青山?jīng)_水庫工程施工控制網(wǎng)的設(shè)計與實施

陳艷會，陸日壯，趙慧

（中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津300222）

青山?jīng)_水庫工程施工控制網(wǎng)的設(shè)計與實施

陳艷會，陸日壯，趙慧

（中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津300222）

青山?jīng)_水庫是玉屏縣規(guī)劃建設(shè)的一座中型水庫，主要任務(wù)為向玉屏縣城供水、農(nóng)村人畜供水和農(nóng)田灌溉。為保證水庫工程和相關(guān)配套工程平高系統(tǒng)保持一致、確保項目各基礎(chǔ)建設(shè)順利實施，設(shè)計并實施了由18座觀測墩組成的三等GNSS施工控制網(wǎng)，為工程設(shè)計和施工提供了統(tǒng)一的施工基準(zhǔn)。

水庫工程；施工控制網(wǎng)；設(shè)計；實施

1 前言

青山?jīng)_水庫位于貴州省銅仁地區(qū)玉屏縣城西北部邊緣的混寨河上，是玉屏縣規(guī)劃建設(shè)的一座中型水庫，壩址距離縣城約3km，主要任務(wù)為滿足玉屏縣城的經(jīng)濟社會發(fā)展供水需求，改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉條件，解決周邊農(nóng)村居民的生活飲用水問題。水庫所在河流屬長江流域沅江水系舞陽河一級支流混寨河，水庫死水位為390.0 m，正常蓄水位為443.5 m，興利庫容1 171萬m3。

為保證水庫工程和相關(guān)配套工程平高系統(tǒng)一致、確保項目各基礎(chǔ)建設(shè)順利實施，設(shè)計并實施了由18座觀測墩組成的三等GNSS施工控制網(wǎng)，為工程設(shè)計和施工提供了統(tǒng)一的施工基準(zhǔn)。

2 施工控制網(wǎng)的設(shè)計

2.1 布網(wǎng)設(shè)計

施工控制網(wǎng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)掛靠于1980西安坐標(biāo)系的獨立坐標(biāo)系，中央子午線為108°54′20″，投影面高程為446 m。測區(qū)內(nèi)共有國家二等三角點3座，點名為米寨坡、棗子當(dāng)、唐家屯，經(jīng)過實地踏勘，棗子當(dāng)和米寨坡2點可以使用，作為施工控制網(wǎng)起算點；唐家屯點位標(biāo)芯丟失，作為檢核點。施工控制網(wǎng)起算點與該工程項目建議書階段和可研階段四等控制網(wǎng)起算點保持一致，坐標(biāo)成果為3度帶。

觀測墩編號為QSC01—QSC18，其中右干管末端2座，編號為QSC01、QSC02；樞紐區(qū)6座，編號為QSC03—QSC08；無壓隧洞進(jìn)出口各3座，編號為QSC09—QSC014；左干管與左支管相交處2座，編號為QSC15、QSC16；左干管末端2座，編號為QSC17、QSC18。施工控制網(wǎng)布網(wǎng)設(shè)計，如圖1所示。

圖1 施工控制網(wǎng)布網(wǎng)設(shè)計

2.2 觀測墩設(shè)計

控制點點位選在施工場地附近障礙物少、通視良好、交通便利、基礎(chǔ)穩(wěn)定、便于長時間保存的地方，點位的布設(shè)必須顧及場地情況、施工順序、放樣方法和使用頻率。為保證施工放樣觀測精度，采用帶強制歸心設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)混凝土觀測墩，現(xiàn)場澆筑制作。

觀測墩外形為直徑40 cm的圓柱形，柱高1.9 m，露出地面部分高1.2 m。觀測墩下澆筑底盤，底盤尺寸為1.1 m×1.1 m，高0.3m。為減小沉降誤差，底盤要求澆筑在新開挖的基巖上。觀測墩頂面配置帶強制歸心設(shè)備，為保護(hù)標(biāo)志，標(biāo)志中心加裝鐵質(zhì)保護(hù)蓋盒。觀測墩規(guī)格尺寸，如圖2所示。

