引汉济渭工程越岭段隧洞工程贯通控制测量研究

陈元申，杨远程，李引生

（黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州450000）

0 引言

引汉济渭工程又称陕西南水北调工程，用以满足西安、咸阳、宝鸡、渭南4 重点城市及沿渭河两岸的11 个县城和6 个工业园区的调输配水工程，是解决陕西关中、陕北缺水的战略性水资源配置工程。该工程在陕西省陕南地区的汉江干流黄金峡和支流子午河分别修建黄金峡水利枢纽和三河口水利枢纽，两处水源经调蓄后通过秦岭输水隧洞（分黄三段和越岭段）送至陕西省渭河流域关中受水区[1～2]。

秦岭输水隧洞进口位于秦岭隧洞越岭段水利枢纽坝后左岸，出口位于陕西省关中周至县黑河右岸支流黄池沟内，隧洞全长98.3 km，由越岭段和黄三段组成。越岭段全长81.8 km，采用不同支洞同时掘进“长隧短打”的方法进行施工。如何实现各个支洞顺利掘进至主洞以及对打实现贯通是越岭段施工的重点和难点。隧洞的精密贯通与施工过程中精细的测量工作是分不开的，而施工过程中的测量工作是以建立精度可靠的测量控制网为基础的。

引汉济渭越岭段隧洞未贯通部分为3#～5#洞之间。3#支洞～4#支洞口之间主洞长度12257 m，3#支洞长度3872 m，4#支洞长度5820 m，相向开挖总长度21949 m。4#支洞～5#支洞口之间主洞长度16880 m，4#支洞长度5820 m，5#支洞长度4595m，相向开挖总长度27295 m。本文讨论了实现3#～5#洞之间顺利贯通而进行的该段控制网的优化设计。

1 控制网布设及观测

控制网包括洞外控制网和洞内控制网，均包含平面控制网和高程控制网。

1.1 洞外平面控制网

保证隧洞准确贯通是隧洞施工的重中之重。过去洞外平面控制网常采用三角网、导线网、边角网等常规布网形式，随着GNSS 技术的推广应用，目前洞外控制网主要采用GNSS 观测的手段进行施测。由于GNSS 观测无需通视，该技术用于隧道工程较常规测量方法有布点少、精度高、工期短等优点。

洞外平面控制点的作用是为进洞联系测量提供起算坐标，其精度直接影响隧洞的贯通精度。在3#～5#支洞每个洞口布设三个强制观测墩，一个正对洞口为进洞点，另外两个分别为定向点和检核点，进洞点与另外两点间距离控制在300 m 以上。采用GNSS 静态模式以边连接方式进行平面控制网的观测，3#～5#洞之间进行联测，精度指标见表1。

表1 GNSS 观测精度指标

1.2 洞外高程控制网

洞内竖向贯通误差主要受高程控制网精度的影响。洞外高程控制点为2011 年布设的地面标，2015 年进行了第一次复测，复测是沿108 国道将秦岭两侧的控制点按附和路线进行二等水准观测。本次通过直接翻越秦岭将岭南和岭北的高程点进行联测，按二等水准测量的精度进行施测。

1.3 洞内平面控制网

一般隧洞内空间狭长，平面控制网多采用精密导线的形式。随着光电测距技术与全站仪设备的发展，洞内导线有单导线、主副导线、双导线、菱形交叉导线等多种形式。对于长隧洞一般采用双导线环或者交叉双导线的形式进行观测，以增加复核条件、增加多余观测来提高观测精度。

隧洞内平面控制点是直接用于指导隧洞掘进施工的控制点，采用对点的形式进行布点，采用交叉双导线网法[3～5]进行观测，观测网图见图1，其中XGPS301 为进洞点，XGPS302 和XGPS303 是定向点和检查点，其余点为洞内导线点。按二等导线精度施测，精度指标见表2。

图1 交叉双导线路线示意图

1.4 洞内高程控制网

利用洞内平面控制点作为高程控制点，不再单独埋设高程控制点。洞内高程控制按二等水准测量精度进行施测。

2 贯通误差估算

2.1 贯通测量容许误差

《水利水电工程施工测量规范》（SL 52-2015）中“地下工程测量”表9.1.2 规定，水工隧洞开挖的容许极限贯通误差应符合表3 的规定，贯通中误差分配值应符合表4 的规定。

表3 水工隧洞开挖贯通测量容许极限误差值

表2 二等导线技术指标

表4 贯通中误差分朽值

2.2 贯通误差估计

2.2.1 洞外贯通误差估计

洞外控制网采用GNSS 方法观测，假定进洞点为C，出洞点为J，贯通面为P，洞外GNSS 测量误差包括GNSS 点的点位中误差和进洞定向基线边的方位角中误差。根据误差传播定律，GNSS 点的点位中误差和定向边的方位角中误差对进洞导线在贯通面的横向贯通误差影响按下式计算：

式中：M 为洞外GNSS 控制测量误差引起的隧道横向贯通中误差；mJ,mc为进、出口GNSS 控制点的Y 坐标误差；θ,φ 为进、出口控制点至贯通点连线与贯通点线路切线的夹角；LJ，Lc为进、出口GNSS 控制点至贯通点的长度；maJ，maC为进、出口GNSS 联系边的方位中误差；L 为相向开挖隧道计算设计长度；mG为GNSS 测量定向联系边方向误差；ρ 为边角常数206265。

根据规范规定，GNSS 控制网的相邻点的相对精度优于10 mm，考虑到山岭隧道测量的复杂性和特长隧道GPS 边较长等因素，可以取20 mm，基线方位角中误差可取1.0″代入上式可求得：

2.2.2 洞内贯通误差估计

式中：mq为洞内导线测量误差引起的横向贯通误差；myβ为测角误差影响在贯通面上的横向中误差，mm；myl为测边误差影响在贯通面上的横向中误差，mm；mβ为控制网设计的测角中误差，″；Rx为控制网各点至贯通面的垂直距离，m；为控制网设计的边长相对中误差；dy为控制网各边在贯通面上的投影长度，m。

洞内导线按二等导线精度要求进行观测，测角中误差取1.0″，每公里测边中误差取2 mm,洞内导线平均边长500 m,估算3#～4#贯通面，4#～5#贯通面洞内导线对横向贯通误差的影响：

横向贯通误差估计：

以上估计是以最不利的情况进行估计，根据误差估计，洞外GNSS 按二等GNSS 网观测，洞内按二等导线网布设能够满足横向贯通精度的要求。

2.2.3 高程贯通误差估计

以4#～5#贯通测量估计，洞外水准为附合路线，按二等水准全中误差2.0 mm，洞内取二等水准每公里偶然中误差1.0 mm进行估计，结果满足规范要求。

根据估算，即使地面高程控制网按二等附合路线绕道108国道，水准线路长度达到260 km，洞内水准按二等水准精度观测，完全能够满足竖向贯通限差的要求。

3 结论

引汉济渭工程越岭段洞外平面控制网采用二等GNSS 精度施测，洞外高程控制网采用二等水准测量的方式施测，洞内平面控制网按二等导线的精度采用交叉双导线的形式进行测量，洞内高程控制网采用二等水准的形式进行测量，越岭段3#～5# 之间主洞部分可在满足规范要求的前提下实现精准贯通。

2018 年12 月，引汉济渭工程越岭段3#～4#洞之间已经实现贯通，横向贯通误差约8 cm，竖向贯通误差约2 cm。