，已基本覆蓋整個施工區域，故控制測量采用業主測量中心提供的溪洛渡施工控制網中的一方石、水連天、衛星城、觀景臺、日月亭五點為起算點。根據右岸導流洞平面布設位置及施工方案洞內控制測量分別在1＃施工支洞以衛星城～日月亭為起算數據；2＃施工支洞以一方石～水連天為起算數據，3＃施工支洞以一方石～觀景臺為起算數據作四等直伸導線進入主洞，作為導流洞開挖階段的首級控制。上導洞貫通后聯測成附和導線網，平差成果作為導流洞襯砌施工測量的首級控制。高程控制測量采用四等三角高程，在布設四等直伸導線的同時布設。

1．1外業觀測

外業觀測采用LeicaTCR402型全站儀（標稱精度測角2”，測距精度±（2+2ppm））進行觀測。

由于隧洞內環境較差，交叉作業影響較大，故在進行控制測量時應選取空氣情況較好，其他工序影響較小的時段進行。確保觀測成象清晰，測量結果準確。

架設儀器和棱鏡時應仔細嚴格對中、整平，量、記儀器高及棱鏡高，待每站觀測完畢后再次量取儀器高及棱鏡高作為檢查。觀測時嚴格按照規范要求進行觀測：水平角觀測6個測回，邊長和高差往返各觀測2個測回。且水平角觀測應符合下表技術要求：

等級

儀器

標稱精度

″

光學測微器兩

次重合讀數差

″

兩次照準讀數差

″

半測回

歸零差

″

一測回中

2較差

″

同方向值各測回互差

″

三等、四等

±2

3

6

8

13

9

現場記錄應按照記錄手簿規定的格式進行記錄，并在每一測站結束后檢查記錄，確認無誤后再搬至下站進行作業。

1．2內業平差計算

內業計算前首先要對外業原始記錄受簿進行200%的檢查，既記錄者自檢完畢后再分別由另外兩個人單獨進行檢查。確保準確無誤后才開始進行平差計算。

平差計算采用南方公司的“平差易”軟件進行計算，嚴格按以下步驟進行操作。

首先畫出導線網示意圖，標上真實點名，并標出已知點、已知方向和起算邊，然后再從記錄手簿上將每一測站的測得的方向值，經改正后的邊長抄記在示意圖上每兩邊中間。

啟動“平差易”，按軟件格式要求輸入數據并保存，啟動自動平差計算，若軟件提示錯誤則重新檢查輸入數據直到正確為止，檢查閉和差，點位誤差等誤差是否符合要求，最后得到最終結果。

2施工放樣

2．1放樣前的準備工作

放樣前及時收集該掌子面附近的控制點信息，根據圖紙及掘進里程樁號確定該掌子面所屬開挖斷面類型，并對計算器中預先編制好的的放樣程序進行檢核，使在現場放樣時能做到高質高效。

2．2利用邊角后方交會對基本導線的延伸

由于溪洛渡電站的導流洞開挖斷面為20m×22m，采用大型的鑿巖臺車打眼，每天進尺達10米左右，斷面的精度要求小于5mm。中心和開挖輪廓線均要求測量人員放樣。由于大型的裝載機和20噸以上的汽車出渣，測量人員根本無法按傳統的方法在接近掌子面附近布設控制點，布設在頂板太高，布設在地上汽車碾壓，不易保護。測量速度趕不上施工進度，迫切需要采用新的測量方法進行測量控制點的布設。測量人員經過討論和試驗采用了在洞壁上布設控制點，觀測時采用邊角后方交會的方法來解決這個問題。

具體方法為：首先在距掌子面100m左右外布設高精度的導線，在高精度的導線點設站，用免棱鏡全站儀在洞壁上布設控制點，布設洞壁控制點時采用一定的措施，保證點位的精度。在100m的范圍內，采用邊角后方交會的方法在洞壁上布設控制點，現場放樣利用洞壁上控制點，采用邊角后方交會的方法，進行掌子面開挖輪廓線的放樣。超過100m左右，后續導線布設新的高級控制點，用新的高級控制點對洞壁點進行重新布設。

下圖洞內為邊角后方交會示意圖，圖中P點為設站點，A、B為布設在洞壁上的控制點。根據測得的PA的距離以及PA、PB間的夾角可迅速計算出P點的坐標，根據測得P、A間的高差可計算出P點的高程。

