全站仪后方交会法围岩净空位移量测技术
(中国水利水电第九工程局有限公司，贵州 贵阳 550081)
摘要：围岩净空位移量测传统上采用机械式或—电子式收敛计等接触方法进行，存在测量精度差、测量速度慢、难以满
足隧洞快速施工要求等问题。全站仪综合应用了激光照准、精确跟踪、免棱镜测距等多项技术，使围岩净空位移量测的精 度和快速测量技术取得了革命的突破。 本文介绍了全站仪后方交会法量测技术在青龙水电站引水隧洞中量测围岩净空位移 的情况，仅供业界同行参考。
关键词：围岩净空 位移量测 数据采集 内业整理 信息反馈 1、引言 围岩净空位移量测新奥法施工过程中的一个重要环节，是判断围岩稳定性和指导施工的重要依据。 围岩净空位移量测传统上采用机械式或—电子式收敛计等接触方法进行。这些方法具有成本低、简单可 靠、能适应恶劣环境等优点，但对施工干扰大，人为因素对测量精度影响较大，测量速度慢，越来越难 以满足隧洞施工快速、大跨、安全的要求。 随着科学技术的发展，全站仪在工程施工测量中得到普及，大大提高了测量的精度和速度。特别是近 几年来，全站仪应用激光照准、精确跟踪、免棱镜测距等许多新技术，给测量工作带来了一场技术革命， 为围岩净空位移量测提供了新的量测工具和技术手段。 下面介绍全站仪后方交会法量测技术在青龙水电站引水隧洞中用来量测围岩净空位移的情况。 2、工程概况 青龙水电站位于四川省九寨沟县白水江上游河段， 属黑河~白水江水电规划一库七级方案中的第七级 梯级电站装机容量 102MW。引水隧洞位于白水江左岸，调整后全长约 14078.8m，平均纵坡 1.627‰。隧 洞开挖为马蹄形断面， Ⅲ类围岩开挖断面 6.7m×8.85m， 15cm 混凝土衬砌， 喷 Ⅳ围岩开挖断面 7.5m×9.6m， 钢筋混凝土衬砌，厚度 50cm，Ⅴ类围岩开挖断面 7.9m×10.08m，双层钢筋混凝土衬砌，厚度 70cm，顶 拱回填灌浆，Ⅳ、Ⅴ类周边固结灌浆。衬砌成形后净空 8.5m。青龙水电站主体工程根据施工规划研究分 为首部枢纽工程标（QL/CI） ，引水隧洞工程标（QL/CII） ，厂区枢纽工程标（QL/CIII）等三个土建工程 施工标，本工程属于引水隧洞工程标（QL/CII） 。 该标段地质复杂多变，岩体破碎，节理于构造裂隙紧密发育，大多数为炭质千枚岩夹乳白色绢云母， 围岩收敛大（15～70cm）,蠕变时间长（3 个月） ，且炭质千枚岩有微膨胀性（膨胀率 15%～20%）,在洞身 开挖施工中多处出现坍塌。为确保隧洞施工安全快速，对围岩量测提出了更高的要求，必须做到准确及 时，故选用全站仪后方交会法围岩净空量测技术，并取得了良好的量测结果和经济效益。 全站仪后方交会法围岩净空量测新技术，其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测定两测点位不 同时间段相对的三维坐标，将测量数据进行数理分析，快速地为施工提供参考数据资料。 3、量测方法 3.1 使用的仪器 徕卡 TCR802、 TCR402 全站仪两台， 反射膜片 （贴片） 选用 Lecai 尺寸为 2cm×2cm 贴片若干， Microsoft Office Excel 数据处理软件。 3.2 粘贴片 根据规范和有关要求及围岩条件、开挖方法等，确定围岩净空位移量测断面的断面、间距以及每个 断面的基线布置形式。完整性较好的岩石，可直接在其表面用粘胶贴上贴片，但安设前必须清洗欲粘贴 片位置的岩面，粘贴必须牢固，能满足量测周期要求。对于不稳定岩石，可打设锚杆再焊接角钢在角钢
上的粘贴片，或用膨胀螺栓锚固钢板在钢板上的粘贴贴片上。贴片表面法线方向最好垂直隧洞轴线，以 使仪器接收到最强的反射信号。 3.3 洞室收敛量测点位的设置 根据现场实际情况布设收敛监测断面时将断面间距控制在 10~20m 范围内，观测断面上的观测点按 图（一）所示等腰三角形布置，每个断面埋设 5 个测点（A、B、C、D、E） ，设置于钢拱架内侧。 （监测 断面的间距可根据现场情况进行调整）
