环北部湾广东水资源配置工程试验段隧洞断面测量方法

高年 广东水电二局股份有限公司

近年来，水资源配置工程建设规模逐渐扩大，通过充分调度水资源满足不同地区的用水需求，但受地形以及地势的限制，水资源配置工程施工难度较大。针对这一问题，环北部湾广东水资源配置工程项目在设计阶段，明确其工程目的为解决周围区域水资源短缺问题，从结构设计、施工布置、TBM选型等角度出发，从施工风险防范、设计优化、工期、投资控制等方面进行分析，确定高州—鹤地输水干线合江支洞，并将其作为广东茂名市广东水资源开发试验段[1]。试验段位于高鹤输水干线穿越化州市合江镇段的北侧5km处，支洞口位于合江闸坝上游6km的凌江右岸山洼地[2]。合江支洞主要作为主洞盾构设备步进、出渣及进料通道，同时兼顾作为处理主洞断层破碎带的备用通道。施工主要针对隧道的开挖、支护展开研究，将开挖和支护并作一个方案编制，阐述开挖后的安全处理及工艺流程。针对该工程项目特点，开展对该试验段隧道断面测量方法的研究。

1.环北部湾广东水资源配置工程概况

以环北部湾广东水资源配置工程为例，针对其试验段开展隧洞断面测量方法的应用研究。该项目合江支洞沿线主要为低山丘陵，高程为 32m～100m。进口源为采石场，目前已停采，现场堆积有砂堆、碎石等，地面高程约32～339m，开挖面基岩裸露，采石边坡清晰可见，边坡倾角约60～75度，堆有碎石等，洞脸前部为一冲沟，被开辟为鱼塘，目前已干涸，仅局部存有积水，地面高程34～36m，中间段为山坡，高程约70～100m，在尾部为沟谷山塘，高程为35～40m[3]。进口段(0～0+025m)为原采石场开挖边坡，坡度较陡，约为60～70°，地面堆积有碎石。孔隙含水层分布在沟底冲坡积层中，局部分布于山坡两岸及剥蚀丘陵-山区表层的第四系松散堆积物，含水量和水位随季节变化增大。基岩裂隙水多分布于变质砂岩风化带，主要的含水层为断层破碎带和风化破碎岩石，隔水层为千枚岩类软岩及变质砂岩的微新岩体。在支洞西侧400m 处发育有泉水Q1，经与村民了解，该泉水位于鱼塘底部，丰水期不显露，枯水期鱼塘水干后发现有泉水涌出，可供下游鱼塘水体平衡。F1断层沟谷发育有泉水Q2，流量未知，常年有水。

2.试验段隧洞断面测量

2.1 测量仪器设备安装埋设

试验段隧洞断面测量的设备包括渗压计、测缝计等。在安装埋设渗压计时，需要周围50m范围内所有灌浆工作完成后，才能够安装测量设备。在仪器本身检测后，将其放入水中，浸泡2小时以上，直到达到饱和状态，彻底清除透水石里面的气泡[4]。选择的饱和滤沙袋直径应为20cm。在事先设定的位置上钻集水孔，孔深度为1m。渗压计安装埋设示意图如图1所示。

图1 渗压计安装埋设示意图

测缝仪本标段分别埋设在基岩与混凝土交界处和两块混凝土接缝面。基岩表面测缝仪埋设基岩和混凝土的粘接面时，采用钻孔法在岩石上钻孔，要求孔径大于90mm、深度为0.5m。利用水泥砂浆填充孔洞，使其具有微膨胀性，将带伸长杆的套管推入孔洞，使管口与孔口齐平。在此基础上，在螺孔上涂抹润滑油，用棉线填充筒体，并拧紧盖子。待混凝土浇筑时进行测缝仪的埋设[5]。基岩测缝仪安装示意图如图2所示。

