淺談紅魚洞水庫樞紐區(qū)GPS施工控制網(wǎng)設(shè)立

李志勇

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，成都，618000)

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淺談紅魚洞水庫樞紐區(qū)GPS施工控制網(wǎng)設(shè)立

李志勇

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，成都，618000)

紅魚洞水庫位于四川省巴中市南江縣，是該市首座大型水庫，2008年列入國家“十一五規(guī)劃”，是渠江系列“抗洪防旱”水利建設(shè)工程中的重點(diǎn)工程之一。在施工過程中，建立高精度施工控制網(wǎng)至關(guān)重要，本文以紅魚洞水庫樞紐的實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)為例，重點(diǎn)闡述該項(xiàng)目樞紐區(qū)GPS施工控制網(wǎng)建立的要求、方法和過程，以及工作中的注意事項(xiàng)和體會，并借以說明如何提高控制網(wǎng)的精度進(jìn)而滿足工程施工的要求。

紅魚洞水庫 施工測量 控制網(wǎng) GPS

2014年11月，巴中市第一座大型水庫——紅魚洞水庫破土動工。建設(shè)至今，移民安置點(diǎn)已初具雛形，大壩樞紐臨建工程即將完工，導(dǎo)流隧洞初步具備通水過流條件，泄洪洞及閘室建設(shè)正加快推進(jìn)，干渠工程正式動工。預(yù)計到2019年，兼具灌溉、防洪、供水和旅游功能的紅魚洞水庫全面完工，將呈現(xiàn)出“高峽出平湖”的壯觀景象，南江縣和巴州區(qū)40多萬畝灌面免受旱澇之苦，近100萬人安全飲水得到保障。

而在實(shí)際的工程建設(shè)中，如何建立控制網(wǎng)和提高控制網(wǎng)的精度，進(jìn)而滿足工程施工的要求，不僅是建設(shè)速度的要求，更是確保工程質(zhì)量的前提。

1 工程概述

紅魚洞水庫工程選址在渠江水系巴河干流南江河支流上橋亭河段，壩址位于南江縣橋亭鄉(xiāng)橋亭村紅魚洞處，壩址以上控制集雨面積316km2，河道長13.7km，庫末至上兩鄉(xiāng)。水庫正常蓄水位650.00m，總庫容1.67億m3，有效庫容1.23億m3。大壩為瀝青混凝土心墻壩，壩軸線長299.00m，壩頂寬度10.00m，壩頂高程652.80m，最大壩高104.80m。

興建紅魚洞水庫是為了滿足抗御干旱、發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和抗御洪澇災(zāi)害的需要，是解決灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水安全的必要措施，工程的興建對滿足南江縣人民群眾生產(chǎn)生活用水、促進(jìn)革命老區(qū)人民脫貧致富、促進(jìn)民族團(tuán)結(jié)具有重要意義，項(xiàng)目建成后將實(shí)現(xiàn)“政府、企業(yè)、群眾”三結(jié)合三盈利的目標(biāo)。

2 施工控制網(wǎng)設(shè)計

2.1 工程施工控制網(wǎng)坐標(biāo)系確定

根據(jù)《水利水電工程施工測量規(guī)范》(SL/52-2015)規(guī)定，大中型水利水電工程的施工平面控制與高程控制網(wǎng)應(yīng)與鄰近國家控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，建立樞紐區(qū)控制網(wǎng)，應(yīng)充分利用勘察階段的已有平面和高程控制網(wǎng)。對相對平面、高程精度要求高的工程部位，可在施工整體控制的基礎(chǔ)上單獨(dú)建立專用控制網(wǎng)，而就目前而言，北京54坐標(biāo)系雖然存在如橢球參數(shù)不夠精確、參考橢球面與大地水準(zhǔn)面擬合不好等問題，但通過54坐標(biāo)系在建立工程施工控制網(wǎng)時仍能根據(jù)這一坐標(biāo)系，通過計算獲得一個較為精確的參考。對原有平面控制網(wǎng)的邊長，應(yīng)投影到測區(qū)的主施工高程面上，并進(jìn)行復(fù)測檢查。精度滿足施工要求，方可作為樞紐區(qū)控制網(wǎng)使用。