(b) (a) 图 1 量测点位布置 （a）贴片； （b）断面基线布置
3.4 外业数据采集 针对隧洞内不同围岩及地质情况， 按相关规范及有关要求规定对不同地段进行了围岩量测， 下面就 （引）9+351 断面的量测过程作—具体阐述。 由于在（引）9+351 断面开挖时出现掌子面大面积渗水，针对开挖面和围岩不稳定性（侧壁与拱顶 有局部掉块现象） ，待掌子面素喷后，选择了 5 个测点 6 条基线（如图 1 所示） 。 因为量测内容主要是各量测点间相对距离，全站仪可以采取自由设站形式安置，但为了消除观测贴 片时倾斜度对测距的影响，每次量测时测站位置应大致相同，同时为了增强反射片的反射效果和提高量 测准确性，应把仪器安置在待测断面 5m 内较合适。 先选择适当的位置安置仪器，精确对中整平后，打开仪器电源进入量测程序界面，按围岩量测参数 规范要求对仪器各项参数进行调整。 量测技术规范要求：测距取位至 0.1mm，角度 0.1″，空间位置（X、Y、H）0.1mm。隧洞周边的 实测位移相对值或回归分析推算的最终位移值参考表 1。 表 1-1 隧洞周边允许位移相对值（%） 埋深（m） 围岩级别 Ⅲ Ⅳ Ⅴ ＜50 0.10～0.30 0.15～0.50 0.20～0.80 50～300 0.20～0.50 0.40～1.20 0.60～1.60 ＞300 0.40～1.20 0.80～2.00 1.00～3.00
注： 周边位移相对值系指两测点间实测位移累计值与两测点间距离之比。 1 两测点间位移值也称收敛值。 2 脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。 3 本表适用于高跨比 0.8～1.2 的下列地下工程： Ⅲ级围岩跨度不大于 20m； Ⅳ级围岩跨度不大于 15m； Ⅴ级围岩跨度不大于 10m。 4 Ⅰ、Ⅱ级围岩中进行量测的地下工程，以及Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩中在表注 3 范围之外的地下工程应
根据实测数据的综合分析或工程类比方法确定允许值。 仪器设置好以后，现对各目标点进行仪器确认，照准时可用仪器激光导向功能，激光点指向贴片正 中，防止每次测量照准不同产生围岩变化误导信息。该点测量完成后，点击自动测存按钮将现场实测值 存入仪器内存中，减少现场记录时间。 按规范要求，每个观测断面收敛值的读取原则为：掌子面每一次开挖循环中，立钢拱架时即预埋观 测点，观测点埋设 5 小时后进行第一次观测。从第一次（初始值）的观测时间开始，往后每隔一天（24 小时）对该断面的观测点进行一次重复观测，直到观测值相对于初始值的偏差（相对偏差）基本稳定为 止。 观测周期一般控制在 15 天以上， 拱架变形相对较严重的断面可根据具体情况对观测周期进行相应调 整。 因该隧洞目前开挖的围岩基本在Ⅲ类以下，开挖后都用型钢拱架或钢格栅拱架支护，故围岩量测在 开挖后两三天因支护施工而中断，对钢拱架或格栅拱架支护后的部分断面进行了量测，断面变形较大， 最大位移量月累计 447mm。 3.5 内业数据处理 3.5.1 收敛监测分析原则 本次收敛监测主要通过以下 3 种途径来进行分析说明的： （1）根据收敛监测数据分别得到 A、B、C、D、E 各监测点的累积位移值。 监测点 A：累积位移值为正数时表示 A 点（拱顶）处向上变形（拱起） ，累积位移值为负数时， 表示 A 点（拱顶）处向下变形（下弯） ； 监测点 B、D：累积位移值为正数时表示该点处向拱圈内侧变形，累积位移值为负数时表示该 点处向拱圈外侧变形； 监测点 C、E：累积位移值为正数时表示该点处向拱圈外侧变形，累积位移值为负数时表示该 处向拱圈内部变形。 （2）计算出 A、B、C、D、E 各监测点的相对位移值，即收敛值(%)；然后做出各监测断面的收敛变 化过程历时曲线图对各断面随时间的收敛过程进行说明。该曲线图横轴表示时间（年 月 日） 、纵轴表示 相对位移值（收敛值（%）。即变量分析。 ） c、计算出各点的相对位移值（收敛值）后，再列表对照相关规范中所给出的允许相对位移值（允 许收敛值） ，便可总结出各断面的收敛变形程度。即数理分析。 3.5.2 数据处理原则 （1）对于拱顶 A 点，其收敛值△A=(hA -hA)/ hADE×100%； 其中 hADE= hA -(hD+hE)/2, △A 表示为 A 点的收敛值（用% 表示） A 为收敛监测过程中 A 点的 ，h 最后一次高程观测值，hA 为收敛监测过程中 A 点的初始高程观测值，hD、hE、分别为 D 点的初始高程