觀測墩澆筑完畢后，現(xiàn)場繪制GNSS點點之記。觀測墩正面噴繪“青山?jīng)_施工控制網(wǎng)”，背面噴繪“測量標(biāo)志嚴(yán)禁搬動”，頂面印有編號和建造時間。施工控制網(wǎng)布設(shè)是工程技術(shù)設(shè)計的一部分，所有布設(shè)的控制點點位均要求繪制在施工設(shè)計總平面圖上。

圖2 觀測墩規(guī)格尺寸示意（單位/cm）

2.3 觀測方案設(shè)計

施工控制網(wǎng)布設(shè)成三等GNSS控制網(wǎng)，共由21個點組成，其中新布設(shè)觀測墩18座、聯(lián)測國家高等級三角點2個、聯(lián)測項目可研階段已有GNSS控制點1個。三等GNSS施工控制網(wǎng)采用靜態(tài)觀測方法，6臺天寶R8S接收機同步觀測。GNSS天線安置的對中允許誤差為1 mm（觀測墩采用強制對中，對中允許誤差為1 mm），天線高的量取精確至1 mm。觀測手簿內(nèi)容填寫按照技術(shù)設(shè)計書要求如下進(jìn)行：測站點名、接收機名稱（型號）、接收機編號、觀測者、開機時間、關(guān)機時間、時段號、天線高、日期。

（1）以國家高等級三角點為起算數(shù)據(jù)，獲取與國家1954年北京坐標(biāo)系密切一致的成果，作為項目工程的平面控制基準(zhǔn)。

（2）聯(lián)測項目可研階段已有GNSS控制點，維持施工控制網(wǎng)坐標(biāo)成果與項目前期平面坐標(biāo)系統(tǒng)一致，保證設(shè)計資料的延續(xù)使用性，減少不必要的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作。

GNSS控制網(wǎng)采用雙頻GNSS接收機同步觀測，以邊連接方式進(jìn)行，以大地四邊形構(gòu)成封閉式GNSS網(wǎng)環(huán)。多點同步觀測框架加強了GNSS網(wǎng)網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，確保了新建施工控制網(wǎng)的整體精度。

GNSS控制網(wǎng)外業(yè)觀測技術(shù)要求按《水利水電工程測量規(guī)范》（CSL197-2013）執(zhí)行，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 施工控制網(wǎng)GNSS外業(yè)觀測技術(shù)要求

3 施工控制網(wǎng)的實施

3.1 觀測墩埋設(shè)

根據(jù)觀測點位布設(shè)情況，組織6個人分成3個小組，采用拖拉機和人工抬扛的方式，將建筑材料運送到各個設(shè)計點位。埋設(shè)時，清除地表雜物及浮土，開挖至地下1 m深度，澆筑水泥混凝土底盤。綁扎鋼筋網(wǎng)架，固定好標(biāo)石，采用2 m高直徑40 cm的鋼制外模板控制尺寸，灌注混凝土?xí)r人工振搗密實。觀測墩凝固穩(wěn)定后拆模，外表刷白油漆，噴涂文字標(biāo)識。觀測墩實物，如圖3所示。

圖3 觀測墩

3.2 施工控制網(wǎng)測量

施工控制網(wǎng)布設(shè)成三等GNSS控制網(wǎng)，以邊連接方式進(jìn)行，多個大地四邊形構(gòu)成封閉式的GNSS網(wǎng)環(huán)。9個人分成6個小組，現(xiàn)場采用6臺天寶R9雙頻GNSS接收機同步觀測，每天2個時段觀測6個點，每個觀測時段進(jìn)行2次觀測，每次至少2 h，中間不移動站點，以變更儀器高度形式進(jìn)行。每天進(jìn)行數(shù)據(jù)下載處理，包含多次重復(fù)邊測量。

3.3 測量數(shù)據(jù)處理

3.3.1 基線處理

在野外數(shù)據(jù)采集前，做好GNSS星歷預(yù)報，制定觀測計劃，保證數(shù)據(jù)采集的有效性。野外采集數(shù)據(jù)預(yù)處理使用隨機數(shù)據(jù)處理軟件，在計算機上完成，對當(dāng)天采集的數(shù)據(jù)立即計算，通過殘差分布圖的顯示分析，對觀測質(zhì)量不佳的數(shù)據(jù)予以剔除，對產(chǎn)生的周跳進(jìn)行修復(fù)，確保外業(yè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，全部基線解算按雙差固定解解算。

