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1、瓮潭电站大王山输水隧洞施工控制技术设计书设计单位：桂林工学院测量队主要设计人：张腾旭指导老师： 朱军桃 副教授. 瓮潭电站大王山输水隧洞施工控制一、项目名称：翁潭电站大王山输水隧洞施工控制网二、施工目的：本次安排课程设计，是为了培养高年纪学生综合运用所学知识解决实际工程能力2.1 地理概况： 本工程位于广东河源市连平县大湖镇内，为瓮潭水电站的引水隧道。连平县地处广东省北部，位于北纬24度06至2436，东经11414至11456之间。县境东西长72.4公里，南北宽55.公里。东与和平县接壤，南与河源市郊区、新丰县相连，西与翁源县毗邻，北与江西省的龙南、全南县交界。距离广州市 217 公里、河源
2、市107公里、深圳市 278 公里、赣州市263公里。全县总面积2365平方公里，是105国道入粤第一县。三、 工程概况： 该工程水源引自罗家水库，水库坝址位于罗家村下游约1.4公里，设计为混凝土重力坝，最大坝高95米。水流从大王山输水隧洞至瓮潭村西南1公里的山坡出口后，用两条压力钢管引至电站水轮机蜗壳发电，发电后尾水经明渠经瓮潭村排入义江。2.3 测区交通等情况： 该工程所在地区山地毗连，山高坡陡；居民点距离工程所在地比较远；进水口处没有公路相连，适宜在罗家村处用船抵达，出口处位于大王山东半山腰，可从瓮潭村沿西南方向上山，交通较不便。四、作业依据、已有资料分析情况：3.1 作业依据(1) 新
3、建铁路工程测量规范TB (10101-99)(2) 水利水电工程测量规范 （SL197-97）(3) 水利水电工程施工测量规范 （SL52-93）(4) 工程测量规范 GB50026-93(5) 测绘产品检查验收规定：CH1002-953.1 已有资料分析情况水库坝顶高程 400.00米水库正常高水位 390.00米输水隧洞进口地面高程 375.00米输水隧洞出口地面高程 365.00米输水隧洞全长 1900.00米输水隧洞断面尺寸 宽2米，高2.5米压力钢管直径 =1.50米水电站厂房地坪标高 223.00米水电站水轮机蜗壳高程 220.00米最大流速 4米/秒最大水头 145.00米发电能
4、力 14000千瓦五、 工程施工方法本隧洞施工采用全断面开挖法，自两端洞口相向开挖，贯通面设计在距进口1100米。六、地面控制网布设方案及主要特征地面设计为边角网（见下图），采用独立网形式，不与国家网相连接，采用假定水准面投影，减少投影误差，为了保证他们之间的相互的有机联系，分别位于坝址和厂房附近个布设一个控制点。保证他们纳入同一控制网中，此类点只作坝址去和厂区和厂房另建施工控制的起算点之用，控制网主要特征值如下：三角形个数12基线边数7最大边长616.8233最短边长318.1608平均边长424.1060最大角95最小角39七、地面网误差对横向贯通误差的影响值的计算对地面网误差对横向贯通误
5、差的影响值可用导线替代发计算，假设一天A-B-C-D-E-F-G-H,的导线，测间隔边AB、BC、CD、EF、FG、GH。基线数据如下表：基线边等级长度(m)边长精度仪器测回数边长在贯通面上的投影长度（m）AB四等394.04381/500006220.3904BC四等396.97271/500006341.4128CD四等389.98421/500006277.8241DE四等483.22141/500006312.2316EF四等396.97821/500006287.6964FG四等390.93101/500006330.2393GH四等447.2523 1/50000 6213.435
6、7Ra=1095.2903,Rb=768.8140,Rc=566.0412,Rd=292.2964,Re=83.8986,Rf=189.4862,Rg=403.2925,Gh=795.1487,Ri=863.0833My=（1）控制网平均边长为424.1060m,对应等级为四级，测角中误差为2.5,带入公式（1），求得My=2.5/206265=23.56mmMy= (2)各导线边对应的为1/50000，将各导线边的边长精度带入公式（2），求得My= 1/50000=15.9mm故地面网误差对横向贯通误差的影响值为:Mq地面=28.42mm八、地下导线布设方案及精度估计洞内施工采用导线法施工，