在紅魚洞水庫樞紐區(qū)控制網(wǎng)的實(shí)際工作過程中，平面、高程控制起測資料，利用2009年在紅魚洞水庫規(guī)劃設(shè)計階段測量中的四等GPS控制網(wǎng)點(diǎn)成果，坐標(biāo)系統(tǒng)為掛靠在1954年北京坐標(biāo)系上的獨(dú)立坐標(biāo)系。采用獨(dú)立提高觀測精度的方法提高施工控制網(wǎng)的精度。

2.2 網(wǎng)型選擇

控制網(wǎng)以GPS網(wǎng)、測邊網(wǎng)、水準(zhǔn)網(wǎng)為主。平面控制網(wǎng)應(yīng)根據(jù)建筑物總體布置、施工區(qū)的地形特征及放樣精度要求確定，并收集下列相關(guān)資料：施工區(qū)現(xiàn)有地形圖和必要的地質(zhì)資料、規(guī)劃設(shè)計階段布設(shè)的平面和高程控制網(wǎng)成果、樞紐平面總布置圖、相關(guān)的測量規(guī)范等資料。在網(wǎng)型設(shè)計時應(yīng)針對工程施工的精度和放樣要求，進(jìn)行網(wǎng)型的精度估算，確定最優(yōu)方案。觀測邊長投影計算滿足限差等。施工控制網(wǎng)比較注重實(shí)用性，一般根據(jù)GPS網(wǎng)受圖形結(jié)構(gòu)及接收衛(wèi)星信號要求、永久性建筑位置、施工放樣頻率、點(diǎn)位使用方便程度等因素布點(diǎn)。在紅魚洞水庫樞紐區(qū)控制精度估算的工作中，主要采用的是測邊網(wǎng)。該水庫樞紐區(qū)布設(shè)三等GPS點(diǎn)6點(diǎn)，組成了兩個大地四邊形，再進(jìn)行三等控制精度估算，使圖形能夠滿足精度估算要求。

2.3 控制點(diǎn)位置

控制點(diǎn)是指在進(jìn)行測量作業(yè)之前，在要進(jìn)行測量的區(qū)域范圍內(nèi)，布設(shè)一系列的點(diǎn)來完成對整個區(qū)域的測量作業(yè)。在埋設(shè)時要分為平面和高程兩種類別。

埋設(shè)平面測量控制點(diǎn)時，應(yīng)該滿足規(guī)范中對相應(yīng)工程的規(guī)定。平面控制網(wǎng)應(yīng)滿足以下要求：

(1)相鄰控制點(diǎn)間要通視，GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)保證一個或一個以上的通視方向，以滿足施工測量要求；

(2)控制點(diǎn)應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)硬、穩(wěn)定的地方，以便于保存點(diǎn)的標(biāo)志和安置儀器；

(3)控制點(diǎn)應(yīng)選在地勢較高，視野開闊的地方，以便于進(jìn)行加密、擴(kuò)展、尋找和碎部測量以及施工放樣。

埋設(shè)高程測量控制點(diǎn)時，應(yīng)該滿足以下要求：

(1)水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在能長期保存，便于施測，堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固的地方；

(2)在選擇水準(zhǔn)點(diǎn)時，應(yīng)考慮到高程控制網(wǎng)的進(jìn)一步加密；

(3)應(yīng)考慮到便于國家水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測；

(4)水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成附和路線，結(jié)點(diǎn)網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)。

3 施工控制網(wǎng)的建立

3.1 選點(diǎn)

在工程施工的選點(diǎn)上，對于控制網(wǎng)的點(diǎn)位選擇應(yīng)該要結(jié)合工程場地的實(shí)際情況和具體條件，在大方向上應(yīng)該堅(jiān)持以方便施工為原則，同時還應(yīng)該要顧及到施工過程中的點(diǎn)位之間的通視條件變化以及可能會遇到的點(diǎn)位破壞情況，特別要強(qiáng)調(diào)的是在數(shù)量上應(yīng)計劃好供設(shè)備所用的點(diǎn)位。紅魚洞水庫大壩建設(shè)過程中，按以下原則進(jìn)行樞紐區(qū)三等GPS網(wǎng)選點(diǎn)：

