豎井開挖施工測量技術(shù)

1、豎井開挖施工測量技術(shù)摘要：豎井開挖施工對測量而言，重要的工作有控制測量、反井鉆機垂直度控 制、過程測量控制、激光指向儀安裝、日常開挖施工放樣、貫通測量、資料整理等。 本文以響水澗抽水蓄能電站施工測量為背景，探討豎井控制測量、日常開挖測量放 樣、開挖竣工形體測量、滿足規(guī)范精度等問題。關(guān)鍵詞：豎井開挖、垂直度控制、激光指向儀安裝、放樣、精度1、概述安徽 響水澗抽水蓄能電站 位于安徽省蕪湖市三山區(qū)峨橋鎮(zhèn)境內(nèi)，距繁昌縣城 約25，距蕪湖市約45。電站裝機容量為1000( 4X250 ),為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，電站由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、開關(guān)站和下水庫等建筑 物組成， 安裝四臺可逆式水泵水輪

2、發(fā)電機組，電站屬大(2)型二等工程。響水澗抽水蓄能電站引水豎井洞中心間距為24m ，洞徑為 7.4m ，弓冰豎井中心線分別與引水上平洞、引水下平洞中心線交點間的高度作為引水豎井的高 度，1#、2#、3#、4# 豎井分別為： 220.62m、219.5m 、218.38m、217.26m 。四條引水下平洞中心線在同一平面高程-51.05m。施工局主要承擔地下 廠房及輸水系統(tǒng)，輸水系統(tǒng)主要有引水上平洞、引水豎井、 引水下平洞、尾水洞等工程的施工。2 、利用資料及測量設備(1 )地下廠房、引水豎井及上、下平洞，尾水洞施工開挖、支護圖 。(2)華東測繪有限公司提供 、監(jiān)理公司審核的n等控制復測成果(電

3、 站獨立坐標系、1956年黃海高程系)；施工局完成的加密控制成果。(3 )測量設備：采用702( 2 級)全站儀，激光指向儀等輔助設備。3 、控制測量根據(jù)規(guī)范要求，本次洞內(nèi)控制應滿足四等導線精度要求。平面控制網(wǎng)相對于同 級起始點的中誤差小于 土 10。3.1控制技術(shù)指標埋點：控制點沿形成開挖洞室布置，采用24長50鋼筋深埋基巖。儀器：702(2級)及配套附件。技術(shù)要求：水平角左右角各三測回，邊長往返觀測各二測回，垂直角往返各三測回。達到精度指標：按左右角閉合差計算的測角中誤差為1.5 ；對向觀測平均值測距中誤差為1.4 ，平均邊長相對中誤差為 1/64000。計算平距用垂直角經(jīng)過兩差改正，觀測

4、邊經(jīng)氣象、加、乘常數(shù)改正，改正后觀 測邊投影至測區(qū)選定高程面118.3m。3.2豎井控制形成根據(jù)規(guī)范和實際情況以滿足開挖精度要求為前提，導線控制等級選定為四等。施工局承擔的引水上平洞 K0+15 以后的和水電五局承擔的 K0+15 以前的 開挖工作均已完成，經(jīng)過協(xié)商兩方同時進行控制點的復核測量。引水上平洞的控制 點從n等控制網(wǎng)引測，經(jīng)1#施工支洞引進至1#4#引水上平洞4、6兩點。 引水下平洞的控制點從n等控制網(wǎng)、交通洞、2#施工支洞、4#施工支洞、引水下平洞、尾水洞組成一個貫通控制網(wǎng)。經(jīng)兩方測量平差后的結(jié)果對比，均滿足規(guī)范要求，控制點精度在允許的誤差以 內(nèi)。為保證四條豎井開挖精度，4、6兩點