7、其控制网形式采用等边直伸导线。进口只贯通面分两级布设，分别为边长50m的施工导线和边长为150米的基本导线。对于等边直伸地下导线来说，导线的测角误差引起横向误差，而量边误差与横向误差无关，所以进口、出口至贯通面的地下导线引起的横向贯通误差公式由Mq=得到，由于是相向开挖则要考虑两边的导线误差的影响。1、 若只布设施工导线时： 在进洞口边布设施工导线 s=50米 S=1100m n=22 Mb=2.5则Mq =37.3mm在进出口边布设施工导线 s=50米 S=800m n=16 Mb=2.5则Mq=23.4mm由地面Mq地面22.72mm 则Mq=52.4mm则刚好满足精度，易分级布设导线综上
8、所述还需布设基本导线在进洞口边布设施工导线 s=150米 S=1100m n=8 Mb=2.5则Mq =25.88mm在进出口边布设施工导线 s=50米 S=800m n=16 Mb=2.5则Mq=17.15mm由地面Mq地面28.4mm 则Mq=42.0mm九、横向贯通预期总误差估算 因Mq地面28.42mm Mq =25.88mm Mq=17.15mm 则隧道横向贯通预期总误差为Mq=42.0mm十、地面网地下网观测主要技术要求 地面观测网采用全圆观测法观测2测发测角1、地面网等级平均边长 S均（米）测角中误差起始边边长相对中误差最弱边边长相对中误差测回数二等8001.01/23万1/13
9、万:9三等6001.81/13万1/7万:4 :9四等4002.51/7万1/4万:2 :6五等2005.01/4万1/2万:3电磁波测边要求等级最小边长边长精度测回数三等600米1/8万2四等400米1/5万2五等200米1/3万22、 地下导导线网由于地下观测条件环境特殊需，观测条件较特殊，首先导线点得布设在施工干扰小的地方，通视良好且安全稳固的地段，两点间距离与建筑物距离应大于0.2米，角度观测时尽量减少对中和偏心误差，测距是要防止水汽的影响，尤其防止镜头上的雾水影响。十一、有关说明对于山岭隧道来说，纵向误差只要不大于定测中线的误差，能够满足要求即可，对于横向贯通误差，按水利水电工程施工
10、测量规范根据两开挖口间的长度确定（见表一）贯通误差分配值表一相向开挖长度/km误差名称洞外测量洞内测量全部贯通测量1-4横向/mm3040501-4纵向/mm6080100由此可见，瓮潭电站输水隧洞长不足4公里，可用表一中小于4公里的横向贯通中误差，即横向贯通中误差为40mm；纵向贯通中误差30mm；全部贯通误差为50mm。一般而言，纵向误差较易达到，竖向误差在两洞口的水准联测情况下也不难达到。而横向误差如果超过了限差，就会引起隧道中线几何形状的改变，设计洞内建筑物侵入规定限界而使已衬砌部分拆除重建，给工程造成损失。6.1.2边角网测量误差对横向贯通精度影响的近似估算在隧道的地面三角测量中采用
11、三角锁，因此主要讨论三角锁测量误差所引起的横向贯通误差的近似估算。将三角锁的边看作导线边，选择最靠近隧道中线的一条线路，将其作为导线，用式一、式二估算对横向贯通的影响值。式中m取先验的测角中误差，取最弱边的相对种误差。地面导线测量误差引起的横向贯通误差m= = 公一为地面导线的测角中误差，以秒计；为导线边长的相对中误差；为各导线点至贯通面的垂直距离的平方和；为各导线便在贯通面上投影上读平方的总和；m 、m为洞口两端起始边方向角误差；、为洞口两端点至贯通面的垂直距离。=206265/()洞内导线测量误差引起的横向贯通误差m= = 公二式中各符号的含义同上导线测量误差引起的横向贯通误差m= 公三上
