全站儀收斂觀測(cè)在溪洛渡水電站地下洞室施工中的應(yīng)用

1、<p>　　全站儀收斂觀測(cè)在溪洛渡水電站地下洞室施工中的應(yīng)用</p><p>　　摘 要:地下洞室開挖期間的施工收斂監(jiān)測(cè)是隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目。大型洞室開挖采用全站儀非接觸方法代替鋼尺收斂計(jì)直接量距方法進(jìn)行收斂觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)很多，安全、高效率、高精度，可降低工程造價(jià)，節(jié)省人力、物力和財(cái)力。本文以金沙江流域溪洛渡水電站地下洞室群中尾水洞開挖為例，介紹了應(yīng)用全站儀自由設(shè)站非接觸方法進(jìn)行收斂觀測(cè)的原理和實(shí)施

2、方法,并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)精度進(jìn)行了分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： 全站儀；自由設(shè)站；大型洞室；收斂觀測(cè)；溪洛渡 </p><p>　　Abstract: underground cavern excavation convergence monitoring period is the necessary items of the surrounding rock deformation

3、 monitoring. The advantages of using total station non contact method instead of monitoring the convergence gauge distance method is convergent observation of many large cavern excavation, safety, high efficiency, high p

4、recision, reduce cost, save manpower, material and financial resources. Taking the underground caverns of tailrace tunnel excavation in Xiluodu Hydropow</p><p>　　Keywords: total station; free station; large

5、cavern; convergence of observation; </p><p>　　中圖分類號(hào)： [TM622]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p><b>　　1工程簡(jiǎn)介 </b></p><p>　　金沙江溪洛渡水電站工程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，是以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運(yùn)條件等功能。溪洛渡水

6、電站共18臺(tái)機(jī)組，分左右岸兩個(gè)地下廠房，總裝機(jī)容量12600MW。溪洛渡水電站廠房里的所有結(jié)構(gòu)物均分布于地下，具有世界上最大的地下洞室群。僅左岸尾水洞就有9條支洞，3條主洞，呈叉形分布，尾水洞開挖斷面大小介于14m×18.5m與20m×22m之間。 </p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，溪洛渡水電站地下洞室在開挖施工期間需進(jìn)行施工期收斂監(jiān)測(cè)。結(jié)合該工程洞室開挖較大的特點(diǎn)，在該工程中選用高精度全站

7、儀實(shí)施收斂觀測(cè)。 </p><p>　　2全站儀進(jìn)行收斂觀測(cè)原理與方法 </p><p>　　2.1全站儀收斂觀測(cè)的原理 </p><p>　　全站儀進(jìn)行收斂觀測(cè)，就是通過測(cè)量收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間距離的變化（收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的位移量）來進(jìn)行收斂觀測(cè)。在測(cè)量方法上，為了避免全站儀設(shè)站時(shí)的儀器居中誤差，我們使用自由設(shè)站的方式來測(cè)量收斂點(diǎn)的坐標(biāo)。 </

8、p><p>　　收斂點(diǎn)距離如下（公式（1））計(jì)算： </p><p>　　-------------公式（1） </p><p>　　其中,,)、,,)分別為點(diǎn)A、點(diǎn)B的空間坐標(biāo)。 </p><p>　　2.2全站儀收斂觀測(cè)的方法 </p><p><b>　　1）布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 </b></p&

9、gt;<p>　　對(duì)于收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè), 按設(shè)計(jì)圖紙及有關(guān)規(guī)范規(guī)定的布置選好點(diǎn)位。盡量保證將一條斷面上的收斂點(diǎn)布設(shè)在同一里程上，將反光片牢固粘貼在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，然后用油漆做上標(biāo)記并對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)。 </p><p><b>　　2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。 </b></p><p>　　使用自由測(cè)站的方法，量測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，正倒鏡各測(cè)一次。首次測(cè)量時(shí)要多測(cè)量幾組原始數(shù)據(jù)

10、求其平均值作為初始值便于以后計(jì)算時(shí)所用。按照設(shè)計(jì)要求的間隔時(shí)間定期對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記錄每次的坐標(biāo)。 </p><p><b>　　3）數(shù)據(jù)處理。 </b></p><p>　　①根據(jù)收斂點(diǎn)測(cè)量出的坐標(biāo)，計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)距離。作為測(cè)線②對(duì)應(yīng)每條測(cè)線，比較不同時(shí)間量測(cè)線長(zhǎng)的差值。③建立收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移量計(jì)算表。 </p><p>　　4）圖表

11、分析變化趨勢(shì)。 </p><p>　　通過在表格中插入累計(jì)收斂和本次收斂以及收斂速度與時(shí)間關(guān)系的函數(shù)圖象來形象反映變化趨勢(shì)，因此，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制位移與時(shí)間的關(guān)系曲線，可以較直觀地看出圍巖位移變化的情況，并初步判斷圍巖是否趨于穩(wěn)定或出現(xiàn)異常情況。 </p><p><b>　　3應(yīng) 用 </b></p><p>　　以溪洛渡水電站尾水洞開挖施工

12、期收斂監(jiān)測(cè)為例。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，溪洛渡水電站尾水洞開挖期間收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在斷面的頂拱以及邊墻上，由于尾水洞開挖的斷面凈空很大，因此，使用傳統(tǒng)鋼尺收斂計(jì)進(jìn)行觀測(cè), 人為因素對(duì)量測(cè)精度影響較大, 量測(cè)質(zhì)量不穩(wěn)定,因此采用全站儀進(jìn)行收斂觀測(cè)。 </p><p>　　溪洛渡電站的尾水延長(zhǎng)段開挖斷面為15m×18.5m，按照臺(tái)階開挖方法分三層開挖。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，在尾水延長(zhǎng)段樁號(hào)0+130斷面的頂拱上按照布點(diǎn)要求布

