山西省中部引黄工程总干线TBM标段施工测量监测探讨

SHANXI WATER RESOURCES
山西省中部引黄工程总干线TBM 标段施工测量监测探讨
杨全刚
（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，
山西太原
030024）
［摘要］山西省中部引黄工程，总干线（K 77+040~K 118+400）用2台全断面岩石掘进机（TBM ），采用相向掘进法施工，分别设置进洞支洞与通风支洞，其中TBM 1标掘进长度为26.3km （包括支洞长度5.3km ）；TBM 2标掘进长度为23.9km （包括支洞长度3.6km ）。

文章结合工程总干线TBM 标段的施工特点，提出了具有针对性的监测方法和评价标准，保证了隧洞的顺利贯通。

［关键词］总干线TBM ；施工测量监测；导线测量；
山西省中部引黄工程［中图分类号］U456.3
［文献标识码］C
［文章编号］1004-7042（2020）01-0022-03
1
工程概况
山西省中部引黄工程，是山西省“十二五规划”大
水网建设中的一项重要工程，
分为取水工程和输水工程两部分。

工程干线自天桥水电站库区取水，
输水工程包括总干线、东干线、西干线，输水线路总长
384.5km ，主要建筑物为隧洞、渡槽，其中隧洞占
99.2%。

供水范围包括4市16个县（市、区），
涉及忻州市的保德县；吕梁市的兴县、临县、
离石、柳林、中阳、石楼、交口、孝义、汾阳9个县（市、区）；临汾市的隰县、蒲县、大宁、汾西4个县；晋中市的灵石县和介
休市2县（市）。

工程总干线
（约K 77+040—K 118+400）用2台全断面岩石掘进机（TBM ），采用相向掘进法施工，分别设置进洞支洞与通风支洞，
其中TBM 1标掘进长度为26.3km ，（包括支洞长度5.3km ）；TBM 2标掘进长度为23.9km ，（包括支洞长度3.6km ）。

总干线TBM 标段施工测量监测任务的目的是监
测TBM 1标和TBM 2标承担的输水主洞、进洞支洞以及通风支洞的施工测量作业是否符合规范要求，洞
内导线控制点的平面精度和高程精度，是否满足规范要求，确保隧洞能够顺利贯通，
不出现大的质量事故。

2
施工测量监测内容
监测内容主要包括审核分析测量资料和实地检
测。

审核测量资料，包括审核标段施工控制网资料，测量仪器、人员、资料及复核相关资料；
实地验证，主要是实地检测洞内控制点的准确性。

2.1审核测量资料
一是审核测量人员是否满足要求。

二是审核测量
仪器是否满足要求；审核测量仪器使用是否规范，测量仪器是否按时检定。

三是审核各标段平面施工控制
和高程施工控制网资料；
审核布网是否合理，计算方法是否正确，各项闭合差是否超限。

四是审核平面控
制点和高程控制点稳定性资料。

2.2隧洞内基本导线点监测2.2.1
平面监测
根据TBM 掘进的施工特点，隧洞内的基本控制
要布设成交叉双导线。

洞内基本导线点的标志，设置在带有强制对中装置的仪器台上，
仪器台通过钢架固定在洞壁上，做成灯台形式；点位的设置，根据洞内设施的布置情况相互避让，且在高度上考虑出渣皮带、
各种管线等高度位置。