12、式即为导线测量误差对横向贯通误差的影响值德近似公式。 它是按直导线推导的。对于等边直伸得地下导线来说，导线的测角误差引起横向误差，而量边误差与横向误差无关。因地下导线一般为支导线，由测角引起的横向贯通误差可表示为：m= 公四式中：以米为单位，为导线边长（单位为米），为导线的边数。控制网等级规格等级平均边长 S均（米）测角中误差起始边边长相对中误差最弱边边长相对中误差测回数二等8001.01/23万1/13万:9三等6001.81/13万1/7万:4 :9四等4002.51/7万1/4万:2 :6五等2005.01/4万1/2万:3对于起算边使用全站仪进行布设和控制。电磁波测边要求等级最小边长边
13、长精度测回数三等600米1/8万2四等400米1/5万2五等200米1/3万2因地面控制网以四等等级进行布设，起始边中误差要求达到1/7万，故全站仪测边需达到三等等级。现以偏于安全的角度带入估算数据=2.5；=1/4万；=463940；=75650；m=2.5 、m=2.5；=1115；=836。6.布网方案设计6.1 坐标系选取为施工坐标使用及考虑到在被测区没有起算点坐标，故需建立独立坐标系。根据长度归算至参考椭球面和投影至高斯平面改正公式，得长度的相对误差公式： =- 公四其中为测区平均曲率半径；为测区平均大地高；为测区中心至中央子午线的垂距；为长度的相对误差。采用中央子午线设在测区中央，
14、高程归化面选用测区得平均高程面这种方法建立独立坐标系，既可以使测区得高程归化改正和测区得中央地区的投影变形几乎为零，又可保证在离中央子午线45Km以内的地区内长度投影变形的相对误差不大于1/40000（工程测量规范中规定测区内长度变形值不得大于2.5cm/Km）。这种独立坐标系的控制范围东西跨度为90Km。为保证施工顺利进行，在施工过程中地面实际测量的资料应与控制测量的成果反算得资料一致，根据水利水电施工测量规范要求，施工控制网的边长赢投影到隧洞的平均高程面上。本次采用中央子午线设在测区中央，高程归化面选用测区得平均高程面。瓮潭水电站的引水隧道所在经度为L=11430，纬度为2320，测区内平
15、均高程为370米。6.2 网形设计 隧道导线控制点点位设置原则：(1)控制点的布设至少应该前后两点互相通视，周围没有高大树木阻挡视线；(2)为了使控制碘的坐标与隧道设计坐标取得统一，便于计算施工放样数据，在直线隧道的中心线上，均应布设两个控制点；(3)两端进洞出至少布设一个主点和两个副点，主点与两个副点之间相互通视。(4)进洞口三点尽量等距，等高布设，以减弱观测调焦和垂线偏差对进洞口连接角的影响。选点困难时，每端三个点构成的三角形最短边不得少于500米，最大不得大于1200米。隧洞每端得三个点中，每点离洞口的最大距离不得超过1.5Km.(5)观测墩标浇筑埋设在基岩上，以便保持长久稳定牢固。(6
16、)预埋强制对中基座，利于消除对中误差。6.3 仪器设备(1)全站仪2台，测角精度为2，测距标称精度2mm+2mmD，最大侧程4.0Km；(2)全球定位系统3台，型号为timble5700。6.4 作业要求(1)为了安全，要离开公路、铁路、高压线等危险源；(2)直接观测的距离应该投影到测区得平均高程面上；(3)为了把观测方向值归算到标石中心的方向值，需要将观测方向值加上测站点归心改正和照准点归心改正。(4)必要时可进行三差改正；(5)视线应高出或旁离障碍物1.5米；(6)点位应该建立在地基稳定且能长期保存的地方；(7)尽可能埋建牢固的测量标志，以便于能长期保存；(8)控制点如要长期使用应具有强制
17、对中装置；(9)浇筑的观测墩应在15天之后才能使用。6.5 观测注意事项6.5.1 测角观测应遵守下列规定：(1)观测应在成像清晰、稳定的条件下进行。晴天的日出、日落和中午前后，如果成像模糊或跳动剧烈，不应进行观测；(2)观测前应凉置仪器30分钟，让仪器温度与外界温度基本一致后才能开始观测。观测过程中仪器不得受日光直接照射；(3)仪器照准部旋转时，应平稳匀速；制动螺旋不宜拧得过紧；微动螺旋应尽量使用中间部位。精确照目标时，微动螺旋最后应为旋进方向。(4)观测过程中，仪器气泡中心偏离值不得超过一格。当偏移值接近限值时，应在测回之间重新整置仪器。(5)观测必须按规范要求进行，观测成果应做到记录真实