3.3.2 數(shù)據(jù)平差計算

基線解算完畢后，對基線的質(zhì)量進(jìn)行檢驗，質(zhì)量合格的基線用于后續(xù)處理。出現(xiàn)不合格的，則對基線進(jìn)行重新解算。最終基線的質(zhì)量檢驗滿足同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差和重復(fù)基線較差等各項精度指標(biāo)的要求。

GNSS網(wǎng)進(jìn)行三維無約束平差后，以“棗子當(dāng)”作為起算點，以“棗子當(dāng)”到“米寨坡”方位角作為起算方向，采用一點一方位方法進(jìn)行計算，以“唐家屯”為檢查點，納入1980西安坐標(biāo)系進(jìn)行二維約束平差。使用GNSS工具箱對控制點坐標(biāo)進(jìn)行高斯換帶，換帶中央子午線為108°54′20″，再將轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)投影至446 m高程面。

3.3.3 控制網(wǎng)精度統(tǒng)計

三等GNSS控制網(wǎng)最弱相鄰點點位精度統(tǒng)計結(jié)果，見表2。

表2 三等GNSS控制網(wǎng)最弱相鄰點點位精度統(tǒng)計

三等GNSS網(wǎng)最弱相鄰點邊長相對中誤差精度統(tǒng)計結(jié)果，見表3。

表3 三等GNSS網(wǎng)最弱相鄰點邊長相對中誤差精度統(tǒng)計

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，平面控制網(wǎng)精度滿足規(guī)范要求。

3.3.4 平差成果坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

高程面的提升值采用輻射投影計算程序進(jìn)行計算。計算參數(shù)如下：施工控制網(wǎng)網(wǎng)點QSC09正處于整個測區(qū)中心，即輻射投影計算以QSC09作為轉(zhuǎn)換原點。①坐標(biāo)投影高程面：446 m；②轉(zhuǎn)換原點：QSC09，中央子午線為108°54′20″，中心緯度為27°16′30″，大地水準(zhǔn)面差值為24.9 m；③QSC09坐標(biāo)：X=3018 422.513，Y=590 044.311（1980西安坐標(biāo)系，中央子午線為108°）；④QSC09坐標(biāo)：X=3018 095.030，Y=500 380.854（掛靠于1980西安坐標(biāo)系的獨立坐標(biāo)系，中央子午線為108°54′20″，該坐標(biāo)由③中坐標(biāo)采用GNSS工具箱坐標(biāo)換帶計算得來，進(jìn)行輻射投影計算時采用該坐標(biāo)作為中心點坐標(biāo)）。

4 施工控制網(wǎng)成果外部檢核

邊長投影按輻射投影近似公式計算程序進(jìn)行，控制網(wǎng)邊長投影后，和現(xiàn)場高精度測距儀測定的邊長（經(jīng)過改正）在446 m高程面進(jìn)行比較，依據(jù)《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007），其限差不超過GNSS網(wǎng)相鄰點間邊長中誤差的2倍，其中σ為基線長度中誤差（mm）、a為固定誤差（mm）、b為比例誤差（mm/km）、D為平均邊長（km）。根據(jù)儀器標(biāo)稱精度要求，a=10，b=5。坐標(biāo)反算邊長與全站儀實測邊長比較，見表4。

表4 坐標(biāo)反算邊長與全站儀實測邊長比較

從表4可得出檢測邊長較差均在限差范圍，最大的差值不到限差的2/3，不存在明顯的尺度誤差。邊長檢測驗證了GNSS施工控制網(wǎng)精度滿足要求。

5 結(jié)語

綜上，本項目從踏勘、資料收集、觀測墩制作到三等GNSS測量，每道工序均進(jìn)行過程和成果兩級檢查，保證了項目各工序、各階段的成果質(zhì)量。青山?jīng)_水庫工程施工控制網(wǎng)布設(shè)方案合理、工作效率高，各項精度指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。施工控制網(wǎng)的建立為整個工程施工奠定了堅實的基礎(chǔ)，尤其是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)的建立更是節(jié)省了施工時間，為類似水利工程積累了實踐經(jīng)驗。

[1]GB/T18314-2009，全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范[S].

[2]SL 197-2013，水利水電工程測量規(guī)范[S].

TV62+1；TV52

A

1004-7328（2017）06-0032-03

2017—07—10

陳艷會（1971—），女，高級工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計工作。

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.06.008