《现代施工技术》结课作业专业：岩土工程学号：201010102004姓名：朱晨关于“大型水电站建基面开挖质量控制”的读书报告作者：朱晨单位：三峡大学土木与建筑学院1. 开挖质量控制的研究必要性西南地区蕴藏着我国70%的水资源，是现阶段乃至以后水利开发的重点区域。

地处青藏高原的东侧，西南地区受青藏高原近百万年来持续隆升的影响，形成了巨大的大陆地形坡降带，发育了长江（金沙江）及其主要支流（雅砻江、大渡河、岷江）以及澜沧江、怒江等深切峡谷。

这里不仅有丰富的水能资源，也有高陡边坡的地貌景观，水电开发与边坡开挖始终不可分割。

边坡开挖作为水电工程的关键工序，其质量、工期与整个工程安全、进度、成本等密切相关，一直是工程项目各方关注的焦点，而西南地区的高边坡开挖，更是存在地质条件复杂、施工难度较大等特点，其开挖质量管理和进度控制也显得难度较大，传统的测量方法在新的环境下显得“力不从心”，质检技术亟待革新。

因此，如何在新环境下加强施工管理，保障开挖质量，控制开挖进度，已成为新时期制约水电发展的瓶颈。

在以往的大型水电站边坡开挖施工中，往往执行“一炮一总结”制度，即每个梯段开挖完成后, 对超欠挖、平整度、起伏差等情况进行检测、统计，提出改进措施。

检测方法主要采取断面法或等值线法，在开挖前、开挖过程中和开挖后, 均按照监理工程师的指示和设计图纸要求进行采用全站仪等进行测量放样, 并严格控制放样精度。

开挖后根据一定的规则设置检测点[3]，采用全站仪、变形计、等仪器进行开挖质量检测，并反馈开挖方案改进措施。

然而在实际开挖和控制过程中，上述方法存在很大的局限性：（1）对于复杂开挖形态表面，为保证目标结构完整性，需要采集大量的测绘点加以描述，传统的测量技术如全站仪、高精度的GPS等属于单点定位测量方法，获取数据花费时间较长，效率低；（2）通常情况下水电工程所在地区地质条件相当复杂，传统方法在进行开挖质量检测点选取和测量时受地形影响较大，采集数据不全面，在检查超欠挖和平整度等指标时精度不高。

（3）在高边坡数据采集作业中，尽管环境因素复杂，人员和设备却必须亲临现场，无法实现远距离、无接触的测量，在人身安全和财产安全方面都存在隐患。

以上三点不足均与现代施工组织管理中科学化、精细化、以人为本的管理理念相悖。

2．三维激光扫描技术近年来，随着激光技术和电子技术的发展，一种新的测量技术——三维激光扫描技术逐渐走进了工程人员的视野[6]。

三维激光扫描技术是一个主动的非接触式测量技术。

该技术首先通过架设于地面的三维激光扫描仪，采用高速激光测量技术，以高精度、高密度离散点的形式，测量目标对象表面大量密集点的反射率和三维坐标信息，将各种大型的、复杂的、不规则的实景三维数据以点云的形式完整地采集到电脑中[7]，然后对观测数据进行处理，提取目标对象的矢量化三维空间形态信息，进而快速重构出其客观真实的三维模型。

利用三维激光扫描技术。

不仅能有效获取高精度三维数据，快速的进行转换处理，实现数据采集从静态点测量到动态的追踪和三维测量，通过动态的计算长度、面积、体积等重要工程数据[8]，为设计施工提供指导。

利用点云数据能够建立更为精确的三维实体模型[9]，以表达传统方法难以展现的细节信息，为决策提供有力的支持。

所采集的三维激光点云数据还可用于各种后处理工作(如：测绘、计量、应力分析、有限元分析、可视化仿真等)。

为科学研究和方案论证提供必要的分析基础。

随着三维激光扫描技术的日益成熟成本的不断下降，三维激光扫描仪从实验室走入了一般工程之中，成为大型工程必备的测量工具之一。

如今市场上主要的商用三维激光扫描仪具备了以下特点：（1）小型化且方便快捷。

其大小与全站仪接近，作业时只要有架设扫描仪的空间，即可完成点云数据采集工作，适合于西南峡谷地区测量作业；（2）数据采集速度快。

常规地面扫描仪的扫描点采集速度可达每秒钟数千点以上，某些型号的扫描仪的采集速度更可高达每秒数十万点，可以做到及时更新数据，对工程施工质量进行实施控制；（3）扫描精度高，一般可达毫米级，足以满足边坡工程测量及工程量计算的需要。

