淺談淮北市“引閘入華”引水隧洞工程的快速施工控制測量

朱洪雷

淺談淮北市“引閘入華”引水隧洞工程的快速施工控制測量

朱洪雷

一、工程概況

淮北市“引閘入華”引水隧洞工程位于烈山區(qū)和杜集區(qū)，隧洞穿過架子山與二泉山之間的鞍部山脊入庫，長705m。

根據安徽省發(fā)展和改革委員會計設計〔2004〕945號文件批復精神，確定引水流量和隧洞底坡，經計算隧洞段正常水深為3.7～3.9m（分別對應糙率取值為0.013和0.014）。為便于和上下游渠道的斷面銜接，隧洞橫斷面采用圓拱直墻型，按照規(guī)范規(guī)定的無壓洞所需要的水面以上凈空高度和富裕面積，確定隧洞橫斷面尺寸為：凈寬4m，側墻高4m，頂部為圓弧拱，半徑2.083m，矢高1.5m。在正常引水條件下水面以上的凈空高度為1.6m，凈空面積占總斷面積的20%，均滿足規(guī)范的要求。

二、測量組織

1.首級控制網的建立

（1）平面控制網

施工區(qū)左右兩岸有業(yè)主方所施測的施工控制網：①采用GPS靜態(tài)測量在整個施工區(qū)內布設了4組首級控制；②使用4臺TRIMDLE（天寶）4800接收機進行觀測，每個時段不少于60min；③GPS接收機的數據采樣率為15s；④經過隨機軟件TGO基線解算和平差網計算后的GPS成果作為整個電站的首級控制成果。

（2）測量控制網的復測

施工區(qū)的首級控制網由6個主網點組成（施工、監(jiān)理、業(yè)主聯(lián)合對其進行了全部復測），經過平差計算，各點精度、可靠性均能滿足施工要求，根據測量規(guī)范，可以作為首級控制網。

2.二級控制網的施測

（1）水平方向觀測

水平方向觀測采用全圓方向觀測法（采用瑞士徠卡 TCR702（2＂，2+2ppm）全站儀，施測前已由安徽省測繪儀器計量檢定站檢定），4個測回，施測時各項限差嚴格按規(guī)要求觀測，并要在觀測過程中保證目標成像清晰、穩(wěn)定；另外為了減小大氣折光的影響，要選擇最佳觀測時間進行觀測。晴天作業(yè)時，測站應用測傘遮陽，不宜逆光觀測。

此平面控制采用導線網布設，既能作獨立平面控制，也可作首級三角網進行聯(lián)測，并通過平差計算，成果滿足規(guī)范要求。局部成果計算見表1。從表中可以看出，計算中的角度平差、配賦及各項限差都符合測量規(guī)范要求。說明此導線網的可靠性以及觀測質量穩(wěn)定良好，能夠滿足施工要求。

（2）光電測距

測量中采用的瑞士徠卡TCR702（2＂，2+2ppm）全站儀及其輔助工具（如氣壓計、溫度計等）都已經由計量部門進行了嚴格的檢定，目標采用配套三棱鏡。觀測時采用往返觀測兩個測回，每一測回讀取4個數。各測回2C值互差均按規(guī)范要求進行。所測距離均采用對向觀測，同時作好溫度、氣壓的記錄，最后取各個觀測值的平均值作為水平距離的起算數據。氣壓最小讀數為0.5mb，溫度最小讀數為0.5℃。

（3）三角高程測量

嚴格按照光電測距三角高程測量技術規(guī)范要求進行施測。采用三絲法往返測量（各3個測回），盤左位置和盤右位置分別照準同一目標讀數為1個測回，用水平絲照準目標時均精確照準兩次，各讀數2次。測站平差，高程按改正數配賦計算，并注意儀器高和梭鏡的正確量?。ㄒ话銘咳纱?，取其平均值），以確保觀測滿足精度要求。

三、測量控制方法

由于原有的控制網（GPS點）都布設在左右兩岸的山上，離施工現場比較遠，不能夠滿足施工測量的需要，必須根據工地的實際情況，選擇合適的位置埋設好控制點，進行施工測量控制網的測設。如果利用全站儀建立EDM導線網，其精度也可達到四等精度要求。由于各個建筑物在平面位置和高程方面都有一定的聯(lián)系，而各個建筑物又是獨立施工，最后才聯(lián)結為一個整體，為了保證建成后的各建筑物符合設計要求，就需要在施工前建立整體的施工控制網，以控制全局，作為各項工程放樣的依據。

水利工程傳統(tǒng)的地面控制測量方法就是建立小三角網，但目前完全被GPS測量或是全站儀測設導線的方法所替代。不過，GPS測量一般僅用于首級測量控制點的測設，至于施工區(qū)內的控制網加密則最常用的是全站儀測設導線網。結合“引閘入華”工程的實際控制測量，介紹幾種施工測量控制的有效方法。

1.附合導線

附合導線是由某一高級控制點出發(fā)最后附合到另一高級控制點的導線。附合導線選點比較靈活，能在所需要的地方布點，且易布設成直伸型，并能一次性完成平面和高程控制測量工作，這就使得導線測量成果的精度大大提高。

2.閉合導線

閉合導線，由某一高級控制點出發(fā)后最后又回到該點，組成一個閉合多邊形。如II-09為左岸控制點，II-13為右岸控制點，1點至4點為中間點，所有點連成一條導線。野外選點時，導線邊長要大致相等，相鄰邊長不應懸殊過大。同時，相鄰點的高差也不能相差太大。所選的導線點，如有條件的話，最好進行埋石，避免點被破壞。