5、作為今后豎井施工控制基準點。需要明確的是洞內(nèi)貫通成果應用到開挖甚至豎井施工結(jié)束，控制點位穩(wěn)定、可靠非常重 要，另外精度必須滿足規(guī)范貫通要求。上平洞引測豎井控制點與下平洞引測控制點 精度上要求匹配，事實上形成豎井系統(tǒng)洞外貫通測量。4 、引水豎井施工放樣220米 的引水豎井施工我局是首次。施工特點是開挖難度大，安全隱患大， 導洞的施工尤其困難。要確保引水豎井的開挖貫通，測量應服務好各階段的施工， 測量控制精度是引水豎井順利貫通的關(guān)鍵工序之一。施工局根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用反井鉆機進行導洞施工。 長沙產(chǎn)2000型反井鉆 機參數(shù)：鉆機導孔直徑為 250、擴孔直徑為1500 、鉆井偏斜率小于等于 1%、 鉆

6、井角度60 0 90 0。項目部在引水豎井施工中，采用的施工鉆機角度控制為900。反井鉆機先是自上向下鉆出直徑為250的導孔，再自下向上擴孔，擴孔直徑1500。4.1反井鉆機的垂直度控制反井鉆機自身沒有控制角度設備，如何對反井鉆機的垂直度進行控制就成為測 量的一大難題。經(jīng)過對機器的觀察，廠家專業(yè)人員的介紹，鉆機的鉆桿控制是由左、 右機架來承擔的，機架的角度控制就是鉆桿的角度控制，機架的控制槽和外部在機 床加工過程中嚴格控制平行度和平整度，設計時就考慮在機架外部用測量工具來控 制機器的垂直度，在機架上用測量儀器控制鉆機的垂直度。反井鉆機需要平臺來安置機器，在澆筑好的砼平臺上放出豎井的中心點，鉆機

7、 就位時鉆桿的中心對準豎井中心點，對鉆機進行粗調(diào)，使機架基本垂直，粗調(diào)后看 鉆桿中心是否在豎井中心點上，如在豎井中心點就可以對機器基座和車架固定，女口 沒有對準豎井中心點就需要對整臺機器平移，使鉆桿中心和豎井中心點對準，然后 固定基座和車架。4.2垂直度控制的實施機架為一長方體立柱，首先用測量儀器觀測機架使其調(diào)整為垂直，然后在機架 一側(cè)面上做兩點來控制機器的垂直度，這兩點必須在一鉛垂線上。因反井鉆機在放 置時為了各方操作的方便，鉆機車架軸線和引水上平洞軸線垂直的方向放置鉆機。 機架上的點做在機架側(cè)面，這樣只能控制機器（垂直度）左、右方向，前后方向如從新在前機架面上再做兩點來控制機器的前后方向，

8、這樣操作麻煩，并且前機架 面上的點也沒有辦法用儀器觀測，因此還是通過機架側(cè)面上點、來觀測機架側(cè)面到 控制點距離來控制。以后觀測就只需對一側(cè)面的兩個點觀測就可以控制機器鉆桿的 垂直度。點做好之后量取兩點間的距離為2.2米（此距離在做點時可以自行控制），用全站儀對鉆機進行控制，在控制前首先要對精度要求進行計算，豎井高度是 已知的，但實際要鉆進的深度是小于豎井中心線和引水上平洞及引水下平洞中心線 交點間的距離。沒有對其實際鉆進高度測量，用中心線交點間的距離計算，此距離 大于鉆機所要鉆進豎井的深度，同等條件下，對鉆機的垂直度也就要求要高一點。反井鉆機的偏斜率小于等于 1% ，以1#豎井為例，鉆機在1#

9、豎井中的最 大偏斜值為2.21m ，擴孔的半徑為0.75m ，因此反井鉆機自身所需豎井最小半 徑為2.96m 。以上情況要求測量控制絕對準確，但是四條豎井的設計直徑7.4m，下彎段最小直徑 6.4m ，那么對測量控制有了較大的空間。在測量控制上要求 機架上兩點間的偏差值控制在 2以內(nèi)?？梢杂嬎愠?，當兩點間的偏差為2時，220m 處的位移為2。如果幾種偏差值正好重合在同一方向，疊加起來為2.98m ，在豎井開挖中導洞只要在豎井設計開挖邊線以內(nèi)就是合格的。因此理論上滿足要求，其它巖石因素，人為操作因素等是所不能控制的。測控時先從引水上平洞附近的控制點引測一控制點到引水上平洞，弓I測的點盡 量正對反