正是由于三维激光扫描仪的优良特性，该技术已经在城市三维建模、文物保护、逆向工程、地形测量、建筑物变形监测、竣工测量等诸多领域得到了广泛的应用，积累了一定了应用基础，也正在逐渐深入了岩土工程、地质工程领域，成为国内外研究的热点，被誉为“传统领域继 GPS 技术之后的又一次技术革命”。

但在边坡工程中，三维激光扫描技术的应用仍处于摸索阶段，如何有效利用点云数据，控制实际开挖轮廓，准确计算的相关工程数据，仍缺乏统一实用的标准。

在高边坡开挖工程中，有必要引入能够快速开挖形态点云数据的新方法——三维激光扫描技术，在并在保证点云精度的前提下，研究点云数据智能分析方法以及在开挖过程中的应用，对实现开挖质量和进度的科学化、精细化管理，具有非常重要的现实意义。

3.国内外研究现状由以往工程经验和研究成果来看，在进行开挖质量控制时，往往是通过严格的管理措施，在开挖前、开挖中、开挖后，分别进行精确测量放样，施工后选取大量检测点，用全站仪等精细化测量仪器进行施工质量检测和管理。

这种方法具有一定的实用性，许多专家学者结合开挖工程实例，进行了总结和分析。

2006年5月，阮爱国等在对三峡地下电站已开挖成型的洞室段进行检查时，每一检测桩号选择数十个断面、数百甚至上千的检测点，检查项目包括平整度、半孔率、孔距偏差及超欠挖情况。

通过大量点的统计结果，对开挖质量进行了评价。

2009年，张德高，张志斌[18]在其文章中提到：溪洛渡水电站右岸地下厂房岩壁梁岩台开挖过程中，测量放样中采用徕卡TCRP1202全站仪施测，每排炮爆后，质量管理小组及时进行质量检测，并提出钻孔精度提高及装药结构调整优化的具体措施。

2010年，朱红兵，孙志禹在溪洛渡拱肩槽开挖过程中总结分析了坝肩槽开挖时的质量控制措施，介绍了以爆破振动、多点位移、锚杆应力、锚索测力等监测数据为基础的实时监控系统以及建基面的检查验收结果，总结了溪洛渡拱肩槽精细化开挖技术。

上述传统的方式往往运用全站仪测量大量点的坐标数据，逐一检测施工参数，并与设计轮廓线相比较。

虽然可以达到要求的精度，但却费时费力，影响工程成本与工程进度。

而近年来，测量技术已经从单点测量发展到面测量，以地面三维激光扫描仪为代表的面测量工具在工程领域的应用越来越广泛，大大提高数据获取的效率。

国外对三维激光扫描技术的研究已经比较深入，形成了一套完善的体系，服务于各种不同的行业。

2000年三维激光扫描技术被美国宇航局NASA成功应用于太空计划，第一次体现了该技术的强大潜力。

在岩土工程领域，三维激光扫描技术也体现出了传统测量方法无法比拟的优势。

2003年9月美国华盛顿Cascade山区发生大规模泥石流。

加拿大Technical University of British Columbia使用三维激光扫描仪对发生的坍塌地区进行了扫描测量，对此次坍塌的土方量体积和地形变化情况进行分析。

2004年三维激光扫描技术被应用于美国加利福尼亚州海岸边坡监测，结果显示该技术相对于传统测量方法，在建立数字地形、变形计算、精确体积计算作用等方面的优势是非常显著的。

