尤潇华

（辽宁西北供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

大伙房输水工程TBM2标隧洞测量贯通控制技术研究

尤潇华

（辽宁西北供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

辽宁省大伙房输水隧洞TBM2标段独头开挖长度超过8km，贯通精度的控制是工程施工的难点之一。本文对贯通误差、控制测量实施方案进行了详细研究，通过控制测量措施和方案的有效实施，实现了该标段隧洞的高精度贯通。大伙房TBM2标输水隧洞高精度贯通为我国以后做好长大隧洞控制测量方面积累了经验。

输水隧洞；TBM；测量；贯通控制

1 工程概况

辽宁省大伙房输水隧洞全长85.32 km，是在建工程中最长的山岭隧道，工程采用钻爆法和TBM联合施工。TBM施工段分3个标段，其中TBM2标段为疙疤寨（12号支洞）～台宝段（15号支洞）输水隧洞合同段，采用德国Wirth公司生产TB803E敞开式TBM施工，开挖直径为8.0 m，隧洞埋深130～420 m，起讫桩号为44+288～66+ 846.42，全长22 558.42 m。TBM2标段施工中设3条辅助施工支洞（13号、14号、15号），支洞总长4 455.289 m。15号支洞为TBM进洞支洞，TBM大件通过该洞运至洞内进行设备组装；为解决隧洞长距离的出碴、通风等问题，在59+400及50+ 820.773处分别设置了14号、13号2个施工支洞，TBM经过2次转场后从12号支洞拆卸运出。

目前国内还没有已修建好的单向掘进长度超过8 km的TBM施工隧洞，因此可以说没有直接借鉴的测量成果，贯通精度的控制成为工程施工的难点。该标段无论是单向开挖长度还是双向开挖长度，都超出了SL 52-93《水利水电工程施工测量规范》范畴。根据相关规范规定和对于隧道控制测量以往的经验得知，影响隧道贯通的因素主要是横向贯通误差，其纵向贯通误差和竖向贯通误差就目前的测量技术和仪器精度比较容易满足。对于该标段来说，独头开挖最长达9 km，如果在区段起点处存在有1 s的角度误差，会在贯通面造成0.044 m的贯通中误差，因此只对横向贯通误差进行精度估算，以此来确定洞内外控制测量方案和注意事项。

2 贯通误差的研究

该标段的3段施工长度不一致，14号～13号区间无论从单向开挖8 725 m，还是从双向开挖11 242 m来看，在3个施工区段内均属最长，因此只对14号～13号洞段区间进行精度估算。

2.1 估算依据

估算依据SL 52-93及TB10101-99《新建铁路工程测量规范》。拟使用仪器的精度：徕卡TC2003全站仪，测角精度0.5″，测距精度1+1 ppm；徕卡DNA03电子水准仪，精度0.3″。

取合同文件极限贯通误差的1/2作为贯通中误差的控制指标，贯通中误差分配值见表1。

2.2 横向贯通测量精度估算

一般对于长大隧道洞内控制测量采用导线闭合环，可认为是两组测量，规范TB10101—99中的估算公式更为保守一点，因此在这里采用其中的公式：

2.2.1 洞外平面控制测量精度估算

精度估算时，导线点位置从1∶80 000地形图上选取，测角中误差m按±1.0＂，边长相对精度1/100 000。

表1 贯通中误差分配表mm

1）测角误差影响值

2）测距误差引起的贯通精度影响值：

3）洞外总影响值：

2.2.2 洞内平面控制测量精度估算

精度估算时，支洞内导线平均边长按300 m，主洞内导线平均边长按600 m计算，边长相对精度1/100 000，贯通面里程按K51+965计算：

2.2.3 平面控制总影响值

通过对横向贯通误差的估算，结合洞内现场施测条件和水利工程规范要求，确定采用二等平面控制测量，能够在规定限差要求下实现高精度贯通。

3 控制测量实施方案

3.1 洞外平面测量控制

2）博物馆发挥文化宣传的领头羊作用。博物馆掌握着非物质文化遗产的大部分资源，对该专业领域的知识占据先导地位。博物馆对非物质文化遗产的保护起到引领作用主要体现在三个方面：（1）通过自身对非物质文化遗产的理解和掌握，向公众起到传播和宣传的作用；（2）通过提出非物质文化遗产的保护性意见和举措，将保护意识深入人心；（3）身体力行地参与非物质文化遗产的保护和发掘中来，定期举办各类宣传活动，强化自身引导者的地位。

每个支洞口都布设了3～4个GPS控制标桩，位置比较合理，便于观测。根据隧道长度和技术方案以及《全球定位（GPS）系统测量规范》，尽可能提高GPS测量的精度。使用天宝4600LSⅡ单频机测量，标称精度5+1 ppm，技术指标满足控制测量的精度要求。内业计算采用GPS基线网平差软件进行计算。

