摘要：竖井开挖施工对测量而言，重要的工作有控制测量、反井钻机垂直度控制、过程测量控制、激光指向仪安装、日常开挖施工放样、贯通测量、资料整理等。本文以响水涧抽水蓄能电站施工测量为背景，探讨竖井控制测量、日常开挖测量放样、开挖竣工形体测量、满足规范精度等问题。
关键词：竖井开挖、垂直度控制、激光指向仪安装、放样、精度
1 、概述
安徽 响水涧抽水蓄能电站 位于安徽省芜湖市三山区峨桥镇境内，距繁昌县城约 25km ，距芜湖市约 45km 。 电站装机容量为 1000MW （ 4×250MW ）， 为日调节纯抽水蓄能电站，电站由上水库、输水系统、地下厂房系统、开关站和下水库等建筑物组成， 安装四台可逆式水泵水轮发电机组，电站属大 (2) 型二等工程。
响水涧抽水蓄能电站引水竖井洞中心间距为 24m ，洞径为Φ 7.4m ，引水竖井中心线分别与引水上平洞、引水下平洞中心线交点间的高度作为引水竖井的高度， 1# 、 2# 、 3# 、 4# 竖井分别为： 220.62m 、 219.5m 、 218.38m 、 217.26m 。四条引水下平洞中心线在同一平面高程 EL-51.05m 。
施工局主要承担地下 厂房及输水系统，输水系统主要有引水上平洞、引水竖井、引水下平洞、尾水洞等工程的施工。
2 、利用资料 及测量设备
（ 1 ）地下厂房、引水竖井及上、下平洞，尾水洞施工开挖、支护图 。
（ 2 ）华东测绘有限公司提供 、 监理公司审核的Ⅱ等控制复测成果 ( 电 站独立坐标系、 1956 年黄海高程系 ) ；施工局完成的加密控制成果。
（ 3 ）测量设备：采用 Leica TCR702( 2 ″级 ) 全站仪，激光指向仪等辅助设备。
3 、控制测量
根据规范要求，本次洞内控制应满足四等导线精度要求。平面控制网相对于同级起始点的中误差小于± 10mm 。
3.1 控制技术指标
埋点：控制点沿形成开挖洞室布置，采用Φ 24 长 50cm 钢筋深埋基岩。仪器： Leica TCR702(2 ″级 ) 及配套附件。
技术要求：水平角左右角各三测回，边长往返观测各二测回， 垂直角往返各三测回。
达到精度指标：按左右角闭合差计算的测角中误差为 1.5 ″；对向观测平均值测距中误差为 1.4mm ，平均边长相对中误差为 1/64000 。
计算平距用垂直角经过两差改正，观测边经气象、加、乘常数改正，改正后观测边投影至测区选定高程面 118.3m 。
3.2 竖井控制形成
根据规范和实际情况以满足开挖精度要求为前提，导线控制等级选定为四等。
施工局承担的引水上平洞 K0+15 以后的和水电五局承担的 K0+15 以前的开挖工作均已完成，经过协商两方同时进行控制点的复核测量。引水上平洞的控制点从Ⅱ等控制网引测，经 1# 施工支洞引进至 1# ~ 4# 引水上平洞 SC4 、 SC6 两点。引水下平洞的控制点从Ⅱ等控制网、交通洞、 2# 施工支洞、 4# 施工支洞、引水下平洞、尾水洞组成一个贯通控制网。
经两方测量平差后的结果对比，均满足规范要求，控制点精度在允许的误差以内。
为保证四条竖井开挖精度， SC4 、 SC6 两点作为今后竖井施工控制基准点。需要明确的是洞内贯通成果应用到开挖甚至竖井施工结束，控制点位稳定、可靠非常重要，另外精度必须满足规范贯通要求。上平洞引测竖井控制点与下平洞引测控制点精度上要求匹配，事实上形成竖井系统洞外贯通测量。
4 、引水竖井施工放样
220 米 的引水竖井施工我局是首次。施工特点是开挖难度大，安全隐患大，导洞的施工尤其困难。要确保引水竖井的开挖贯通，测量应服务好各阶段的施工，测量控制精度是引水竖井顺利贯通的关键工序之一。
施工局根据现场实际情况采用反井钻机进行导洞施工。长沙产 AT2000 型反井钻机参数：钻机导孔直径为 250mm 、扩孔直径为 1500mm 、钻井偏斜率小于等于 1% 、钻井角度 600 ~ 900 。项目部在引水竖井施工中，采用的施工钻机角度控制为 900 。