10、井鉆機上控制點面，方便測量，此點還需作為固定點，以后對機器的定期 檢查用同一點就減少在引點時產(chǎn)生的誤差，測控中因機架是一光滑面，采用全站儀 自身的激光無棱鏡測量，通過望遠鏡中的十字絲對準機架上的控制點，測出點的坐 標，進行調(diào)整。測量靠近基座的點，在測量靠近機架頂部的點，計算出差值。以靠 近基座的點作為基準調(diào)整機架，如此重復操作，直到兩點的坐標差值在允許的范圍 內(nèi)，最后在測出兩點的坐標并做記錄存檔。因為在粗調(diào)時已經(jīng)使鉆桿中心和豎井中 心對準，機架調(diào)整后會有偏差，但此時的偏差很小，對整體施工并沒有影響，如需 知道準確的差值，機架上點與鉆桿中心的距離在做點時已經(jīng)測量出的，可以計算出 鉆桿中心實際的坐

11、標。4.3過程測量控制鉆進1m左右需對鉆機的垂直度進行檢測，隨著鉆進深度的增大，檢測的距離間距也隨之曾大。達到30m 以后就無需對鉆機進行檢測，因為其鉆桿的長度過長，在巖石等作用下發(fā)生彎曲變形是測量所不能控制的。在1#豎井導洞打通后對其鉆桿的偏斜值進行測量，并記錄存檔。1#豎井偏斜值超出了豎井設計半徑的范圍，經(jīng)調(diào)查確定因反井鉆機首次使用，操作技術(shù)人員對機器操作還不夠熟練和巖石的問 題所造成。同時也說明一個問題反井鉆機自身的偏斜率和其它偏斜率重合，可以初 步確定反井鉆機自身的偏斜方向。 在2#豎井中反井鉆機的控制時， 對鉆機的偏斜 度進行了人為地控制，在 2的坐標差值范圍內(nèi)，使鉆桿方向和1#豎井

12、下口鉆桿的方向相反，也就是控制的偏斜方向和鉆機自身偏斜方向相反，結(jié)果顯著。經(jīng)過各 方人員的密貼配合，操作逐步的熟練，3# 、4#井的偏斜值明顯減小。下面是四條豎井開鉆時上口鉆桿中心和打通后下口鉆桿中心坐標值表。名稱占八、名實測偏心距實測樁號實測高程設計偏心距偏心差(m )設計樁號樁號偏差(m )上0.00534.96166.220.000.00535.00-0.0401#豎口0000井下0.13438.41-46.170.000.13435.003.412口2300上49.01165.160.0049.002#0.0030.0030.010口0000豎井下0.25650.90-46.200.0

13、00.25649.001.903口3700上-0.0062.99163.770.00-0.00263.00-0.0063#豎口24900井下0.73064.44-46.050.000.73063.001.440口0900上0.00676.99162.260.000.00677.00-0.0034#豎口7800井下-0.6377.98-46.080.00-0.63777.000.986口761004.4擴挖測量反井鉆機形成的導洞為 1500 ，然后是人工擴挖，人工擴挖分兩次進行，第一次人工擴挖是把洞徑放大到 3.5M 左右，此次擴挖不需要測量放樣，也不能以導 洞為中心向四周擴挖，但如果導洞的偏斜

14、率較大，以導洞為中心擴挖，導洞偏向面 可能會超出設計開挖邊線。特別需要讓現(xiàn)場施工人員明確導洞偏斜值，在鉆孔時可 以自行調(diào)整，保證開挖在設計邊線以內(nèi)。第二次人工擴挖（即成型擴挖），成型擴挖需要準確的測量放樣，在豎井開挖 中運用全站儀放樣是非常困難的，采用全站儀配合激光指向儀對豎井放樣，這種方 法相對其他方法明顯的提高了安全系數(shù)、縮短了放樣時間、提高了放樣精度并且操 作簡單。在豎井開挖深度為25m 以前用全站儀及垂球放樣，超過就需要安裝激光指向儀，之所以選擇25m 的高度以后安裝，是因 25m 以后運用垂球比較困難，25m以后安裝可以保證激光指向儀和標靶距離掌子面有一定的距離，放炮時不被飛石破壞標

