抽水蓄能电站地下洞室群施工测量的关键技术与变形监测研究

一、引言

随着能源结构的调整和对清洁能源需求的增加，抽水蓄能电站作为一种重要的储能方式，在电力系统中发挥着调峰、填谷、调频、调相和事故备用等作用。地下洞室群是抽水蓄能电站的重要组成部分，其施工质量和安全直接关系到整个电站的运行性能。施工测量作为地下洞室群施工的关键环节，对于保证洞室的位置、尺寸和形状符合设计要求至关重要。同时，由于地下洞室群开挖后会引起围岩应力重分布，导致围岩变形，因此对其进行有效的变形监测，及时掌握围岩的变形规律和趋势，对于保障工程安全具有重要意义。

二、抽水蓄能电站地下洞室群施工测量关键技术

2.1 地面控制网的建立

地面控制网是地下洞室群施工测量的基础，其精度直接影响到地下洞室的施工放样精度。在建立地面控制网时，应根据工程的规模、地形条件和测量精度要求，选择合适的测量方法和仪器。常用的地面控制网测量方法有 GNSS 测量、导线测量和边角网测量等。

GNSS 测量涵盖了全球多个卫星导航系统，包括我国的北斗卫星导航系统、美国的 GPS、俄罗斯的格洛纳斯系统以及欧洲的伽利略系统等，具有观测速度快、精度高、不受通视条件限制等优点，在抽水蓄能电站地面控制网建立中得到广泛应用。以我国北斗卫星导航系统为例，其在定位精度、信号稳定性等方面表现卓越，能够为工程测量提供可靠保障。在进行 GNSS 测量时，应合理选择观测时段，确保卫星信号的质量和数量。同时，要对观测数据进行严格的质量控制，剔除粗差数据，采用合适的基线解算方法和网平差模型，以提高控制网的精度。

导线测量和边角网测量适用于地形复杂、GNSS 信号受遮挡的区域。在进行导线测量时，应注意导线的布设形式和边长测量精度，尽量减少导线的转折角和边长误差的积累。边角网测量则综合了测边和测角的优点，通过观测角度和边长，提高控制网的精度和可靠性。

2.2 地下洞室的施工放样

地下洞室的施工放样是将设计图纸上的洞室位置、尺寸和形状在实地标定出来，为施工提供依据。施工放样的精度直接影响到洞室的施工质量和后续设备安装的准确性。常用的地下洞室施工放样方法有全站仪极坐标法、全站仪自由设站法和激光指向仪法等。

全站仪极坐标法是地下洞室施工放样中最常用的方法之一。该方法通过全站仪测量放样点的角度和距离，计算出放样点的坐标，从而将其标定在实地。在使用全站仪极坐标法进行放样时，应注意全站仪的对中、整平精度，以及后视点的选择和测量精度。同时，要对放样数据进行复核，确保放样结果的准确性。

全站仪自由设站法适用于地下洞室施工场地狭窄、通视条件差的情况。该方法通过在洞内任意位置设站，观测多个已知控制点的角度和距离，利用后方交会原理计算出测站坐标，然后进行施工放样。全站仪自由设站法具有设站灵活、测量速度快等优点，但对测量仪器的精度和观测数据的质量要求较高。

激光指向仪法主要用于地下洞室的轴线控制。在洞室开挖过程中，将激光指向仪安装在洞室的轴线方向上，通过发射激光束，为施工人员提供洞室轴线的方向指引。激光指向仪法操作简单、直观，能够有效地保证洞室开挖的方向准确性。但激光指向仪的测量精度受激光束的稳定性和洞室环境的影响较大，需要定期进行校准和维护。

2.3 贯通测量

贯通测量是地下洞室群施工测量中的关键环节，其目的是保证相向开挖的洞室能够准确贯通。贯通测量的精度直接影响到洞室的贯通质量和后续施工的顺利进行。贯通测量主要包括地面控制测量、地下控制测量和联系测量等。