反井钻机先是自上向下钻出直径为 250mm 的导孔，再自下向上扩孔，扩孔直径 1500mm 。
4.1 反井钻机的垂直度控制
反井钻机自身没有控制角度设备，如何对反井钻机的垂直度进行控制就成为测量的一大难题。经过对机器的观察，厂家专业人员的介绍，钻机的钻杆控制是由左、右机架来承担的，机架的角度控制就是钻杆的角度控制，机架的控制槽和外部在机床加工过程中严格控制平行度和平整度，设计时就考虑在机架外部用测量工具来控制机器的垂直度，在机架上用测量仪器控制钻机的垂直度。
反井钻机需要平台来安置机器，在浇筑好的砼平台上放出竖井的中心点，钻机就位时钻杆的中心对准竖井中心点，对钻机进行粗调，使机架基本垂直，粗调后看钻杆中心是否在竖井中心点上，如在竖井中心点就可以对机器基座和车架固定，如没有对准竖井中心点就需要对整台机器平移，使钻杆中心和竖井中心点对准，然后固定基座和车架。
4.2 垂直度控制的实施
机架为一长方体立柱，首先用测量仪器观测机架使其调整为垂直，然后在机架一侧面上做两点来控制机器的垂直度，这两点必须在一铅垂线上。因反井钻机在放置时为了各方操作的方便，钻机车架轴线和引水上平洞轴线垂直的方向放置钻机。机架上的点做在机架侧面，这样只能控制机器 ( 垂直度 ) 左、右方向，前后方向如从新在前机架面上再做两点来控制机器的前后方向，这样操作麻烦，并且前机架面上的点也没有办法用仪器观测，因此还是通过机架侧面上点、来观测机架侧面到控制点距离来控制。以后观测就只需对一侧面的两个点观测就可以控制机器钻杆的垂直度。点做好之后量取两点间的距离为 2.2 米（此距离在做点时可以自行控制）。
用全站仪对钻机进行控制，在控制前首先要对精度要求进行计算，竖井高度是已知的，但实际要钻进的深度是小于竖井中心线和引水上平洞及引水下平洞中心线交点间的距离。没有对其实际钻进高度测量，用中心线交点间的距离计算，此距离大于钻机所要钻进竖井的深度，同等条件下，对钻机的垂直度也就要求要高一点。
反井钻机的偏斜率小于等于 1% ，以 1# 竖井为例，钻机在 1# 竖井中的最大偏斜值为 2.21m ，扩孔的半径为 0.75m ，因此反井钻机自身所需竖井最小半径为 2.96m 。以上情况要求测量控制绝对准确，但是四条竖井的设计直径 7.4m ，下弯段最小直径 6.4m ，那么对测量控制有了较大的空间。在测量控制上要求机架上两点间的偏差值控制在 2mm 以内。可以计算出，当两点间的偏差为 2mm 时， 220m 处的位移为 2cm 。如果几种偏差值正好重合在同一方向，叠加起来为 2.98m ，在竖井开挖中导洞只要在竖井设计开挖边线以内就是合格的。因此理论上满足要求，其它岩石因素，人为操作因素等是所不能控制的。
测控时先从引水上平洞附近的控制点引测一控制点到引水上平洞，引测的点尽量正对反井钻机上控制点面，方便测量，此点还需作为固定点，以后对机器的定期检查用同一点就减少在引点时产生的误差，测控中因机架是一光滑面，采用全站仪自身的激光无棱镜测量，通过望远镜中的十字丝对准机架上的控制点，测出点的坐标，进行调整。测量靠近基座的点，在测量靠近机架顶部的点，计算出差值。以靠近基座的点作为基准调整机架，如此重复操作，直到两点的坐标差值在允许的范围内，最后在测出两点的坐标并做记录存档。因为在粗调时已经使钻杆中心和竖井中心对准，机架调整后会有偏差，但此时的偏差很小，对整体施工并没有影响，如需知道准确的差值，机架上点与钻杆中心的距离在做点时已经测量出的，可以计算出钻杆中心实际的坐标。
4.3 过程测量控制