15、靶。4.5激光指向儀的安裝 在近井點處引一點架設全站儀， 此點必須保證能夠通視 a、b、c三處, 全站儀架設在此點上分別放出 a、b、c三處的坐標，a點Y值為0 , X 值為已算出的里程樁號（注：此點和設計邊線有一定距離，也不能太靠近中心，防止激光被吊籃擋住，距離要保證激光完全能照射到掌子面也要方便施工，根據(jù)實際 施工需要距離設計開挖邊線 25 30）， b、c兩點X值為豎井中心里程樁 號，Y值和a點的X值一樣需要計算距離設計開挖邊線的距離。 在a、b、 c三處已插好的錨桿上焊接制作好的激光指向儀固定件，固 定件的中心必須在豎井軸線上， 偏差值為土 1，此值可根據(jù)固定件中激光指向儀的 平移空間

16、確定。激光指向儀固定件要有一定的抗震性，還要有保護激光指向儀的裝置，防止放炮時的震動或飛石改變激光指向儀的位置方向。（注：錨桿最好采用 32的鋼筋深埋基巖，保證足夠的穩(wěn)定度，最好用三根錨桿圍繞預設的安裝點以三 角形埋設，最少需要兩根并排埋設）。 安裝標靶1 ,以c激光指向儀的標靶安裝為例，標靶 1焊接在預先埋設 好的錨桿上，標靶1的中心基本在激光指向儀固定件的中心線方向，標靶 1距離 激光指向儀固定件的距離為 20 25，距離過小測定照射孔點時棱鏡則無法放置，距離過大就失去了對激光指向儀的保護作用。標靶用鐵板做成15 20四方形為宜。 測定出激光指向儀固定件中心的坐標，在標靶1上放出激光照射孔

17、點坐標A1 （ ）， X為豎井中心樁號，Y為激光指向儀固定件中心實測偏距，H為標靶1實測高程。對標靶 1上A1點鉆孔、孔的直徑應在 0.3 0.6以內(nèi)， 過小通過照射孔的光太少，過大精度難以保證，測出鉆孔后激光照射孔的實際坐標 A1 （）并記錄數(shù)據(jù)。測出標靶 2 上 A2點，A2的X和Y值同標靶1上 A1點的X和Y值相同，在激光指向儀固定件上安裝好激光指向儀，通過對激光 指向儀的調(diào)節(jié)使激光通過標靶 1上A1孔照射到A2點，使激光的中心對準 A2 點，然后在 A2點上鉆孔使激光通過標靶 2照射到掌子面。用同方法完成另兩只 安裝。 激光指向儀安裝已經(jīng)完成，需要檢查激光是否合格，根據(jù)圖形可以看出對每

18、條豎井安裝三只激光指向儀，并且都在軸線上，b、c在Y軸上，a在X軸,它們構(gòu)成了一個三角形， b、c的坐標已知，可以計算出b、c兩點間的距離， 也可算出b、c分別到豎井中心的距離，這樣在放樣時就可以找到豎井的中心點，a點主要起到一個檢測的效果， 因為它們夠成一個三角形，三點坐標又已知，可以 求出三邊的長度，利用三角形的穩(wěn)定性，每次放樣前先量取三邊的長度以確定三點 的位置是否出現(xiàn)位移現(xiàn)象。 激光指向儀的標靶每隔一個星期檢查一次，在平時的放樣中只需對掌子面上 的激光點組成的三角形以量取三邊的方式檢查。 精度的要求 根據(jù)水利水電工程施工測量規(guī)范要求：土石方開挖平面位置限差和高程限差均為土 50。根據(jù)現(xiàn)場實際情況和儀器的傾角極限，確定