1、全站仪收敛观测在溪洛渡水电站地下洞室施工中的应用摘 要:地下洞室开挖期间的施工收敛监测是隧道围岩变形监测的必测项目。大型洞室开挖采用全站仪非接触方法代替钢尺收敛计直接量距方法进行收敛观测的优点很多，安全、高效率、高精度，可降低工程造价，节省人力、物力和财力。本文以金沙江流域溪洛渡水电站地下洞室群中尾水洞开挖为例，介绍了应用全站仪自由设站非接触方法进行收敛观测的原理和实施方法,并对测量数据精度进行了分析。 关键词： 全站仪；自由设站；大型洞室；收敛观测；溪洛渡 Abstract: underground cavern excavation convergence monitoring perio
2、d is the necessary items of the surrounding rock deformation 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 precision, reduce cos
3、t, save manpower, material and financial resources. Taking the underground caverns of tailrace tunnel excavation in Xiluodu Hydropower Station in Jinsha River basin as an example, introduces the application of free stationing non-contact method is convergent observation principle and implementation
4、method, and the accuracy of measurement are analyzed. Keywords: total station; free station; large cavern; convergence of observation; 中图分类号： TM622文献标识码：A 1 工程简介 金沙江溪洛渡水电站工程位于四川省雷波县和云南省永善县交界处的金沙江干流上，是以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等功能。溪洛渡水电站共 18 台机组，分左右岸两个地下厂房，总装机容量 12600MW。溪洛渡水电站厂房里的所有结构物均分布于地下，具有世界上最大的地下洞室
5、群。仅左岸尾水洞就有 9 条支洞，3 条主洞，呈叉形分布，尾水洞开挖断面大小介于 14m18.5m 与 20m22m 之间。 根据设计要求，溪洛渡水电站地下洞室在开挖施工期间需进行施工期收敛监测。结合该工程洞室开挖较大的特点，在该工程中选用高精度全站仪实施收敛观测。 2 全站仪进行收敛观测原理与方法 2.1 全站仪收敛观测的原理 全站仪进行收敛观测，就是通过测量收敛监测点的坐标，计算出收敛监测点之间距离的变化（收敛监测点间的位移量）来进行收敛观测。在测量方法上，为了避免全站仪设站时的仪器居中误差，我们使用自由设站的方式来测量收敛点的坐标。 收敛点距离如下（公式（1） ）计算： -公式（1） 其
6、中,)、,)分别为点 A、点 B 的空间坐标。 2.2 全站仪收敛观测的方法 1）布设监测点。 对于收敛监测点的布设, 按设计图纸及有关规范规定的布置选好点位。尽量保证将一条断面上的收敛点布设在同一里程上，将反光片牢固粘贴在监测点上，然后用油漆做上标记并对每个点进行编号。 2）现场测量。 使用自由测站的方法，量测监测点的坐标，正倒镜各测一次。首次测量时要多测量几组原始数据求其平均值作为初始值便于以后计算时所用。按照设计要求的间隔时间定期对监测点进行测量，记录每次的坐标。3）数据处理。 根据收敛点测量出的坐标，计算出监测点间的相对距离。作为测线对应每条测线，比较不同时间量测线长的差值。建立收敛监
7、测点的位移量计算表。 4）图表分析变化趋势。 通过在表格中插入累计收敛和本次收敛以及收敛速度与时间关系的函数图象来形象反映变化趋势，因此，根据测量数据绘制位移与时间的关系曲线，可以较直观地看出围岩位移变化的情况，并初步判断围岩是否趋于稳定或出现异常情况。 3 应 用 以溪洛渡水电站尾水洞开挖施工期收敛监测为例。根据设计的要求，溪洛渡水电站尾水洞开挖期间收敛监测点布设在断面的顶拱以及边墙上，由于尾水洞开挖的断面净空很大，因此，使用传统钢尺收敛计进行观测, 人为因素对量测精度影响较大, 量测质量不稳定,因此采用全站仪进行收敛观测。 溪洛渡电站的尾水延长段开挖断面为 15m18.5m，按照台阶开挖方
8、法分三层开挖。根据设计方案，在尾水延长段桩号 0+130 断面的顶拱上按照布点要求布设了 5 个收敛监测点，如图（1）所示： 图（1）收敛监测断面布置示意图 布点结束后，进行首次观测，分别记录 5 个收敛监测点的相对坐标，并计算出测线长的首次值，如表（1）： 表（1）收敛观测位移量计算表 根据设计要求的监测频率，对收敛监测点进行测量，对每次测量的数据进行计算处理后，得出累积位移量和期间位移量，如表（2）： 表（2）累积位移量和期间位移量计算表 将测量数据进行处理后，分别绘制每个测线的时间累积位移量曲线，便于我们直观的看出围岩位移变化情况，并初步判断围岩是否趋于稳定或出现异常情况，图 2 显示的
9、是测线 S(3-1)的累积位移值与时间的曲线图。 图（2）累积位移量曲线图 根据图（2）就可以分析围岩变化趋势，为开挖支护提供信息依据。 4 全站仪收敛监测的误差分析以及提高精度的措施 4.1 全站仪收敛观测主要误差 1）仪器对中误差 由于仪器是自由设站，不需要对中，因此该项误差近似为 0，可忽略不计。 2）坐标误差 全站仪的坐标计算主要通过测角及测距来进行的, 故坐标的误差由测角误差和测距误差组成。通常监测使用的全站仪测角精度很高, 以测角误差为 2”的全站仪为例, 测站点与监测点的最长距离 S= 20m, 那么影响在水平收敛方向上最大的误差 M= 2Ssin(2” ) = 0.19mm;
10、可以适当增加角度测回数和缩小测站点与监测点的距离来提高测角精度。 3) 测站与反光片空间位置关系引起的误差 全站仪观测时测量精度与测量视线和反光片夹角有很大关系。设视线与反光片面的夹角为 , 角越小,光电波被反射回来的概率越低, 角越接近 90,光电波被反射回来的概率越高。所以 角越小,测量精度越低,且不易得到测量数据; 角处于 45 90之间, 测量精度高, 也易得到观测数据; 特别在基本垂直于反射面时, 精度最高。 4) 仪器误差 仪器的测距测角误差。对于同一台仪器，在一个时间段内其测距测角误差是一个固定值。每次测量用同一台仪器观测可消除该误差影响。 5）通过误差计算分析，当测距中误差小于
11、 0.2mm、天顶距中误差小于 0.5、水平方向角中误差小于 0.5，且斜距小于 30 米时，可以使得全站仪收敛测距的综合误差小于 0.5mm 。 4.2 提高精度的主要措施 为提高精度，在观测作业时，设站时应使尽量使设站点与监测点距离小且尽量使视线与反光片表面角度夹角大些，并且应增加测回数，每次观测应使用同一台仪器，尽量设站在大概同一位置，减小各种误差影响。 5 结语 通过在溪洛渡水电站尾水洞开挖施工期间的实际应用可知:利用高精度全站仪进行非接触式收敛观测，在数据精度上完全可以达到收敛监测的要求，尤其是对于大型洞室开挖，利用全站仪进行收敛观测无论是在工作难度、工作量上比传统收敛计观测都大量减少，降低了作业成本，而且很大程度提高了工作中的安全性。这种方法值得在大型洞室开挖收敛观测作业中推广。 参考文献： 1.工程测量学 李青岳 陈永奇 测绘出版社 2.水电水利工程施工测量规范 DL/T 5173-2003 3.工程测量规范 GB 50026-93 中国计划出版社 4.范百兴, 夏治国.全站仪无棱镜测距及精度分析J.北京测绘，2004.
