激光指向仪在小断面大坡度长斜井施工中的应用

激光指向仪在小断面陡坡长斜井施工中的应用王静伟向前彭利（中国水利水电第九工程局有限公司，贵州贵阳550001）摘要：在小断面陡坡长斜井隧道施工中，传统的测量方法测量放样次数较多，影响施工进度。且受支导线控制点误差累积的影响，开挖角度和掘进方向不易控制、误差影响较大。可通过精确的控制测量和激光指向仪方便的指导施工员调整掘进的方向、控制精度、减少测量放样次数、提高工作效率、从而提高施工进度。在山西省中部引黄工程07标小断面陡坡长斜井施工中，使用精确的控制测量和新型的激光指向仪满足了施工放样精度和施工质量，值得在类似的工程中应用。关键词：小断面陡坡长斜井施工进度控制测量激光指向仪快速放样1、工程概况山西省中部引黄工程3#隧洞桩号为总45+368.3～总164+601.9，全长119.23km，纵坡1/2000～1/3000，进口洞底高程997.73m，出口洞底高程966.0m。设计流量临县分水口前（桩号总45+368．3～总115+188．6段）为21.17m3/s，分水口后（总115+188．6～总164+601.9段）为18.69m3/s。山西省中部引黄工程07标位于总干3#隧洞的总47+140.05～总61+676.88桩号段，位于山西省吕梁市兴县境内，设计流量为21.17m3/s，城门洞形断面，净宽4.0m，净高5.0m，直墙段高3.0m，设计水深3.48m，顶拱中心角180°，半径2.0m。本标段共有14#~17#四条施工支洞，均为城门洞型，宽3.65m，高3.2m，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖断面分别为：11.16m2,16.25m2，17.25m2，为小断面隧洞，且均为长斜井，14#~17#支洞长度分别为493.43m、797.75m、928.77m、712.23m、设计坡比分别为15.40%、24.61%、33.00%、41.97%。14#支洞可采用汽车运输；15#、16#、17#支洞由于隧洞坡度较陡，无法实现汽车无轨运输，经过分析比较，采用矿井提升机+侧卸式矿车+履带式扒渣机有轨运输方案。由于在施工过程中各种施工工序的影响下，使用传统的施工测量已经不能满足施工要求，且影响施工进度。使用激光指向仪不仅可以满足其施工要求而且可以提高施工进度、保证施工放样精度。2、控制测量由于业主方已经提供了覆盖整个施工区域的控制网，故主测量采用山西省中部引黄工程取水口-总干22#支洞施工坐标（X0=4290000m,Y0=520000m)为原点，高程抵偿面为EL1006m。且每个支洞都有三个控制点在洞口附近，既能满足临时施工测量，也可满足洞内转点。2.1施工控制点的布设因是有轨出渣，洞内布置控制点时应注意以下两点：⑴控制点应布设在轨道以内。⑵偏离洞轴线10cm左右。（注：若布置在洞轴线上，当侧卸式矿车在大于控制点所在桩号以下时，牵引钢丝绳会遮挡控制点，影响坐标定向及架设全站仪。）如下图一：注：这样埋设控制点的原因是：⑴轨道两侧人员上下走动较频繁，控制点不易受到较好的保护。⑵扒渣机工作过程中上下活动易压坏控制点及导致控制点沉降或偏移。⑶由于洞内开挖最大净宽仅4.69m，控制点若埋设在侧墙上，做后方交会时角度较小误差较大精度不能满足规范要求，且埋设在侧墙也不可架设仪器。综合以上三点原因，控制点埋设在轨道以内最为适合。2.2洞内控制点复测由于采用有轨出渣，侧卸式矿车每天上下工作时间较长（注：侧卸式矿车自重3吨，载重10吨，平均每日运行25趟以上）。扒渣机、装载机、挖机等设备进出过程中对地面的震动挤压难免也会对控制点有一定的影响。为保证测量精度每月至少对洞内施工控制网复测一次。