3.雙支導線

當閉合導線中的某一點或幾點發(fā)生重合時，就成了雙支導線。此類型導線的觀測方法與閉合導線相同。一般來說，這種導線可以單雙測站交替設置。在重合點上只需要架設一次儀器或是梭鏡。它的計算既可按兩條支導線獨立進行，也可按閉合導線的方法進行計算（當導線交叉時，只能按雙支導線計算）。另外，還可以比較重合點以及終點的坐標值從而得到校核。

4.單支導線

隨著工程的進展，需要在局部工程部位布設控制點，則可以布設成單支導線，其觀測的步驟與各項精度指標與上面兩種類型的導線一致。為了便于校核，水平角的觀測采用方向觀測法，觀測3個測回，測回間的方向值互差應小于6s。在進行距離和高差觀測時，結合正倒鏡法往返觀測，以便用兩組數據進行校核。結合“引閘入華”的實際施工情況，在洞內布設了兩條支導線，既滿足了施工測量的需要，又可以相互校核，進行被毀控制點的恢復工作。

5.無定向導線

無定向導線作為導線的一種的布設形式，其原理是在兩個已知點不通視的情況下，先建立一假定坐標系（原點最好選建在一個已知點上），按照規(guī)范要求進行導線各相關要素的測量，計算兩個已知點在假定坐標系中的坐標，然后利用坐標系間旋轉及平移的原理，求出導線上各點的大地坐標。由于這種導線在測量中，某一測站數據一旦發(fā)生錯誤，不容易被發(fā)現，這就需要對整個導線進行重新測量，從而導致了測量工作量的增加。所以，此導線無論是對測量人員的技術水平、還是測量儀器的精度指標以及觀測精度等，都有很高的要求。加之此導線具有一定的局限性，工程中基本不使用。

6.導線網的精度估算

施工區(qū)域內導線網的建立，主要是為了指導施工放樣。此外，也用于斷面測量、地形圖測量。

以上所述的幾種導線，均可用直伸支導線終點精度的估算方法來估算導線最弱點的精度。在任意平面直角坐標系中，支導線由于沒有起算數據誤差（其誤差忽略不計）和因起算數據誤差引起的誤差，其最弱點的點位中誤差的計算如下式：

Mx、My分別由導線測量誤差引起的導線終點的縱、橫向誤差；

Ms、MB分別為導線測距和測角中誤差；

s、n分別為直伸導線平均邊長和導線邊數，S為支導線的總長。

根據大量的導線測量數據統(tǒng)計：測距精度等于或高于5+5ppm的2″全站儀的測距中誤差≤±5mm，測角中誤差約為±3″。而根據《水利水電施工測量規(guī)范》（SL52-93）中的相關規(guī)定，導線測量各項技術要求如表2。

從表1中可以看出，當導線測量的各項技術指標符合規(guī)范要求時，計算不同長度和邊數的支導線弱點的點位中誤差M可通過式（1）求出。而當在地面導線長度2000m以內時，可用單支導線（一級導線的觀測要求）控制；當導線的長度在2000m以上時，應用閉合或雙支導線作控制，其最弱點點位中誤差為單支導線的1/√2。從表2中可看出，導線測設成果的精度達到了三等控制網的精度要求，完全符合施工測量四等控制網的精度要求。

7.快速測設

從表2可以看出，經過平差后的成果為大地坐標。而設計施工圖施工坐標（圖上尺寸）在進行施工放樣時，需要把設計施工圖上的坐標進行旋轉，使整個施工區(qū)域在一個相對坐標網內，才能達到快速測量放樣的目的。坐標轉換公式如下：

上式通過坐標換算得出以下實用公式：

結合“引閘入華”引水隧洞工程的情況，由于時間緊，施工環(huán)境差，每天都要有2至3輪炮的開挖放樣工作，加之有的地段地質條件差，容易塌方。如果不在有限的時間內快速測量放樣，將會影響到整個工期的安排計劃，甚至威脅到施工作業(yè)人員的生命安全。為此，將測量控制網內的所有點的大地坐標都經過公式轉換，與設計施工圖統(tǒng)一成為一個施工控制網，通過儀器測量出來的坐標（X，Y），X代表所測任意點相對于洞軸線的樁號，Y代表所測任意點相對于洞軸線的偏距。施工坐標的采用，大大減少了測站上的計算量，達到了快速施工測量的目的，從而保證了施工的進度。

表1 閉合導線平差計算成果表

表2 導線測量技術要求表

四、結語

水利工程的地面控制測量，使用全站儀來測設導線網，是一種平面精度高、效率高并節(jié)省費用的好方法。三角高程的精度要求完全可以滿足四等水準測量的要求，可直接用其成果。EDM（測距）導線是水利工程測量中常用的方法，但布點時要盡量使導線成直伸型狀，以提高精度、減小誤差。單支導線的測量由于僅有一端連接在高級控制點上，如發(fā)生錯誤，根本沒有辦法進行校核，所以施測時要多注意自身的檢核。如果條件允許的話，應使其末端與其他的高級控制點相連接，以便校核其精度，保證其準確性。對于施工測量控制網，應定期進行復測，及時發(fā)現和糾正控制點可能出現的偏差和位移。“引閘入華”引水隧洞工程能夠順利和快速的施工，得益于建立了可靠的施工平面控制網。而施工測量放樣是整個施工過程中的一個組成部分，因此，必須與施工組織計劃相協(xié)調，在精度和速度方面滿足施工需要的同時，還要盡可能避開施工的干擾

（作者單位：安徽省淮北市水務局235000）