钻进 1m 左右需对钻机的垂直度进行检测，随着钻进深度的增大，检测的距离间距也随之曾大。达到 30m 以后就无需对钻机进行检测，因为其钻杆的长度过长，在岩石等作用下发生弯曲变形是测量所不能控制的。在 1# 竖井导洞打通后对其钻杆的偏斜值进行测量，并记录存档。 1# 竖井偏斜值超出了竖井设计半径的范围，经调查确定因反井钻机首次使用，操作技术人员对机器操作还不够熟练和岩石的问题所造成。同时也说明一个问题反井钻机自身的偏斜率和其它偏斜率重合，可以初步确定反井钻机自身的偏斜方向。在 2# 竖井中反井钻机的控制时，对钻机的偏斜度进行了人为地控制，在 2mm 的坐标差值范围内，使钻杆方向和 1# 竖井下口钻杆的方向相反，也就是控制的偏斜方向和钻机自身偏斜方向相反，结果显著。经过各方人员的密贴配合，操作逐步的熟练， 3# 、 4# 井的偏斜值明显减小。下面是四条竖井开钻时上口钻杆中心和打通后下口钻杆中心坐标值表。
| 名称 | 点名 | 实 测
偏心距 |
实测
桩号 |
实测
高程 |
设计
偏心距 |
偏心差
（ m ） |
设计
桩号 |
桩号偏差（ m ） |
| 1# 竖井 | 上口 | 0.005 | 34.960 | 166.220 | 0.000 | 0.005 | 35.000 | -0.040 |
| 下口 | 0.134 | 38.412 | -46.173 | 0.000 | 0.134 | 35.000 | 3.412 | |
| 2#
竖井 |
上口 | 0.003 | 49.010 | 165.160 | 0.000 | 0.003 | 49.000 | 0.010 |
| 下口 | 0.256 | 50.903 | -46.207 | 0.000 | 0.256 | 49.000 | 1.903 | |
| 3# 竖井 | 上口 | -0.002 | 62.994 | 163.779 | 0.000 | -0.002 | 63.000 | -0.006 |
| 下口 | 0.730 | 64.440 | -46.059 | 0.000 | 0.730 | 63.000 | 1.440 | |
| 4# 竖井 | 上口 | 0.006 | 76.997 | 162.268 | 0.000 | 0.006 | 77.000 | -0.003 |
| 下口 | -0.637 | 77.986 | -46.081 | 0.000 | -0.637 | 77.000 | 0.986 |
4.4 扩挖测量
反井钻机形成的导洞为Φ 1500mm ，然后是人工扩挖，人工扩挖分两次进行，第一次人工扩挖是把洞径放大到 3.5M 左右，此次扩挖不需要测量放样，也不能以导洞为中心向四周扩挖，但如果导洞的偏斜率较大，以导洞为中心扩挖，导洞偏向面可能会超出设计开挖边线。特别需要让现场施工人员明确导洞偏斜值，在钻孔时可以自行调整，保证开挖在设计边线以内。
第二次人工扩挖（即成型扩挖），成型扩挖需要准确的测量放样，在竖井开挖中运用全站仪放样是非常困难的，采用全站仪配合激光指向仪对竖井放样，这种方法相对其他方法明显的提高了安全系数、缩短了放样时间、提高了放样精度并且操作简单。
在竖井开挖深度为 25m 以前用全站仪及垂球放样，超过就需要安装激光指向仪，之所以选择 25m 的高度以后安装，是因 25m 以后运用垂球比较困难， 25m 以后安装可以保证激光指向仪和标靶距离掌子面有一定的距离，放炮时不被飞石破坏标靶。
4.5 激光指向仪的安装
① 在近井点处引一点架设全站仪，此点必须保证能够通视 a 、 b 、 c 三处，全站仪架设在此点上分别放出 a 、 b 、 c 三处的坐标， a 点 Y 值为 0 ， X 值为已算出的里程桩号（注：此点和设计边线有一定距离，也不能太靠近中心，防止激光被吊篮挡住，距离要保证激光完全能照射到掌子面也要方便施工，根据实际施工需要距离设计开挖边线 25 ~ 30cm ）， b 、 c 两点 X 值为竖井中心里程桩号， Y 值和 a 点的 X 值一样需要计算距离设计开挖边线的距离。