观测值、E 点的初始高程观测值，hDE 为观测点 D、E 初始高程观测值的平均数。 （2）对于拱肩处的 B 点，其收敛值△B=(yB -yB)/yBC×100%； 其中 yBC=yB-yC， △B 表示为 B 点的收敛值（用% 表示） B 为收敛监测过程中 B 点的最后一次 y ，y 方向的观测值，yB、yC 分别为收敛监测过程中 B、C 点在 y 方向的初始观测值。 同理，对于 C、D、E 点收敛值的计算方法如下： △C=(yC -yC)/yBC×100%； △D=(yD -yD)/yDE×100%； DE=yD-yE） （y △E=(yE -yE)/yDE×100%。 3.5.3 变量分析过程 （引）9+351 断面：拱顶累积位移 A 点-81mm、左拱肩 B 点累积位移 144mm、右拱肩 C 点累积位移 17mm、左边墙 D 点累积位移 447mm 、右边墙 E 点累积位移-62收敛变化过程线见图 2。
青龙水电站CⅡ标引水隧洞4#支洞9+351断面收敛变化过程线
收敛值（%）
3.5.4 数理分析过程 所有分析都在计算机上进行，通过对引水隧洞不同地质围岩收敛监测数据的分析与统计，总结出不 同地质围岩洞段、不同观测断面的收敛最大收敛值和最小收敛值的数理统计分析，与允许收敛值的对比 统计表.见表 2 所示。 Ⅳ类围岩收敛监测分析统计表（表 2）
测试点 记要 收 敛 值 （%） 断面桩号 A 顶拱 最大收 敛值 最小 收敛 值 B 左拱肩 最大收 敛值 最小 收敛 值 最大 收敛 值 C 右拱肩 最小收 敛值 D 左边墙 最大 收敛 值 最小收 敛值 E 右边墙 最大 收敛 值 最小收 敛值
附注：对于此类埋深﹥300m 的Ⅳ类围岩隧洞，其允许相对位移值（允许收敛值）（%）范围为：0.80～2.0
（引）9+351 测线位移—时间曲线
观测时间（年 月 日） 右拱肩C点 左拱肩B点
3.5.5 变量分析结果：对于本次变形监测所获数据，我部通过绘制各监测断面的收敛变化过程历时曲线 图来进行变量分析说明。 即以图表的方式来体现随着时间的变化， 各断面中每个监测点的收敛变化过程。 （1）洞段总体状况 该洞段围岩类别为Ⅳ类， 段内选出 1 个典型变形断面(引)9+351 进行变量分析。 该监测断面普遍在观 测周期的前 6~12 天内收敛值的变化幅度较大，收敛变化过程曲线图中该时间段内曲线呈明显上升趋势。 从监测的第 13 天至监测周期结束，断面收敛值基本趋于稳定，变化曲线呈平稳状发展。监测后期断面收 敛值虽已趋于稳定，但实际上这些断面内的钢架局部或全断面已处于极度变形状态。后续施工过程中若 遇到较大扰动极有可能导致垮塌、塌方等。 （2）断面具体情况 (引)9+351 该段面在观测周期的前 6~12 天内收敛变化过程历时曲线呈“S”型变化。说明断面的收敛 变化过程正常，可推断出断面处所立钢架已出现不同程度的破坏，甚至可能已出现扭曲或断裂现象。从 监测的第 13 天至监测周期结束，断面收敛值基本趋于稳定，变化曲线呈平稳状发展。 (3) 数理分析结果 对于本次变形监测所获数据，我部通过计算各观测点处的收敛值，整理出各断面中各观测点的最大 收敛值与最小收敛值，然后列表与允许收敛值对照（见收敛监测分析统计表 2） ，来进行数理分析的。 所有监测点的最大收敛值大部分超出允许收敛值范围，变形最严重的（引）9+351 断面 D 点（左边 墙）处收敛值为 5.150 ，将近是允许收敛值的上限 2.0 的三倍之多。 