3.2 洞内平面测量控制

由贯通误差估算可知，洞内控制测量的横向测量精度受洞内测角精度的影响最大。测角中误差按0.7″估算精度时，总的横向贯通中误差就达到72.6 mm，虽然满足SL52-93的要求，但前提是洞内导线边长必须平均达到800 m，要满足此项指标还是有相当困难的。因此，在进行洞内外控制测量时严格按如下施测方案及操作规程施工：

3.2.1 控制桩点的设置

洞内平面控制导线布设成等边闭合导线网，如图1所示。支洞导线边长不小于300 m，主洞边长不小于600 m。两组导线分别设置在洞室中线的两侧，且高出施工排水水面，便于测量使用。

3.2.2 控制测量要求

1）采用徕卡TC2003全站仪及配套设备。

2）每个导线环角度个数不大于6个，角度测回数12～15个。距离按往返观测，各测两测回，每测回读数4次。

3）在各洞口增设精密导线点，将其纳入GPS网中进行测量并进行整体平差，对缩小隧道贯通误差极为有利。

图1 14号-13号导线闭合环布置示意图

4）支洞洞身和主洞相交过渡部分，受现场通视条件的制约，导线边长不足150 m，因此两端导线点增设强制观测墩，采用强制对中方式，以减少仪器对中误差的影响，并进行不少于3次的重复测量，当测值都在误差允许范围内时取各次测量结果的平均值。

5）在每次向前延伸测量时，对已测的前3个主副导线点进行复核，确保不出现粗差及因点位移动造成的错误。

6）洞内外联测工作选在阴天或夜晚进行，测量时，尽量减少施工干扰，保证足够的通风和照明条件，并注意因通风而引起的折光影响。

7）导线点间视线距离隧道内建筑物以及各种施工机械最短距离不小于0.3 m，以减小旁折光的影响。

3.2.3 数据处理

采用南方平差易对整个闭合导线网进行严密平差计算，并进行精度评定。在外业测量时，随时测定温度和气压，现场输入全站仪进行气象改正，仪器的加、乘常数也同时自动加以改正。内业计算时，各观测边长均投影到隧道平均高程面上（211.9 m）。

3.3 高程测量控制

3.3.1 施测等级的确定

隧道贯通面上的高程贯通误差由洞内、洞外两部分组成。洞外路线平坦，测量要求比较容易满足。按合同文件要求规定，高程总贯通误差为100 mm，洞内分配值为80 mm。由于14号～13号两开挖支洞口间的长度为11.242 km，则在洞内施测过程中，每公里高程偶然中误差应满足下式：

式中：mh为竖向贯通中误差，取80 mm；M△为每公里高程测量高差中数的偶然中误差，mm；L为水准路线长度，km，因考虑往返测量，故路线距离按增加一倍计算。

则偶然中误差M△=16.87 mm＞10 mm（5等水准偶然中误差），可见，洞内高程控制测量按5等水准要求即可满足高程贯通中误差影响值80 mm的要求。但是，由于支洞坡度较大，特别是13号支洞设计为17%的下坡，支洞口与主洞洞身高差达到了200 m，在实际控制过程中增加了较大的测量难度，为保证高精度贯通，确定洞内高程按二等精密水准要求施测，即M△=+1 mm。

3.3.2 控制测量要求

1）使用测量仪器为徕卡DNA03电子水准仪，精度0.3″。

2）外业测量时，2次观测高差较差超限时应重测。将重测结果与原测结果分别比较，其较差均不超过限值时，应取3次结果的平均数。

3）按最小二乘法原理，采用条件观测平差或间接观测平差，并计算每千米高差全中误差。

4）内业计算最后成果的取值，精确至0.1 mm。

4 结 语

通过控制测量措施和方案的有效实施，实现了长大TBM施工隧洞的高精度贯通：2005年12月26日第一掘进段顺利贯通，单向开挖7 815 m，相向开挖10 325 m，其贯通误差横向55 mm、纵向33 mm、竖向16 mm；2007年8月31日第二掘进段实现了顺利贯通，单向开挖8 725 m，相向开挖11 242 m，其横向误差26 mm、纵向误差58 mm、竖向误差11 mm。

随着社会和科学技术的进步，国内TBM设备制造工艺的日趋成熟和完善，利用TBM进行长大山岭隧道的开挖施工将会越来越广泛。大伙房TBM2标输水隧洞高精度顺利贯通，为我国以后做好长大隧洞控制测量方面积累了经验，同时也为修改和补充水利规范提供了可靠依据。

［1］马岚，等.大伙房水库输水工程特长水工隧洞修建技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2013.

［2］陈卫国.浅析隧道工程的控制测量及贯通测量技术［J］.建筑学研究前沿，2012（11）.

［3］尚小琦，等.隧道工程控制测量主要方法与误差分析［J］.测绘技术装备，2008（4）：12—15.

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2016-10-24