为了保证TBM 隧洞内基本导线点的平面观测精度，TBM 1标和TBM 2标两家施工单位均配置了1"级智能型全站仪。

智能型全站仪俗称测量机器人，
是一种能代替人进行自动搜索、
识别、跟踪和精确照准目标，获取角度、距离等信息的智能型电子全站仪。

平面监测，主要监测基本导线点坐标的准确性，
实地施测出基本导线点合格的监测成果，
由施工单位提供的控制点成果进行比较，
得出其差值，再判断是否满足要求。

2.2.2
高程监测
高程测量施工单位，
使用TRIBMLE 电子水准仪，按二等水准要求进行作业，
观测成果按严密平差法进行平差计算，并进行精度评定。

施工单位再将观测成
果与基本导线点平面施测的三角高程进行比较，两者互相校核，以保证基本控制点高程的正确性。

山西水利
根据施工单位长距离隧洞的施工经验，按现有作业手段和仪器条件，隧洞贯通的竖向中误差比较容易
达到，本文不作过多阐述，着重讨论平面监测问题。

3监测技术要求及方法3.1采用的基准
平面监测采用中部引黄工程施工坐标系；高程监测采用1985国家高程基准。

3.2
监测的技术要求
根据《水利水电工程施工测量规范》（SL 52-2015）的规定，详见表1。

表1
地下控制网等级选择
结合本工程的实际情况，
平面控制网检测采用二等基本导线测量精度。

二等基本导线的主要技术指标
应满足表2的要求。

表2
光电测距导线测量技术要求
仪器光学对中器，应随时检验和校正。

导线的水平角在短边观测时，仪器和照准标志应严格整平。

如受外界因素影响，超出补偿范围使补偿器无法补偿时，
应停止观测。

水平方向观测宜采用方向观测法，其技术要求应符合表3的要求。

表3水平角方向观测法技术要求表
距离测量时，在测距前后，应各量取仪器高和棱镜高一次，取平均值。

距离测量的技术要求应符合表
4的要求。

表4
测距作业技术要求
3.3监测的方法
洞内控制点观测采用徕卡TS300.5"测量机器人
进行。

按施工单位提供的控制网图，
由洞外到洞内逐站进行观测。

观测中应遵守以下事项：一是观测前30min ，应将仪器置于隧洞内裸亮，
使仪器与隧洞内气温趋于一致。

二是观测过程中，
仪器气泡中心偏移不应超过一格。

当偏移值接近限值时，
应在测回之间重新整置仪器。

三是反射棱镜背面应避免有散射光的干扰，镜面不得有水珠或灰尘玷污。

四是在短边的情况下，应严格整平。

3.4
监测数据的处理
为了提高监测的精度，施测的控制网边长必须进
行温度、气压等气象改正，方可进行下一步计算。

气象改正一般在测量仪器内自动进行，只需要观测前在仪器中输入正确的温度、气压值即可。

总干TBM 标段主洞高程在986m 左右，因此施工坐标系的高程投影面选择986m 高程面。

而工程全线均在吕梁山区，控制点高程大多在1200~1400m 之间，因此，必须把施测边长投影到施工坐标系所在的投影面上，尤其是支洞口至隧洞中线点之间必须进行边长投影。

投影公式如下：
D=S 伊（1-H m -H 0R A ）
（1）
式中：D ———归算到测区平均高程面或选定的某一高
程面上的长度，m ；
S ———经过倾斜、气象、加常数和乘常数等改正
后的测站与镜站平均高程面上的平距，m ；
H m ———边长两端点高程的平均值，m ；
H 0———测区平均高程面或选定的某一高程，
取986m ；R A ———测距边所在法截线的曲率半径，取6373000m 。

控制网采用2005南方平差易进行。

平差控制网
计算成果中应包括起算数据、
观测数据和必要的中间数据。

平差后的精度根据平差方法评定，
应包含：单位相向开挖长度/km
基本导线测量水准测量10~20
二等、三等二等、三等20~30
二等
二等
30~50
二等二等注：相向开挖长度包括支洞长度
等级方位角闭合差/"测角闭合差/"测距
中误
差
/mm 全长相对闭合差测距仪等
级测回数边长
水平角天顶距0.5"1"0.5"1"二±2n
ñ1.0
±21∶110000Ⅰ
往返
各2
6
9
3
4
等级
仪器
类型光学测微器两次重合读数差/"两次照准读数差/"半测回归零差/"一测回中2C 较差/"同方向
值各测回互差/"二、
三、四
0.5"级1
2
4
6
3
1"级
146962"级36813
9注：当观测方向的垂直角超过±3°时，该方向的2C 较差，按相邻测回
同方向进行比较，其差值仍符合本表规定。

项目
气象数据测定
一测回读数较差/mm 测回间
较差
/mm
往返或
光段
较差
/mm 三角形
网等级
测距仪
等级温度最小读数/℃气压最
小读数
/Pa
测定
时间间隔数据取用二Ⅱ
0.5
50
每边观测始末
每边两端平均值
2
3
2（a+bD ）
注：将斜距划算到同一高程面上再比较往返较差
设计与施工·2020年第1期
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5结语
固定桥生态蓄水工程实施后，
能够保证流域内河道持续向绿色、健康的方向逐步改善。