现场查看情况为：该洞段左侧拱脚有明显变形，挤压鼓出、扭曲变形，甚至侵占了 4.25 米设计衬砌 内边线线。现场情况与收敛监测所得结论相符, 洞段确实收敛变形。 3.6 信息反馈 根据以上量测成果，及时把围岩变化情况反馈给施工队伍， （引）9+350～9+360 根据开挖所揭示的 地质条件，对围岩类别鉴定为Ⅳ类。薄层～薄板状灰岩与花岗斑岩互层；灰黑色薄层～薄板灰岩呈条带 出露，嵌合弱；花岗斑岩节理裂隙发育，裂隙充填白色岩屑，嵌合弱；在左侧拱肩部位的条带灰岩中有 一小股状渗水。围岩完整、稳定性差，为确保施工安全，各方代表根据现场实际情况，确认对该段开挖 与加强支护参数，具体参数如下： (1) 桩号 9+350.0～9+360.0 段，开挖断面为 Ⅳ类（R＝4.85m） ； (2) 桩号 9+350.0～9+360.0 段，采用 I20b 型钢拱架支护，钢架中心间距 1.0～1.2m； (3) 在顶拱至左侧拱肩（沿设计开挖半径的岩面，6m 弧长范围）部位设置超前支护，超前支护采用 Ф 25、L=3.0m 超前锚杆，间距 25cm，循环间距 2.0～2.4m，仰角、外插角 8°～12°（超前锚杆具体设 置部位及循环间距由现场监理工程师根据围岩情况现场确定） ； (4) 钢架锁定锚杆采用Ф 25、L=3.0m 普通锚杆，间距 1.5m； (5) 纵向连接采用Ф 25 钢筋，间距 1.5m；
(6) 沿岩面挂φ 8@20×20cm 的钢筋网，喷平均厚 15cm 的 C20 砼； (7) 钢架宜紧贴岩面，局部少量脱空处采用 C20 砼回填密实； (8) 拱架与岩面空腔较大部位增设钢格栅副拱， 副拱紧贴岩面， 副拱纵向连接Ф 25 钢筋， 间距 1.2m； 锁定锚杆采用Ф 25、L=3.0m 锚杆间距 1.5m 布置，并沿空腔岩面挂网喷混凝土。 及时将以上围岩量测结果及建议的施工措施上报总承包项目部（简称 EPC）和监理单位，并得到批 复同意。由于初期支护符合围岩实际情况，顺利地通过了该段地质断层带，避免了塌方，保证了施工安 全和隧洞结构安全。 4、结束语 对于青龙电站引水隧洞开挖、支护、边顶拱衬砌，按施工规范要求进行了围岩量测，并建立了相应 数据库，为隧洞施工安全、质量、进度提供了准确有力的技术保证。 后方交会法围岩净空位移量测技术在青龙电站引水隧洞围岩变形收敛观测中，显示出方便、准确、 灵活、快速、适应性强的优点，克服了传统的接触式量测方式的缺点。随着隧洞施工深入，后方交会法 围岩净空量测技术逐步完善成熟，必将在隧洞施工中得到全面的推广应用。
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工业测量全站仪坐标测量精度检定方法
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全站仪用假定坐标怎样测量?已知点坐标我们可以随便假设X,Y,Z,那后视坐标,不可能随便假定吧、我现在把全站仪、架在测区,就随便架、架好后、就直接开机测了两个点、我用其中一做已知点
全站仪用假定坐标怎样测量?已知点坐标我们可以随便假设X,Y,Z,那后视坐标,不可能随便假定吧、我现在把全站仪、架在测区,就随便架、架好后、就直接开机测了两个点、我用其中一做已知点、一个做后视、定向也没问题、测完之后我传下数据,展在CASS上,点都在一块、和我在实地所测的不一样、后视定向也没问题啊、难道是我把仪器,在那,随便一架、就测得两个点、我错在那里?我该怎样解决?在补充一下、就是说现在这个测区(场地)要测土方量、什麽数据、已知点、控制点都没有、就一台全站仪、那我们就假定一个已知点的坐标、高程、那么后视点、怎麽假定、你随便假定一个坐标、那么定向就是决对错的…、.我现在不明白的地方就是着、后视坐标怎样来、怎样定向、小弟我、我的意思是我假定了已知点坐标(测站坐标),那后视坐标杂样得来、我不可能随便找个点后视吧!
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