在国内，三维激光扫描技术的应用还非常少，与之相对应的研究工作也是在近些年来才刚刚开始。

但是，由于社会各界对三维激光扫描技术的极大关注和兴趣，近几年该技术的许多成果相继出现。

2000年12月份，由西北工业大学和法国MENSI公司成立的联合研发中心，主要开展大型工业及复杂场景的三维信息获取方面的研究工作。

2001年武汉测绘大学使用激光扫描测量系统解决了传统测绘方法不能很好解决的堆体变化监测的问题。

2008年何秉顺等将三维激光扫描技术应用于“5.12”地震后的堰塞湖快速测量中，实践证明，该技术具有测量速度快、精度高、人力使用少、适应复杂现场环境等优点，能为突发地质灾害抢险决策迅速地提供地形、堰塞体体积等资料。

尽管将地面三维激光扫描技术在变形监测和方量计算中己有一些先例，但仍然显得实用性不强，主要有两方面的原因：（1）没有充分发挥该技术的优势，未用于动态的工程质量控制，因而仪器的性价比相对不高（2）点云数据没有形成统一实用的理论和方法，特别是在点云数据预处理、工程参数分析等方面还有待更深入的探讨研究。

因此，结合前人研究成果，进一步完善三维激光扫面技术的在边坡工程中的应用，是很有必要的。

4.质量控制的指标边坡开挖作业中，往往通过以下四个指标来考察施工质量，即超欠挖、平整度，控制点，残孔率。

其中残孔率必须通过现场统计得到，运用点云数据难以识别，故不在本文考虑范围内。

通过阅读文献，总结超欠挖原因如下：以往超欠挖的识别方法，往往是以边坡设计开挖轮廓线为基准线，将实际开挖获得的轮廓线与基准线比较，基准线以外的部分称为超挖，基准线以内部分称为欠挖。

一般规定，设计边线不允许欠挖，要严格控制超挖，一般在20到30cm之间。

这种方法费时费力，不利于工程快速施工。

而采取三维激光扫描技术，可以将不同时段相同地段的点云数据叠加，通过差值快速计算出开挖方量，并与计划值相比较，得出超欠挖情况。

5.超欠挖的控制措施5.1技术措施1）提高钻孔质量爆破设计完成后,钻孔成为超欠挖控制的关键工序。

钻眼在按设计眼位开孔的同时,还必须掌握好钻眼方向和眼深的精度。

但由于受钻孔设备和钻孔技术的限制,钻孔方向、炮眼深度很难达到光爆要求,因此钻眼时要注意:周边眼开眼位置一般应使炮眼中心线落在轮廓线上,钻眼的斜率要根据孔深来调整,应保证周边眼眼底在开挖轮廓线外5 cm左右为宜;如果工作面不平整,应按实际情况调整炮眼深度及装药量,力求所有炮孔孔底落在同一个平面上;所有周边眼应保证同一个倾斜角度。

2）控制周边眼装药量控制周边眼装药量是控制边坡超欠挖的一项重要技术措施。

周边眼的装药量与岩石的物理力学性质、节理发育程度、炸药品种等因素有关,因此,应提前探测开挖进工作面所穿过岩石的性质、破碎程度,根据实际要求选择合适的孔间距、光爆层厚度和炸药品种,应用这些参数确定最佳的装药量。

5.2制度措施严格按照监理程序要求检查、严格按照批准的方案进行实施。

加强奖罚制度,强化内部管理：技术水平的提高是减少超欠挖的前提和最基本的措施。

但工人工资收入没有与掘进质量、材料消耗等挂钩的单位,超欠挖严重而工人工资收入与之挂钩的班组,隧道成型质量好,超欠挖也基本上控制在规定范围内。

因此各项目应制定和实施相应的奖罚条例,对控制好的应重奖,对控制不好或者差的应对相应责任人重罚直至清场。

事实证明,实行有效可行的管理措施,各项技术措施才能得以实施,它是控制超欠挖的关键。

5.3人员措施首先对有经验的司钻工控制周边眼,并尽可能长期固定;对新进场的人员必须进行理论培训和现场不少于10 d的跟班实习,然后再进行综合培训后经考核合格可正式施钻。