對(duì)水利工程建設(shè)中各類測(cè)量平面控制網(wǎng)的分析

孔 斌

(安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州安順561000)

0 引言

測(cè)量在水利工程建設(shè)中占有非常重要的地位，它伴隨著工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段。在工程建設(shè)的每個(gè)階段一般都要建立相應(yīng)的測(cè)量平面控制網(wǎng)，而且這些平面控制網(wǎng)最好在建立方法、精度等方面因時(shí)、因地制宜，否則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差或數(shù)據(jù)模糊，影響工程建設(shè)的進(jìn)度與質(zhì)量。目前常用的測(cè)量平面控制網(wǎng)主要有3類:

1)由國(guó)際組織在全球范圍建立的大地測(cè)量參考框架，簡(jiǎn)稱全球控制網(wǎng)。

2)各國(guó)測(cè)繪部門在自己國(guó)家內(nèi)部測(cè)量時(shí)建立的區(qū)域性大地測(cè)量框架，簡(jiǎn)稱國(guó)家控制網(wǎng)，

3)不同種類的工程項(xiàng)目在測(cè)量時(shí)建立的空間位置參考框架，簡(jiǎn)稱工程控制網(wǎng)。

水利工程建設(shè)中使用的參考框架就是工程控制網(wǎng)中的一種。在水利工程建設(shè)過(guò)程中，常用的平面控制網(wǎng)主要有3種，即測(cè)圖平面控制網(wǎng)、施工平面控制網(wǎng)和變形平面控制網(wǎng)。由于這3種測(cè)量平面控制網(wǎng)針對(duì)的工程階段不同，坐標(biāo)系方式、精讀、點(diǎn)位密度也會(huì)不同。

1 測(cè)圖平面控制網(wǎng)

測(cè)圖平面控制網(wǎng)是為測(cè)繪各種大比例尺地形圖和橫縱斷面測(cè)量而建立的具有必要精度的平面控制網(wǎng)。在水利工程建設(shè)的準(zhǔn)備階段，需要確定開(kāi)放方案、測(cè)量回水面積、計(jì)算庫(kù)容及水庫(kù)選址等，這些活動(dòng)都要在相應(yīng)比例尺的地形圖上進(jìn)行[1]。

因此在做準(zhǔn)備工作之前，首先要建立一個(gè)測(cè)圖平面控制網(wǎng)。測(cè)圖平面控制網(wǎng)的建立首先要確定坐標(biāo)系，對(duì)于水利工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代一般都采用國(guó)家正形投影3°帶坐標(biāo)系統(tǒng)，當(dāng)投影長(zhǎng)度變形值 ＞5 cm/km時(shí)，一般采用高斯正形投影任意帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。坐標(biāo)系的建立不能太死板，一定要根據(jù)建筑物的不同、測(cè)區(qū)范圍與中央子午線的遠(yuǎn)近等來(lái)確定。水利工程建設(shè)的數(shù)據(jù)需要相當(dāng)?shù)木?，因此測(cè)圖平面控制網(wǎng)也要確保一定的精度，至于具體的點(diǎn)位精度可以依據(jù)比例尺的大小調(diào)整?！端姽こ虦y(cè)量規(guī)范(SL197—97)》中規(guī)定三、四、五等基本平面控制最弱相鄰點(diǎn)點(diǎn)位誤差≤圖上±0.05 mm。比如要測(cè)繪1∶1 000的比例尺地形圖，實(shí)際的誤差就是≤5 cm[2]。

在計(jì)算大比例尺測(cè)圖平面控制網(wǎng)的必要精度時(shí)，可以根據(jù)不同的情況采用不同的計(jì)算方案，從而確定滿足要求的最大比例尺。例如在已有二等網(wǎng)下再進(jìn)行布網(wǎng)加密，那么在相應(yīng)的布網(wǎng)方案及最低解析點(diǎn)的測(cè)量誤差下，滿足要求的最大測(cè)圖比例尺就可以計(jì)算出來(lái)[3]。假如取二網(wǎng)Ⅰ的精度為 1/200 000及 1/150 000兩種，二網(wǎng) II的精度為 1/80 000，則可取的最大比例尺詳見(jiàn)表[1]。

表1 二網(wǎng)下布網(wǎng)加密可取最大比例尺方案

從表1中可以看出，在3個(gè)等級(jí)的三角測(cè)量和導(dǎo)線測(cè)量中，當(dāng) y=1，x=0.75，δ= ±0.1 mm時(shí)，二網(wǎng)I能滿足1∶2 000的比例尺要求;而二網(wǎng)II則只能滿足＜1∶2 000的比例尺測(cè)圖要求。因此在實(shí)際測(cè)繪過(guò)程中，要在滿足需要的精度條件下繪制最大比例尺的地形圖。

2 施工平面控制網(wǎng)