(1)GPS控制點(diǎn)選在易于安裝接收設(shè)備，和視野開闊的較高點(diǎn)上，其目標(biāo)要顯著，視場周圍15°以上沒有障礙物；

(2)點(diǎn)位遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源，其距離不小于200m，遠(yuǎn)離高壓輸電線，其距離不小于50m，以避免電磁場對GPS信號的干擾；

(3)點(diǎn)位選在交通方便，有利于其它觀測手段擴(kuò)展與聯(lián)測點(diǎn)位，地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于點(diǎn)位的保存。

3.2 埋設(shè)

在布置控制點(diǎn)的埋設(shè)工作時，首先要明確在施工控制網(wǎng)的采用上選取的是三等平面控制網(wǎng)，而且必須保證在點(diǎn)位布好以后滿足以下幾個條件：

(1)埋設(shè)好的控制點(diǎn)，精度必須要能夠滿足工程建設(shè)的需要；

(2)埋設(shè)好的控制點(diǎn)之間應(yīng)該保證保持良好的通視條件，至少要保證任意一個控制點(diǎn)都有兩個以上的控制點(diǎn)能夠與之相互通視；

(3)埋設(shè)好的控制點(diǎn)必須要穩(wěn)定可靠，至少在施工期內(nèi)不能發(fā)生自身的位移。

因此在紅魚洞水庫樞紐區(qū)進(jìn)行平面控制布網(wǎng)時，依照著從高級到低級、由整體到局部的原則，從而進(jìn)行逐級布網(wǎng)。在三等GPS控制測量上，樞紐區(qū)在壩線上下游共布設(shè)三等GPS網(wǎng)點(diǎn)6點(diǎn)(觀測墩)，其點(diǎn)位埋設(shè)不銹鋼的強(qiáng)制對中基座，GPS網(wǎng)點(diǎn)大多布設(shè)在樞紐區(qū)建筑物附近開挖線以外，而且在網(wǎng)型上組成大地四邊形，圖形以滿足技術(shù)要求及實(shí)用性，對于直接用于施工放樣的控制點(diǎn)，盡量靠近施工區(qū)對主要建筑物的放樣區(qū)組成有利的圖形。對能夠長期保存、離施工區(qū)較遠(yuǎn)的控制點(diǎn)，考慮圖形結(jié)構(gòu)和便于加密的要求。并且在埋設(shè)完成以后三等GPS邊的長度不小于300m。控制點(diǎn)的標(biāo)石和標(biāo)志穩(wěn)定，以便長期保存和使用。選點(diǎn)埋標(biāo)完成后，并繪制測點(diǎn)標(biāo)石記錄，以便于查找和托管，標(biāo)石規(guī)格類型應(yīng)滿足《水利水電工程施工測量規(guī)范》(SL/52-2015)要求。

3.3 觀測

在對于控制點(diǎn)的觀測活動中，明確所用觀測儀器的相關(guān)參數(shù)，并且注意其他設(shè)備或因素可能對于觀測數(shù)據(jù)所造成的影響，以及GPS測量各等級的點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP值均小于6。三等GPS觀測儀器采用華測X90四臺雙頻接收機(jī)施測，標(biāo)稱精度為：3mm+0.5ppm，相位差分定位精度≤5cm。GPS施測中各等級作業(yè)的基本技術(shù)要求均按規(guī)定執(zhí)行。在進(jìn)行GPS測量時聯(lián)測了3個已知點(diǎn)作起算點(diǎn)。觀測員均嚴(yán)格按儀器操作手冊中的要求執(zhí)行，接收機(jī)在開始記錄數(shù)據(jù)后均注意查看有關(guān)衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，觀測中注意供電情況，認(rèn)真檢查電池容量是否充足。儀器高均按規(guī)定觀測前后各測量一次，并及時輸入儀器及記入手簿。觀測中禁止靠近接收機(jī)使用對講機(jī)，并隨時查看儀器內(nèi)存或硬盤容量。每日觀測結(jié)束后，都應(yīng)及時將數(shù)據(jù)備份以防止損壞。觀測手簿在接收機(jī)啟動前及測量中均由觀測者填寫。GPS網(wǎng)點(diǎn)采用三等水準(zhǔn)進(jìn)行聯(lián)測，作為高程控制網(wǎng)的高程控制點(diǎn)。