13、設(shè)了5個(gè)收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖（1）所示： </p><p>　　圖（1）收斂監(jiān)測(cè)斷面布置示意圖 </p><p>　　布點(diǎn)結(jié)束后，進(jìn)行首次觀測(cè)，分別記錄5個(gè)收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)，并計(jì)算出測(cè)線長(zhǎng)的首次值，如表（1）： </p><p>　　表（1）收斂觀測(cè)位移量計(jì)算表 </p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求的監(jiān)測(cè)頻率，對(duì)收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)每次測(cè)量的

14、數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理后，得出累積位移量和期間位移量，如表（2）： </p><p>　　表（2）累積位移量和期間位移量計(jì)算表 </p><p>　　將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，分別繪制每個(gè)測(cè)線的時(shí)間——累積位移量曲線，便于我們直觀的看出圍巖位移變化情況，并初步判斷圍巖是否趨于穩(wěn)定或出現(xiàn)異常情況，圖2顯示的是測(cè)線S(3-1)的累積位移值與時(shí)間的曲線圖。 </p><p>　　圖

15、（2）累積位移量曲線圖 </p><p>　　根據(jù)圖（2）就可以分析圍巖變化趨勢(shì)，為開挖支護(hù)提供信息依據(jù)。 </p><p>　　4全站儀收斂監(jiān)測(cè)的誤差分析以及提高精度的措施 </p><p>　　4.1 全站儀收斂觀測(cè)主要誤差 </p><p><b>　　1）儀器對(duì)中誤差 </b></p><p&

16、gt;　　由于儀器是自由設(shè)站，不需要對(duì)中，因此該項(xiàng)誤差近似為0，可忽略不計(jì)。 </p><p><b>　　2）坐標(biāo)誤差 </b></p><p>　　全站儀的坐標(biāo)計(jì)算主要通過測(cè)角及測(cè)距來進(jìn)行的, 故坐標(biāo)的誤差由測(cè)角誤差和測(cè)距誤差組成。通常監(jiān)測(cè)使用的全站儀測(cè)角精度很高, 以測(cè)角誤差為2”的全站儀為例, 測(cè)站點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最長(zhǎng)距離S= 20m, 那么影響在水平收斂方向上最

17、大的誤差M= 2Ssin(2” ) = 0.19mm; 可以適當(dāng)增加角度測(cè)回?cái)?shù)和縮小測(cè)站點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離來提高測(cè)角精度。 </p><p>　　3) 測(cè)站與反光片空間位置關(guān)系引起的誤差 </p><p>　　全站儀觀測(cè)時(shí)測(cè)量精度與測(cè)量視線和反光片夾角有很大關(guān)系。設(shè)視線與反光片面的夾角為θ,θ角越小,光電波被反射回來的概率越低, θ角越接近90°,光電波被反射回來的概率越高。所以θ

18、角越小,測(cè)量精度越低,且不易得到測(cè)量數(shù)據(jù); θ角處于45°~ 90°之間, 測(cè)量精度高, 也易得到觀測(cè)數(shù)據(jù); 特別在基本垂直于反射面時(shí), 精度最高。 </p><p><b>　　4) 儀器誤差 </b></p><p>　　儀器的測(cè)距測(cè)角誤差。對(duì)于同一臺(tái)儀器，在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)其測(cè)距測(cè)角誤差是一個(gè)固定值。每次測(cè)量用同一臺(tái)儀器觀測(cè)可消除該誤差影響。 &

19、lt;/p><p>　　5）通過誤差計(jì)算分析，當(dāng)測(cè)距中誤差小于0.2mm、天頂距中誤差小于0.5″、水平方向角中誤差小于0.5″，且斜距小于30米時(shí)，可以使得全站儀收斂測(cè)距的綜合誤差小于0.5mm 。 </p><p>　　4.2提高精度的主要措施 </p><p>　　為提高精度，在觀測(cè)作業(yè)時(shí)，設(shè)站時(shí)應(yīng)使盡量使設(shè)站點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離小且盡量使視線與反光片表面角度夾角大些，

20、并且應(yīng)增加測(cè)回?cái)?shù)，每次觀測(cè)應(yīng)使用同一臺(tái)儀器，盡量設(shè)站在大概同一位置，減小各種誤差影響。 </p><p><b>　　5結(jié)語 </b></p><p>　　通過在溪洛渡水電站尾水洞開挖施工期間的實(shí)際應(yīng)用可知:利用高精度全站儀進(jìn)行非接觸式收斂觀測(cè)，在數(shù)據(jù)精度上完全可以達(dá)到收斂監(jiān)測(cè)的要求，尤其是對(duì)于大型洞室開挖，利用全站儀進(jìn)行收斂觀測(cè)無論是在工作難度、工作量上比傳統(tǒng)收斂計(jì)

21、觀測(cè)都大量減少，降低了作業(yè)成本，而且很大程度提高了工作中的安全性。這種方法值得在大型洞室開挖收斂觀測(cè)作業(yè)中推廣。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1.《工程測(cè)量學(xué)》 李青岳 陳永奇 測(cè)繪出版社 </p><p>　　2.《水電水利工程施工測(cè)量規(guī)范》 DL/T 5173-2003 </p>&