地面控制测量和地下控制测量的精度要求应根据贯通距离和贯通精度要求确定。在进行地面控制测量时，应建立高精度的地面控制网，并对控制网进行定期复测，确保其精度的可靠性。地下控制测量则应根据洞室的布局和施工进度，合理布设地下导线或边角网，采用高精度的测量仪器和测量方法，提高地下控制

测量的精度。

联系测量是将地面坐标系统传递到地下的关键环节，其精度直接影响到地下洞室的贯通精度。常用的联系测量方法有竖井定向测量和斜井定向测量等。竖井定向测量可采用陀螺经纬仪定向、钢丝投点定向等方法，斜井定向测量则可采用导线测量或 GNSS 测量等方法（在具备卫星信号接收条件的区域）。在进行联系测量时，应严格按照测量规范要求进行操作，对测量数据进行多次观测和平差处理，确保联系测量的精度。

三、抽水蓄能电站地下洞室群变形监测

3.1 变形监测的重要性

地下洞室群开挖后，围岩原有的应力平衡状态被打破，会产生不同程度的变形。如果变形过大，可能导致围岩失稳、洞室坍塌等安全事故，影响电站的施工安全和正常运行。因此，对地下洞室群进行变形监测，及时掌握围岩的变形情况，对于评估围岩的稳定性、指导施工和采取相应的支护措施具有重要意义。通过变形监测数据的分析，可以了解围岩变形的规律和趋势，判断围岩是否处于稳定状态，为工程决策提供科学依据。

3.2 变形监测方法和技术

3.2.1 全站仪监测

全站仪作为现代测量领域的关键仪器，融合了测角、测距、测高差等多种功能，在地下洞室群变形监测中发挥着基础性作用。在实际应用时，首先需依据洞室的结构特点、潜在变形区域以及工程重点部位，在围岩表面精心选定观测点。这些观测点的布设犹如在洞室的关键节点上安置了“眼睛”，其分布既要涵盖洞室的拱顶、边墙、底板等常规部位，又要对断层、破碎带、节理裂隙密集区等地质薄弱环节予以重点关照，确保能全方位捕捉围岩的变形迹象。

全站仪操作过程中，测量人员需将仪器精确安置在稳定的测站位置，仔细完成对中、整平作业，以保证测量基准的准确性。随后，瞄准观测点上预先安置的棱镜，逐一测量水平角、垂直角与斜距。基于这些观测数据，结合测站的已知坐标，运用严密的坐标计算公式，便可推算出观测点的三维坐标。为获取可靠的变形信息，需按照预定的监测周期，如每日、每周或每月，定时重复上述测量流程。

对比不同时段观测点的坐标数据，借助简单的差值运算，就能精准确定其位移矢量，包括水平位移、垂直位移以及位移的方向变化。若某观测点在连续几次监测中，水平坐标向东持续增加，垂直坐标缓慢下沉，便可清晰判断该部位围岩正朝东南方向发生位移，且伴有下沉趋势。全站仪监测精度颇高，在良好观测条件下，平面位置测量精度可达毫米级，高程精度亦能满足工程变形监测的严苛要求，这为及时察觉细微变形提供了有力保障。

结论

抽水蓄能电站地下洞室群施工测量的关键技术对于保证洞室的施工质量和安全具有重要作用。通过合理建立地面控制网、采用先进的施工放样方法和精确的贯通测量技术，能够确保地下洞室的位置、尺寸和形状符合设计要求。同时，变形监测作为保障地下洞室群安全运行的重要手段，通过选择合适的监测方法和技术，对监测数据进行科学的处理与分析，能够及时掌握围岩的变形情况，评估围岩的稳定性，为工程决策提供依据。在实际工程中，应根据工程的具体情况，综合运用各种施工测量和变形监测技术，加强对地下洞室群施工过程的监控和管理，确保抽水蓄能电站的顺利建设和安全运行。未来，随着科技的不断进步，施工测量和变形监测技术将不断发展和创新，为抽水蓄能电站地下洞室群的建设提供更加可靠的技术支持。

参考文献

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