水利樞紐施工控制網(wǎng)建設(shè)中若干問(wèn)題的探討

白國(guó)榮+柯衛(wèi)宏

摘 要：利用GPS技術(shù)在水利樞紐施工控制網(wǎng)建設(shè)中經(jīng)常會(huì)遇到通視條件差，布點(diǎn)位置局限，距離較近，觀測(cè)條件差等問(wèn)題，在施工控制網(wǎng)選點(diǎn)、觀測(cè)、解算中如何避免無(wú)效觀測(cè)，提高觀測(cè)精度、驗(yàn)證和考證觀測(cè)結(jié)果，本文通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了分析，并在工程運(yùn)用中得到了很好的實(shí)施。

關(guān)鍵詞：控制網(wǎng) 選點(diǎn) 觀測(cè) 處理 驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：TV523 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0031-02

某南疆水利樞紐建立施工控制網(wǎng)，測(cè)區(qū)位于山區(qū)陡峭，河道為山谷的狹隘區(qū)域，施工控制網(wǎng)主要為攔河壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔放空排沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房、生態(tài)基流發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電廠房等水利設(shè)施和施工道路開(kāi)挖等施工所用，其中擋水建筑物、泄洪洞及發(fā)電洞進(jìn)水口為1級(jí)建筑物；發(fā)電引水隧洞、電站廠房、生態(tài)發(fā)電引水洞及其廠房為2級(jí)建筑物；多數(shù)的洞室施工都是對(duì)向開(kāi)挖，甚至還有施工支洞，例如發(fā)電引水隧洞長(zhǎng)約6 km左右，包括進(jìn)、出口還有2個(gè)施工之洞；各洞口的施工控制網(wǎng)布點(diǎn)位置局限，距離較近，觀測(cè)條件不好，基本上三面環(huán)山，衛(wèi)星的觀測(cè)顆數(shù)及所構(gòu)成的空間分布受到限制。

平面控制網(wǎng)基本網(wǎng)（首級(jí)控制）等級(jí)為二等，各控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)成為一整體，沒(méi)有增設(shè)加密點(diǎn)；高程基本網(wǎng)為二等，加密為三等，平面點(diǎn)標(biāo)石為混凝土觀測(cè)墩（1.1～1.3 m高度），墩頂裝有強(qiáng)制對(duì)中設(shè)備，觀測(cè)墩的底座上埋有水準(zhǔn)標(biāo)志，便于施工控制網(wǎng)的使用。

使用的設(shè)備主要有Trimble雙頻GPS接收機(jī)8臺(tái)套（標(biāo)稱精度：5 mm+0.5 ppm×D），日本Sokkia NET05智能型全站儀1套。（標(biāo)稱精度：0.5″，0.8 mm+1 ppm×D），用于邊長(zhǎng)的檢測(cè)和驗(yàn)證。

執(zhí)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》（SL197-97）和《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》（SL 52-93）。使用的處理軟件為隨機(jī)商用軟件《Trimble Business Center》，和武漢大學(xué)編寫的《科傻GPS數(shù)據(jù)處理軟件》。

1 選點(diǎn)

施工控制網(wǎng)點(diǎn)通常密度較大、精度較高、使用頻繁、受施工干擾大，有可能隨工程開(kāi)挖遭到破壞，此外還必須考慮施工的便利性和控制點(diǎn)必要性，尤其在水利樞紐區(qū)域還會(huì)遇到通視條件差，地質(zhì)條件不穩(wěn)定，點(diǎn)位之間距離較近，觀測(cè)條件差、布點(diǎn)位置局限的狀況，在本次在項(xiàng)目中更加突出這方面的情況，技術(shù)方案中，控制網(wǎng)點(diǎn)的平面位置采用的是GPS觀測(cè)，測(cè)區(qū)又屬于高山區(qū)，視場(chǎng)內(nèi)障礙物的高度角的基本都大于15°、布設(shè)的點(diǎn)位根據(jù)施工、地形、地質(zhì)和觀測(cè)等條件太局限，部分點(diǎn)與點(diǎn)之間為了保持通視，距離很近，而且有個(gè)別點(diǎn)選在高壓線或發(fā)射臺(tái)（聯(lián)通、電信）附近的情況。點(diǎn)位布設(shè)如圖1所示。

圖中從點(diǎn)號(hào)W21開(kāi)始到W04沿公路兩邊一直有35 kV電線來(lái)回穿梭，造成W04、W09、W11、W13、W17等點(diǎn)距離高壓線20～50 m不等，而且W16、W17附近有小功率的移動(dòng)和聯(lián)通發(fā)射塔（用于山區(qū)較小的無(wú)線電發(fā)射塔），對(duì)此又要保證施工控制點(diǎn)埋設(shè)的必要性還要保證其精度質(zhì)量，必需對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，解決的方案是我們通過(guò)高精度的全站儀觀測(cè)多組邊長(zhǎng)來(lái)考證成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