固定桥生态蓄水工程，作为桑干河河道综合治理与生态修复工程的
一部分，可增加水面和湿地面积，改善河道生态环境，提高河水自净能力，提升区域景观效果，具有较好的生态效益和社会效益。

［作者简介］刘利新（1978-），男，2005年毕业于华北水利水电学院工程管理专业，
工程师。

［收稿日期］2019-12-06；［修回日期］2020-01-26
权测角（或方向）中误差，相对点位中误差、各边边长中误差和方向中误差、各待定点中误差和各点点位误
差椭圆元素。

3.5监测数据的分析
经过严密平差后，计算出合格的监测成果，由施工单位提供的控制点成果进行比较，得出其差值，再判断是否满足要求，其差值应满足
《水工建筑物地下开挖工程施工规范》
（SL 378-2007）中4.0.6第4条，“洞内基本导线应进行两组独立观测，导线点的两组坐标值误差不应大于中误差的2n √倍，
并取两组观测数据的平均值作为最后成果”。

4监测方法的精度
《水利水电工程施工测量规范》（SL 52-2015）中，
对水工隧洞开挖的极限误差的规定见表5所示。

表5
水工隧洞开挖贯通测量容许极限
在进行贯通测量设计时，可取极限误差的1/2作
为贯通面上的贯通中误差，根据隧洞长度，各项测量中误差的分配应符合表6的规定。

表6
贯通测中误差分配值
平面监测方法的精度估算：由于洞内基本导线，
在未贯通时，都是支导线。

为了简化计算，用支导线端点的点位误差当做横向贯通中误差，这当然是偏于安全的。

根据《水利水电工程施工测量规范》（SL 52-93），支导线端点的点位误差M B 计算公式：
M B =±
m 2
s +（
m βρL ）2（n +1.53
）√
（2）
式中：m s ———测距中误差，mm ；n ———边数；
m β——
—测角中误差，"；ρ———弧度化为秒的乘常数，单位"，取值为206
265；
L ——
—导线长度，mm 。

此次监测使用的仪器为TS300.5"测量机器人，
测距中误差m s =±2mm ；总干TBM 隧洞全长50km ，取平均边长S =400m ，支导线为洞长的一半为25km ，共有n =65条边；m β=1.0"，二等导线测角精度；
L =25000000mm 。

根据上面公式算出M B =577mm ，采用交叉双导线测量的方法可提高2√倍精度，
则M B =577/2√=408mm 。

所以，按照二等导线的有关规范监测，满足其各项限差要求，其贯通中误差为408mm ，小于限差539mm ，能够达到精度要求。

5
结论
本工程采用的监测方法既满足了工程精度的要求，又为施工单位提供了准确、可靠的技术支持。

TBM 2标与通风支洞长约17km 已经顺利贯通，贯通误差远小于限差要求。

在建立长隧洞洞内高精度控制
网时，有以下几条经验可供参考：第一，洞内基本控制网应布设成交叉双导线，应尽量增加有利的多余观测，以提高控制网的可靠性；
为了避免出现任何形式的误差和错误，每隔约2km ，将左右两条导线进行联测和校核。

第二，测量机器人测距精度与温度、
气压有密切的关系，在进行洞内控制网测量时，应充分考虑温度、气压对边长改正的影响。

第三，必须把施测边长投影到施工坐标系所在的投影面上，尤其是支洞口至隧洞中线点之间必须进行
边长投影。

［作者简介］杨全刚（1972-），男，2002年毕业于西安建筑科技大学土木工程专业，高级工程师。

［收稿日期］2019-12-06；［修回日期］2020-01-24
相向开挖长度/km 20~2525~3030~3535~4040~4545~50极限贯通误差/mm
横向±400±500±620±740±880±1000纵向±400±500±620±740±880±1000竖向
±124
±150
±176
±200
±224
±250
注：相向开挖长度包括支洞长度。

相向
开挖长度/km
贯通中误差/mm
横向
纵向
竖向地面
地下贯通面地面
地下贯通面地面
地下贯通面35~40±148±370±399±148±370±399
±71
±71
±100
40~30±176±440±474±176±440±474
±79
±79
±112
45~50±200±500±539±200±500±539
±88
±88
±124
（上接第19页）。