采用該種方法，可以在施工干擾較大的環境下迅速架設好儀器并測量計算出測站坐標，在保證測量放樣精度的同時極大的提高了測量工作效率。

2．3施工坐標系與洞內相對坐標系的轉換

溪洛渡水電站采用的是獨立的金沙江坐標系，在導流洞施工時，測量人員為施工施工方便施工，采用了洞內的相對坐標系統。該坐標系統具體確立方法如下：在洞內相對坐標系中，以遂洞起點為零點；以隧洞軸線為X軸，隧洞前進方向為正方向，樁號為X值，以垂直于軸線方向為Y軸組成左手坐標系，以距軸線的垂直距離為Y值。高程仍采用原高程系統。如下圖所示：

在這套洞內相對坐標系中，某一個點的X、Y值直觀的反映了該點的樁號及距洞軸線的距離，使對隧洞的測量放樣和編寫放樣程序都非常方便。同時，該坐標系統的應用也給以后斷面驗收帶來極大的方便。

2．4掌子面放樣

在溪洛渡右岸導流洞施工放樣中由于都已經采用了免棱鏡反射全站儀進行作業，故放樣皆用極坐標法進行放樣。具體步驟如下，首先已經提前在CASIOfx-4500、fx-4800系列可編程計算器里編制好具體放樣程序；在施工現場根據掌子面情況架設好儀器，利用邊角后方交會等方法測算出測站點坐標；利用免棱鏡激光反射直接測得掌子面上一點的三維坐標，將該數據輸入計算器里的放樣程序，算出該點的樁號、距軸線距離以及相對于開挖輪廓線的差值；根據具體放樣要求移動點位再進行測算直至符合要求，作標記之后再放樣下一個點。放樣應放出洞子開挖輪廓線，中線，腰線等基本的一些點以及由于施工等各方面原因而需要加密的點字。

采用這種全站儀極坐標放樣相比以前傳統放樣方法工作效率大為提高，在熟練的情況下一個作業小組從開始架設儀器到測量完畢僅需時30~45分鐘，使測量人員的勞動強度大大減輕。

3斷面驗收

隨著遂洞不斷掘進，為及時反映出遂洞的超、欠挖值等遂洞開挖質量情況，為后續驗收、支護等工序提供資料，需及時測量遂洞的開挖斷面圖。溪洛渡水電站右岸4#~6#導流洞共有3條施工支洞，高峰時有十幾個掌子面同時掘進，由于隧洞施工中各種工序銜接緊湊，平行作業、交叉施工的工程很多，且洞內作業面狹小，而遂洞斷面圖又要求每3m一條及時提供，所以斷面驗收工作的工作量非常大，時間也非常緊。在實際中測量人員利用“外業全站儀采集數據+內業cass軟件成圖”的全數字化方法很好的解決了這個問題。

3．1外業數據采集

外業數據采集利用LeicaTCR402等免棱鏡反射全站儀直接進行。并且采用洞內相對坐標系統。

首先，根據要求每3m測一條斷面，由于采用的是洞內相對坐標系，每測得的一個點的樁號都可以直接讀出來，所以就不必像傳統測量斷面那樣每條斷面單獨架設儀器，而可以在需要測量斷面圖的部位任意架站，利用邊角后方交會測算出設站點坐標；然后進行測量，每測一個點看它的樁號是否符合要求，若在待測斷面樁號上就直接存入全站儀內存，若不符合樁號要求則沿X軸前后移動直至符合要求為止，之后存儲入全站儀內存，然后測量下一個點。一條斷面測量完畢后再測量下一條斷面。

利用這種測量方法可以在一個測站上測量多個斷面，根據實踐經驗得出，在一個測站上可以測量前后20m左右范圍內的斷面，其精度完全可以達到要求。具體的可測量范圍可根據隧洞斷面大小，儀器架設位置，洞壁凹凸情況以及儀器免棱鏡測量距離具體確定，只要精度符合要求即可。

相比較傳統的斷面驗收方法，采用了洞內相對坐標系統的新方法由于不必在每條斷面架設儀器，所以極大的提高了作業效率，使得外業采集工作所需時間比傳統方法有了非常明顯的縮短。