图2 基岩测缝仪安装示意图

在完成对各个测量仪器设备的安装埋设后，需要对其埋设偏差进行检测，确保埋设位置不会影响到后续测量精度。测量仪器设备安装埋设允许偏差表如表1所示。

根据表1中的内容，在确保各个测量仪器设备安装埋设位置偏差均在允许范围内，进行后续测量工作。

表1 测量仪器设备安装埋设允许偏差表

2.2 设置隧洞断面观测频次

在完成对各个测量设备的安装后，按照设计图纸规定的观测频率开展测量。在开展充水试验之前，除监测试验段隧洞断面的收敛情况以外，其余监测内容均在埋设后的24小时内完成两次测定。埋设一周内每天一次，之后一周一次。收敛监测的检测频率表如表2所示。

针对试验段隧洞段断面周边位移以及拱顶下沉量的测定，其频率除需要满足表2中记录的内容外，还应当根据其位移变化速率，对观测频率进行调整。

表2 收敛监测的检测频率表

2.3 隧洞断面测定与测量误差控制

在测量的过程中，当观测仪器选型、检验、埋设安装正常实施后，仪器观测成为监测工作的最重要一环。如果观测工作不仔细认真、不按观测规程操作，观测时易产生人为误差，导致获取的原始观测数据失真，测点位置建筑物的真实信息无法及时反映，为建筑物的安全运行留下隐患，严重时还会危及工程安全。为确保测量质量，按照下述内容进行误差控制：第一，保证所使用的观测仪表处在良好的工作状态中。按照观测部位及观测工作量，进行观测仪表的配置。每台仪表严格按有关规定进行标定，现场观测时对观测仪表进行精心保护，防碰、防潮及轻拿轻放，并保证每次观测时均在其有效使用期内，确保观测仪表的可靠性及良好工作状态。第二，编制施工期观测规程。在施工期间，按照技术规范、设计文件和监督要求，对已埋设的观测设备进行定期监测，并将原始观测数据全部记录整理，并对其进行初步分析，每月向监理单位报告。如果监理人提出的测量数据有异常或需要施工资料，应对某些设备进行增测，并根据监理人的要求，及时提供已整理好的观测数据。现场监控和数据收集，确保数据准确，避免误差，数据处理，分析，反馈。如果发现有任何不正常的现象，应立即查明原因，在解决监控程序或监控装置出现问题后，应口头通知，24小时之内，书面汇报，并按监理人的要求，添加相应的监测次数。

在测量过程中若有异常读数，则立即进行复测或分析其因素，并作好记录和说明。现场常见的观测数据偏差的简单判别方法是：将该数据与以往数据相比，在不发生明显改变的情况下，影响参数的变化率通常不会太大。理由是参数的变化很大，但是影响参数的变化超过了其合理范围，可以立即进行复测和分析，使误差降到最小。

3.测量效果分析

为实现对测量效果的分析，选择将测量精度作为指标，在试验段隧道断面上选择5个测点，分别为CD#1、CD#2、CD#3、CD#4和CD#5，对测点测量数据结果的精度进行计算：

式中，M表示断面测量误差；m表示测量中边长中误差；S 表示边长；K表示隧洞顶点距地面的高度；γ表示水平夹角。根据上述公式，计算得出五个测点的测量误差。已知，根据环北部湾广东水资源配置工程要求，对于隧洞断面测量的误差不得超过±5.00mm，根据这一要求，将五个测点的测量误差记录，并记录如表3所示。

表3 隧洞断面测量结果误差记录表

从表3中记录的数据可以看出，利用本文上述提出的测量方法对该试验段隧洞断面测量时，五个测点上的测量误差均小于规定要求的±5.00 mm，精度均符合要求。因此，通过上述得出的结果能够证明，本文提出的测量方法可实现对隧洞断面高精度测量。

4.结束语

通过本文上述论述，针对环北部湾广东水资源配置工程试验段的隧洞断面，提出一种全新的测量方法，并通过对测量效果分析，实现对该测量方法有效性的检验。采用新的测量技术，可以将测量误差控制在规定的范围之内，为以后的工作做准备。但本次研究设置的测点较少，今后在时间和条件允许的前提下，可增加测点数量，通过比较更多的测量数据统计误差，以确保此次研究成果的可信程度。