② 在 a 、 b 、 c 三处已插好的锚杆上焊接制作好的激光指向仪固定件，固定件的中心必须在竖井轴线上，偏差值为± 1cm ，此值可根据固定件中激光指向仪的平移空间确定。激光指向仪固定件要有一定的抗震性，还要有保护激光指向仪的装置，防止放炮时的震动或飞石改变激光指向仪的位置方向。（注：锚杆最好采用Φ 32 的钢筋深埋基岩，保证足够的稳定度，最好用三根锚杆围绕预设的安装点以三角形埋设，最少需要两根并排埋设）。
③ 安装标靶 1 ，以 c 激光指向仪的标靶安装为例，标靶 1 焊接在预先埋设好的锚杆上，标靶 1 的中心基本在激光指向仪固定件的中心线方向，标靶 1 距离激光指向仪固定件的距离为 20 ~ 25cm ，距离过小测定照射孔点时棱镜则无法放置，距离过大就失去了对激光指向仪的保护作用。标靶用铁板做成 15 ~ 20cm 四方形为宜。
④ 测定出激光指向仪固定件中心的坐标，在标靶 1 上放出激光照射孔点坐标 A1 （ X,Y,H ）， X 为竖井中心桩号， Y 为激光指向仪固定件中心实测偏距， H 为标靶 1 实测高程。对标靶 1 上 A1 点钻孔、孔的直径应在 0.3 ~ 0.6cm 以内，过小通过照射孔的光太少，过大精度难以保证，测出钻孔后激光照射孔的实际坐标 A1 （ X,Y,H ）并记录数据。测出标靶 2 上 A2 点， A2 的 X 和 Y 值同标靶 1 上 A1 点的 X 和 Y 值相同，在激光指向仪固定件上安装好激光指向仪，通过对激光指向仪的调节使激光通过标靶 1 上 A1 孔照射到 A2 点，使激光的中心对准 A2 点，然后在 A2 点上钻孔使激光通过标靶 2 照射到掌子面。用同方法完成另两只安装。
⑤ 激光指向仪安装已经完成，需要检查激光是否合格，根据图形可以看出对每条竖井安装三只激光指向仪，并且都在轴线上， b 、 c 在 Y 轴上， a 在 X 轴，它们构成了一个三角形， b 、 c 的坐标已知，可以计算出 b 、 c 两点间的距离，也可算出 b 、 c 分别到竖井中心的距离，这样在放样时就可以找到竖井的中心点， a 点主要起到一个检测的效果，因为它们够成一个三角形，三点坐标又已知，可以求出三边的长度，利用三角形的稳定性，每次放样前先量取三边的长度以确定三点的位置是否出现位移现象。
⑥ 激光指向仪的标靶每隔一个星期检查一次，在平时的放样中只需对掌子面上的激光点组成的三角形以量取三边的方式检查。
⑦ 精度的要求 根据《水利水电工程施工测量规范》要求：土石方开挖平面位置限差和高程限差均为± 50mm 。根据现场实际情况和仪器的倾角极限，确定标靶 2 距离标靶 1 不小于 10m 。标靶 1 安置位置在竖井上口附近。全站仪只能架设在激光指向仪 a 的对面，当确定激光 a 的标靶 2 时，由于平面距离长一点，仪器能够测到标靶 2 的位置相对远一点，反之 b 、 c 的标靶 2 和全站仪的平面距离就近一些，标靶的位置相对近一些。对标靶 1 和标靶 2 之间的相对平面坐标的差值要求控制在 2mm 内。假设两个标靶距离为 10m ，平面坐标差值 2mm ，计算得出 1# 竖井打通后的激光平面位置偏差值为 4.4cm 左右，完全满足规范要求。竖井完全打通后对激光平面位置检查偏差值仅为 2cm 。因为竖井开挖中高程对放样没有影响，高程采用测绳控制挂在井口已知点处即可。
4.6 竖井开挖断面的测量
竖井开挖断面的测量，根据要求每间隔 5m 必须测量一次断面，和放样时一样用激光找出竖井中心，在半径方向上量取实际超挖的方法测量，在量取时必须以激光 a 、 b 、 c 某一个点为起点开始量取，否则会造成竖井圆的方向位置的错乱，在量取了一个点距离圆心的距离后，还必须量取此点和上一个点在竖井设计半径上弦的长度，记录下它们的数据，在内业中对数据计算处理画出竖井断面图。
5 、结语
竖井施工因采用开挖设备、开挖程序等原因，测量手段各有不同。但测量基本流程是一致的，只有正确领会施工流程、熟悉规范条款、采用符合需要手段才能更好完成竖井测量。
文中代表个人在实际工作中应用体会，有些内容可能缺少共性，与规范要求也有部分出入。不妥之处望同行指正。