3、激光指向仪应用3.1激光指向仪的安装与校正图二为Ⅴ类围岩开挖激光指向仪安装示意图，Ⅲ、Ⅳ类围岩以此类推。A、B、C三点为激光指向仪安装点位。A1、C1两点为起拱线起点，B1点位为顶拱中心点位。A1、B1、C1、距A、B、C均为30cm。这里介绍B点指向仪的调试方法，A、C点同此。（1）在激光指向仪上选择三个不同位置的中线点d、e、f。（2）在d、e、f三点上用细线悬挂小锤球后把激光指向仪安置在事先做好的三脚架上。（3）架设全站仪对中、整平、定向、校核点确保无误后开始调试激光指向仪。（4）首先用全站仪及校正合格的卷尺将激光指向仪调至与洞轴线几乎一致，再用激光指向仪的微动螺旋调至精准。3.2激光指向仪的应用表一：数据放样表点号123456789等分距0.6080.6080.6080.6080.6080.6080.6080.6080.608偏距0.30.5710.6510.5810.30.5710.6510.5810.3如图三、表一所示，放样时将激光指向仪接上电源，打开激光指向仪。在掌子面上看到三点如图三中的A、B、C三点，此时用两把经检验合格的卷尺按图三、表一即可快速的完成放样工作。图三中1、2、3、4、5、6、7、8、9即为拱顶开挖放样轮廓点。4、测量误差分析使用激光指向仪对小断面陡坡长斜井进行轮廓开挖放样，其误差主要为安装人员在照准、定向、量距等方面所产生的误差。尤其是激光准直线在定位时的误差，激光指向仪造成准直线偏离，产生误差，而且此误差随着开挖距离的增大而增大，这是误差的主要来源。减少误差的方法：（1)、在定向过程中，只要安装人员认真仔细就可以减少该误差。(2)、在放样前我们也可以通过A~B、B~C、A~C这三个固定不变的距离数值进行校核。只要三值其中一个值大于规范误差值则可重校激光指向仪。从而也可达到减少误差的效果。另外由于斜井内施工条件较差，斜井内、外温度相差较大，大气折光、烟尘都会对定向结果产生误差，因此，放线时间要选在施工干扰小，条件比较好的时间段进行。使用全站仪对K0+500断面掌子面上用激光指向仪放样的点进行复核测量，结果见表二。表二：设计值与实测值对比表点号设计值实测值偏差值XHXH△X△H1-0.3451061.112-2.3411061.114-4-22-1.8431061.921-1.8411061.918-233-1.3811062.323-1.3841062.3143-14-0.8261062.587-0.8311062.5895-250.0000.0000.0011062.726-1160.8261062.5870.8261062.5740371.3811062.3231.3791062.3132481.8431061.9211.8461061.920-3190.3451061.1122.3411061.1144-2从表二可以看出，使用激光指向仪进行斜井施工放样控制，质量完全符合规范要求。5、结语在小断面陡坡长斜井施工中，使用传统的测量方法不仅次数太多，影响施工进度，而且开挖角度及掘进方向不容易控制。实际证明，通过使用激光指向仪进行斜井的测量放样，不仅可以方便的指导施工人员调整掘进方向，保证测量精度，减少测量放样时间，提高工作效率，而且解决了斜井开挖放样的效率问题。在山西中部引黄工程小断面陡坡长斜井有轨出渣施工中，使用精确控制及激光指向仪进行施工测量放样，满足了放样精度，提高了测量放样效率，在其他类似工程中值得推广应用。（作者：王静伟，毕业于四川建筑职业技术学院工程测量技术专业，中共预备党员，助理工程师，长期从事水电工程施工管理）（作者：向前，毕业于长沙理工大学水工专业，工学学士学位，工程师，长期从事水电施工管理）（作者：彭利，毕业于四川建筑职业技术学院建筑经济管理专业，中共党员，助理工程师，长期从事水电工程施工管理）