3．2內業數據處理及成圖

外業利用LeicaTCR402采集回來的數據應及時傳入電腦中。數據傳輸可以利用南方公司的cass系列成圖軟件傳輸，也可以利用Leica公司隨儀器附送的LeicaSurveyOffice系列軟件中的數據交換管理器進行傳輸。傳入電腦的數據應存放在指定的位置，并按照統一的要求進行命名，以利于作圖時或日后需要用時能夠方便快捷的找到。

由于從儀器內傳輸出來的數據文件的格式為GSI格式，而cass軟件繪制斷面圖所需的里程文件為HDM格式，因此對由全站儀傳出的數據還需做進一步的處理才能繪出出斷面圖。數據處理可直接用LeicaSurveyOffice系列軟件坐標編輯器打開GSI格式的數據文件，然后把所有數據復制粘貼到Excel電子表格中，再在Excel電子表格里對數據根據HDM文件的格式進行手工修改，將其改為HDM文件之后再在cass中繪圖。這種方法雖然步驟較少，但是在Excel電子表格中將數據該為HDM格式的工作比較煩瑣，工作量也較大且手工編輯也容易出錯。

為此，葛洲壩溪洛渡測量隊專門開發出了一款數據轉換軟件來進行數據處理。具體步驟如下：首先在cass軟件中利用“數據”菜單下的“讀取全站儀數據”對話框將Leica的GSI格式文件轉化為通用的DAT文件，然后運行這款專門的轉換軟件將DAT文件轉換為cass所需的HDM文件，待檢查無誤后就可以在cass軟件中繪制斷面圖了。

運行cass軟件中的“工程應用”菜單下的“繪斷面圖”子菜單下的“根據里程文件”命令，選取剛轉換過來的HDM文件，繪制斷面圖。繪制出的斷面圖如下圖所示：

然后再將繪制出來的實測斷面與設計斷面放在同一圖框下，并標出超、欠挖值，就可以反映出隧洞的開挖質量情況。最終的斷面圖如下圖所示：

三溪洛渡水電站右岸導流洞施工測量所采用的新工藝、方法

隨著工程測量學的發展，越來越多的新工藝、方法運用到實踐生產中，而溪洛渡導流洞工程由于工程浩大，測量精度要求高，工期較緊，因此在實踐中大量的運用了新的測量工藝、方法，如以下幾種。

1隧洞控制點的補設方法以及邊角后方交會的普遍運用

傳統的隧洞控制測量的導線點都是布設在地面上，但是由于隧洞中環境很差，布設在地面上的控制點很容易會因出渣車輛碾壓，施工機械碰撞等原因損毀或被洞渣掩埋而無法使用，因此在溪洛渡水電站右岸導流洞施工測量中，利用地面高精度控制點在洞壁上補設低一級的控制點結合邊角后方交會的測量方法普遍運用，在保證其精度完全符合要求的同時大大提高了勞動生產率。

2洞內相對坐標系的普遍應用

在溪洛渡右岸導流洞施工測量中，三條導流洞的洞內測量全部都應用了洞內相對坐標系統，這種坐標系對于隧洞的現場放樣以斷面驗收都非常的方便，尤其對于斷面驗收工作，成倍的提高了工作效率。

3全站儀外業采集數據，內業用CASS軟件成圖的作業模式

在溪洛渡右岸導流洞施工測量中，全站儀外業采集數據，內業用CASS軟件成圖的作業模式已經成為常規的作業模式，使用這種全數字化的作業模式不但使測量的內業工作大為減輕，而且由于數據從采集到使用的全過程都數字化，大大降低了由于手工操作而產生錯誤的概率。

在溪洛渡右岸導流洞施工測量中使用的新工藝、方法還有很多，在此就不一一敘述了，正是由于這些新工藝、方法的使用，使溪洛渡右岸導流洞工程的施工測量的質量、效率都上了一個新臺階。

四結語

通過上文所述施工測量過程，溪洛渡右岸導流洞工程的施工測量工作完全符合測量規范要求，滿足了生產的需要。并且通過生產實踐總結大量洞挖施工測量的性工藝和新方法。但也存在不足之處，例如對新的創新與方法總結不夠還需從理論與實際兩方面繼續進行改進等。