此外結(jié)合水利設(shè)施建筑物的特點(diǎn)，應(yīng)該在建筑物軸線上布置控制點(diǎn)，便于常規(guī)設(shè)備的放樣施工，但因選點(diǎn)條件有限及現(xiàn)代設(shè)備比較先進(jìn)的特點(diǎn)，控制點(diǎn)埋設(shè)可不考慮建筑物軸線上設(shè)計(jì)點(diǎn)位，可以充分發(fā)揮控制點(diǎn)選埋的靈活性，但一定要考慮施工便利、破壞幾率小、穩(wěn)定且能滿足觀測(cè)的要求。

2 觀測(cè)

對(duì)于山區(qū)作業(yè)，GPS觀測(cè)可能遇到可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)較少、障礙物的高度角影響；為了提高GPS網(wǎng)點(diǎn)可靠性和準(zhǔn)確性就要增加觀測(cè)時(shí)間、增加觀測(cè)時(shí)段、增加重復(fù)設(shè)站次數(shù)保證多余的觀測(cè)量；為了提高作業(yè)效率還要合理安排多臺(tái)GPS作業(yè)、避免無(wú)效觀測(cè)等情況，GPS觀測(cè)前必需制定觀測(cè)計(jì)劃尤為重要。觀測(cè)方案的合理性決定成果的可靠性和準(zhǔn)確性，同時(shí)還要提高作業(yè)效率，節(jié)約成本，這都是本項(xiàng)目要著重考慮的問(wèn)題。

（1）根據(jù)的測(cè)區(qū)的星歷預(yù)報(bào)（可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)），從中午13點(diǎn)開(kāi)始到16點(diǎn)，衛(wèi)星數(shù)在4～6顆，測(cè)區(qū)又位于山區(qū)，中午不適宜觀測(cè)。

（2）為了增加GPS網(wǎng)可靠性，適當(dāng)?shù)卦黾恿擞^測(cè)時(shí)段數(shù)（增加基線數(shù)），即增加了重復(fù)設(shè)站次數(shù)；規(guī)范規(guī)定每個(gè)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)段數(shù)不低于2個(gè)，實(shí)際操作時(shí)平均每站均大于2個(gè)時(shí)段，增加的時(shí)段數(shù)主要是衛(wèi)星數(shù)有可能較少的區(qū)域（山谷狹窄的地方）、或起算點(diǎn)和起算方位的控制點(diǎn)。

（3）為了提高GPS網(wǎng)的精度，延長(zhǎng)了觀測(cè)時(shí)間，規(guī)范的觀測(cè)時(shí)間為90～120 min，實(shí)際上均大于120 min，以獲得更多的同步觀測(cè)時(shí)間和同步觀測(cè)衛(wèi)星；此外對(duì)于網(wǎng)中距離較近的點(diǎn)都進(jìn)行了同步觀測(cè)，獲得它們之間的直接觀測(cè)基線，有助于提高精度；同時(shí)在觀測(cè)計(jì)劃表中也要考慮同一建筑物的控制點(diǎn)盡可能在同一個(gè)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，如右岸的發(fā)電隧洞進(jìn)口、施工之洞和出口控制點(diǎn)安排在一個(gè)時(shí)段內(nèi)觀測(cè)，同樣其他的為一整體的建筑物也可安排在同一時(shí)段內(nèi)，有助于精度的提高和順利貫通，同時(shí)也進(jìn)行了長(zhǎng)邊控制。

對(duì)于上述觀測(cè)條件不太好的情況，例如W03點(diǎn)三面環(huán)山、也可以通過(guò)高精度的全站儀觀測(cè)多組邊長(zhǎng)來(lái)驗(yàn)證。

3 數(shù)據(jù)處理

前期規(guī)劃測(cè)量時(shí)按照規(guī)范規(guī)定投影長(zhǎng)度變形值不大于5 cm/km可不做投影，測(cè)區(qū)實(shí)際投影變形值為4.7 cm/km，前期測(cè)量工作都在高斯面進(jìn)行，但對(duì)于高精度的施工控制網(wǎng)都要求投影變形值為最小，實(shí)際測(cè)量邊長(zhǎng)=坐標(biāo)成果反算邊長(zhǎng)，因此，觀測(cè)邊長(zhǎng)應(yīng)投影測(cè)區(qū)所選定的高程面上，而且使得本次成果能與前期規(guī)劃的成果銜接或相差最小。本次施工控制網(wǎng)先引測(cè)了前期規(guī)劃階段的控制點(diǎn)，保證了成果的銜接，再利用引測(cè)的施工控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)，使用一定的投影方式進(jìn)行投影計(jì)算，本項(xiàng)目是以測(cè)區(qū)中心的一點(diǎn)為投影中心，以距離較遠(yuǎn)的點(diǎn)位起算方向進(jìn)行最小約束平差，實(shí)際項(xiàng)目操作為：以W18為投影中心，以W18-W30為起算方位角，進(jìn)行最小約束平差，中央子午線為W18的經(jīng)度，避免了成果不配套的問(wèn)題，也減小了投影變形的差值。endprint