3.4 GPS數(shù)據(jù)資料處理

對于GPS觀察數(shù)據(jù)的處理，首先應(yīng)對外業(yè)觀測手薄、平差計算起始數(shù)據(jù)，再次進(jìn)行全面的檢查校對。在控制網(wǎng)各項(xiàng)外業(yè)觀測結(jié)束后，進(jìn)行各項(xiàng)限差的驗(yàn)算，對于基線結(jié)果應(yīng)及時進(jìn)行重復(fù)邊、同步環(huán)、異步環(huán)、閉合差的檢驗(yàn)。其次，在進(jìn)行GPS網(wǎng)無約束平差時，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行粗差的檢驗(yàn)。最后，對于不能達(dá)到精度的點(diǎn)、邊及同步圖形，及時分析原因，利用重算、返工等手段進(jìn)行補(bǔ)救，以達(dá)到能滿足各項(xiàng)精度要求。GPS平差后的精度根據(jù)平差方法包含單位權(quán)測角中誤差、相對點(diǎn)位中誤差、各邊邊長中誤差和方向中誤差、各待定點(diǎn)點(diǎn)位中誤差和各點(diǎn)點(diǎn)位誤差橢圓元素。

在紅魚洞水利樞紐施工控制網(wǎng)的建立過程中，GPS網(wǎng)的平差在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行三維無約束平差，在三維無約束平差中，基線向量的改正數(shù)絕對值均不大于3倍基線長度中誤差。在三維無約束平差確定有效觀測量的基礎(chǔ)上，再在施工平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系下進(jìn)行二維約束平差，在二維約束平差中，基線向量的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)的較差不超過2倍基線長度中誤差，對于樞紐區(qū)的控制網(wǎng)平差后網(wǎng)中最弱點(diǎn)，點(diǎn)位中誤差不大于±10mm。平差后網(wǎng)中最弱相鄰點(diǎn)和相鄰邊的邊長精度指標(biāo)均按表1規(guī)定執(zhí)行。

表1 邊長控制精度指標(biāo)

通過對紅魚洞水庫樞紐區(qū)施工控制網(wǎng)的選點(diǎn)、埋設(shè)、觀測、數(shù)據(jù)處理平差后均滿足規(guī)范要求，達(dá)到控制網(wǎng)設(shè)計目的。

4 結(jié)語

水利工程是“功在當(dāng)代，利在千秋”的公益性基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，對工程質(zhì)量和穩(wěn)定性要求很高。在建設(shè)過程中，測量上的任何一點(diǎn)微小誤差都有可能造成極大的影響，特別是大型項(xiàng)目，更有可能因?yàn)檫@一點(diǎn)誤差而造成危害極大的安全隱患。因此，施工控制網(wǎng)的設(shè)計必須周到細(xì)致，測點(diǎn)的具體布設(shè)、觀測都應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范操作。

〔1〕SL/52-2015，水利水電工程施工測量規(guī)范[S].

〔2〕周傳松，姜本海.青島海灣大橋高精度施工控制網(wǎng)的建立[J].人民長江，2007(10)：89-90+101.

〔3〕吳恒友.某水電站工程GPS施工控制網(wǎng)的建立[J].中國農(nóng)村水利水電，2009(01)：128-130.

〔4〕何志軍，郭志兵.GPS在建立大范圍施工控制網(wǎng)中的應(yīng)用[J].科技信息(科學(xué)教研)，2008(23)：134+105.

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