18、,字迹工整，注记明确，观测要求及各项限差均应符合规范规定。(6)观测完后，应立即检查记录，计算各项观测误差是否在限差范围内，确认全部符合规定限差方可离去，以免造成不必要的返工与重测。(7)用电子手簿记录时，软件必须是经过鉴定且经批准方能使用的。6.5.2测距注意事项：(1)测线宜高出地面和离开障碍物1.3m以上，以减小折光影响。(2)测线避免通过发热体（如散热塔、烟窗等）和较宽水面上空。(3)测站应避开受电、磁场干扰的地方，应离开高压线5m以外。(4)测距时避免背景部分有反光物体。(5)在大气稳定和成像清晰的条件下观测，雾、雨、雪天气不宜观测。(6)避免爆晒、淋湿仪器，严禁照准头对向太阳。(7
19、)测站、镜站不准离人；手机、对讲机应远离测线使用。(8)同时测量干湿温度、气压。(9)仪器高和棱镜高的量取位置一定要正确。仪器高是标面至测距仪示高点的高度；棱镜高是标面与棱镜中心（镜框上有标志线）的高度，不是测垂直角（或天顶距）照准的觇牌标志线的高度。6.5.3 全站仪使用应注意的事项：(1)测量前要对仪器按要求进行检定、校准；出发前要检查仪器电池的电量；(2)必须使用与仪器配套的反射棱镜测距；(3)在等级控制测量中，不能使用气象、倾斜、常数的自动改正功能，应把这些功能关闭，而在测量数据中人工逐项改正；(5)测量前要检查仪器参数和状态设置，如角度、距离、气压、温度的单位，最小显示、测距模式、棱
20、镜常数、水平角和垂直角形式、双轴改正等。可提前设置好仪器，在测量过程中不再改动；(6)手工记录以便检核各项限差，内存记录用作对照检查。附表：方案比较（下面以边角网与GPS网比较）一、 地面网布设方案及主要特征采用GPS控制网，其网型如图所示：GPS网等级 E级布设控制点数量 9个（其中2个作为厂房控制）施测方式 边连式观测期数 1+（9-3）/（3-2）=7总基线数 21二、 地面网误差对横向贯通影响值的计算1、 GPS控制网各级基线精度指标级别固定误差a（mm）比例误差系数平均距离（km）AA30.011000A50.1300B5170C1051015D1010510E10200.252、
21、本次GPS网型中相关数值RL1=1109.34m RL5=811.18m边号：S(m)Dy(m)L1-L2417.5934.81L1-L3334.99334.27L1-L4321.45308.14L5-L6450.98313.96L5-L7410.14245.73由此可以知道，基线L1-L3、L5-L6两条边是两个进洞点的最弱边，如果这两条边对隧洞贯通面的影响值合格，所有的基线肯定合格。3、基线L1-L3、L5-L6对贯通面影响值计算由GPS控制网相邻点间基线长度精度计算公式：得Mp点则地面网贯通误差Mp上=26.64mm30mm三、 地下导线布设方案及精度估算因为地下控制部分应用等边直伸导线
22、布设，故用下列公式估算精度：公式中n为等边直伸导线的边数，s为边长在进洞口边布基本导线s=200米 S=1100米 n=6 Mb=2.5则：Mq进=23.00mm在出洞口边布基本导线s=200米 S=800米 n=4 Mb=2.5则：Mq出=13.13mm则地下导线对隧洞贯通误差为由此可以看出基本导线可以满足精度要求，不再需要布设主要导线。四、 横向贯通语气总误差估算因为隧洞开挖横向贯通中误差允许值不得大于50mm通过计算因此，所布设控制网符合施工要求。五、 方案比较1、两种方案都包括地面网和地下网两部分，洞内施工采用导线施工，其控制网形成主要为等边直伸支导线。进口至贯通面分两级布设，分别为边长50米的施工导线和边长200米的基本导线。其区别在于地面上采用GPS网和边角网。2、通过两种方案的比较可以看出：两种方案精度相差不大，但是，GPS网在网点的布设上无需考虑点间的通视，大大提高网型的灵活性；而边角网余姚到相邻点通视，布设的点数多，余姚从进口一直联系布设到出口；GPS网具备全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，常规边角网使用全站仪也具备功能全面、高精度的特点。但是由于边角网中存在累积误差，精度比不上GPS网高。所以推荐使用GPS网。