施工平面控制網(wǎng)的建立主要是為了滿足施工放樣的需要。施工測(cè)量需要按照設(shè)計(jì)和施工的要求將建筑物的位置、形狀、大小等在地面表示出來(lái)，以放樣施工。例如，在水利隧道的建設(shè)中要盡力一定精度的平面施工控制網(wǎng)，施工時(shí)將相應(yīng)的坐標(biāo)系通過(guò)洞口、豎井傳遞到洞內(nèi)，然后在洞內(nèi)采用導(dǎo)線測(cè)量方法建立洞內(nèi)控制系統(tǒng)，從而確定相向開(kāi)挖的方向。施工平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系一般是獨(dú)立的，與測(cè)圖平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系比較接近，要求投影面與工程的平均高程面一致，這樣可以提高建筑物的放樣精度。對(duì)于施工平面控制網(wǎng)的精度，《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》也有要求規(guī)定:“獨(dú)立的平面控制網(wǎng)，應(yīng)利用勘測(cè)設(shè)計(jì)階段布設(shè)的測(cè)圖控制點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)，在條件方便時(shí)，在條件方便時(shí)，可與鄰近的國(guó)家三角點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，聯(lián)測(cè)精度不得低于國(guó)家四等網(wǎng)的要求。”施工測(cè)量平面控制網(wǎng)的精度與建筑物的材質(zhì)與地形等都有很大的關(guān)系，不同的建筑物需要的精度不一樣，所能承受的誤差也不一樣。在進(jìn)行水利工程建設(shè)時(shí)，一定要了解不同類型建筑物的施工測(cè)量精度指標(biāo)。主要的施工測(cè)量精度指標(biāo)詳見(jiàn)表2。

表2 施工測(cè)量主要精度指標(biāo)

目前，在水利工程的建設(shè)中常用的是GPS施工控制網(wǎng)，在布設(shè)GPS施工控制網(wǎng)時(shí)一般分為基本網(wǎng)和定線網(wǎng)兩級(jí)進(jìn)行布設(shè)。定線網(wǎng)的控制點(diǎn)可直接用于水利工程建筑物的放樣，因此選擇點(diǎn)位時(shí)要盡量便于施工放樣。一般情況下，定線網(wǎng)的控制點(diǎn)應(yīng)布設(shè)成平面和立體交叉，從定線網(wǎng)點(diǎn)放樣建筑物輪廓點(diǎn)常用極坐標(biāo)法或前方交會(huì)法?；揪W(wǎng)的精度設(shè)計(jì)一般有2種方式:①由定線網(wǎng)推定基本網(wǎng)精度;②根據(jù)建筑物之間的松散關(guān)系確定基本網(wǎng)精度。無(wú)論采用哪種方式，施工平面控制網(wǎng)的基本點(diǎn)一定要選擇在地理位置好，遠(yuǎn)離振動(dòng)和爆破地帶、干擾較小的地方，從而保證施工測(cè)量控制網(wǎng)的穩(wěn)定性。

3 變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)

變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)是為工程建設(shè)施工過(guò)程和竣工后運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行建筑物變形監(jiān)測(cè)而建立的專用控制網(wǎng)。水利工程項(xiàng)目往往會(huì)改變?cè)械淖匀伙L(fēng)貌，水利建筑物會(huì)使該地地表承受過(guò)多的地基壓力，如果是建設(shè)水庫(kù)，龐大體積的庫(kù)水會(huì)給地表形成強(qiáng)大的壓力，也使地表?yè)跛ㄖ惺芰司薮蟮乃酵屏?。這些都可能影響到建筑物及其與兩岸連接地段的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生變形。因此在水利工程項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)期間一定要進(jìn)行相應(yīng)的變形監(jiān)測(cè)，對(duì)變形體進(jìn)行測(cè)量，以確定其變形的特征。對(duì)變形體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建立變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)，一方面可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀況，進(jìn)行安全預(yù)警，并及時(shí)的進(jìn)行改造或防護(hù)，防止事故的發(fā)生，另一方面也可以積累變形經(jīng)驗(yàn)，掌握相應(yīng)的數(shù)據(jù)，為未來(lái)工程的設(shè)計(jì)和監(jiān)管提供依據(jù)。

變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系建立并沒(méi)有一定的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)闊o(wú)論以什么為基點(diǎn)建立坐標(biāo)系，其側(cè)重的是其中的數(shù)據(jù)變化。但是一般也有兩個(gè)可以遵循的原則，即當(dāng)監(jiān)測(cè)的對(duì)象是不規(guī)則形狀時(shí)，可以以旁邊的大地標(biāo)準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，當(dāng)變形體是有規(guī)則的形狀時(shí)，最好以變形體為標(biāo)準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，這樣可以更方便的看出變形體隨時(shí)間的變化。

變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)的精度一般要比測(cè)圖平面控制網(wǎng)和施工平面控制網(wǎng)的要求高，因?yàn)樽冃伪O(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)所關(guān)注的是一些細(xì)微的變化，而這些細(xì)微的變化卻有著重大的影響?！端姽こ虦y(cè)量規(guī)范(SL59—93)》中規(guī)定了變形監(jiān)測(cè)位移誤差量，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 變形監(jiān)測(cè)位移誤差量表

從表3可以看出，變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)允許的誤差量是非常小的，充分體現(xiàn)了變形監(jiān)測(cè)的重要性。

4 結(jié)論

在水利工程建設(shè)中需要建立不同的平面監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，其中主要有測(cè)圖平面控制網(wǎng)、施工平面控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)，這3種平面控制網(wǎng)在坐標(biāo)系選擇、精度設(shè)置等方面有很大的不同，其中變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)對(duì)精度的要求最高。

[1]張占勝.對(duì)水利工程建設(shè)中各類測(cè)量平面控制網(wǎng)的分析[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010(28):179－181.

[2]李志剛，康學(xué)利.水利樞紐GPS施工平面控制網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)[J].山西電力，2002(12):45－48.

[3]魯林成，章書壽.關(guān)于計(jì)算大比例尺測(cè)圖平面控制網(wǎng)必要精度的幾個(gè)問(wèn)題[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，1964(04):275－290.