雙曲拱壩快速測(cè)量放樣方法探討

【摘要】碾壓混凝土筑壩技術(shù)以其施工速度快、工期短等優(yōu)勢(shì)備受壩工界青睞，建壩周期相比同類的常態(tài)混凝土壩可以縮短1/3以上，可以說(shuō)“快速”是碾壓混凝土筑壩技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)。而在雙曲拱壩施工中，壩體高度大，體型設(shè)計(jì)參數(shù)繁多，數(shù)學(xué)模型復(fù)雜多變，測(cè)量施工放樣及內(nèi)業(yè)資料整理計(jì)算量極大，傳統(tǒng)的測(cè)量方法已經(jīng)無(wú)法滿足工程施工需要。如何在保證壩體體型精確控制的前提下滿足碾壓混凝土的快速施工要求，對(duì)測(cè)量工作是一個(gè)技術(shù)難題。象鼻嶺項(xiàng)目測(cè)量技術(shù)人員在分析碾壓混凝土雙曲拱壩施工要求和技術(shù)特點(diǎn)下，經(jīng)過(guò)實(shí)踐總結(jié)驗(yàn)證，提煉出了一套適合于碾壓混凝土雙曲拱壩快速施工放樣的方法，該方法在貴州牛欄江象鼻嶺水電站中得以充分應(yīng)用，不僅提高了工作效率和測(cè)量精度，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為以后類似工程提供了借鑒、參考經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】拱壩；快速；測(cè)量；放樣；方法

1、前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，簡(jiǎn)單、自動(dòng)、直觀、系統(tǒng)、高效已成為測(cè)量行業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)。特別是碾壓混凝土雙曲拱壩的施工過(guò)程中，由于采用碾壓混凝土施工，壩體可連續(xù)不間斷澆筑上升，加之雙曲拱壩體型復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的計(jì)算器計(jì)算能力已不能滿足施工進(jìn)度和精度的要求。如何快速、自動(dòng)、系統(tǒng)、直觀地對(duì)壩體體型進(jìn)行控制，減少繁瑣而沉重的計(jì)算、記錄和資料整理工作，已成為測(cè)量工作人員的一種追求。

碾壓混凝土筑壩技術(shù)以其施工速度快、工期短等優(yōu)勢(shì)備受壩工界青睞，而在雙曲拱壩施工中，壩體高度大，體型設(shè)計(jì)參數(shù)繁多，數(shù)學(xué)模型復(fù)雜多變，測(cè)量施工放樣及內(nèi)業(yè)資料整理計(jì)算量極大，傳統(tǒng)的測(cè)量方法已經(jīng)無(wú)法滿足工程施工需要。如何在保證壩體體型精確控制的前提下滿足碾壓混凝土的快速施工要求，對(duì)測(cè)量工作是一個(gè)技術(shù)難題。

象鼻嶺水電站項(xiàng)目技術(shù)人員在分析碾壓混凝土雙曲拱壩施工要求和技術(shù)特點(diǎn)下，根據(jù)雙曲拱壩的體型參數(shù)，開(kāi)發(fā)了《雙曲拱壩快速測(cè)量放樣系統(tǒng)V1.0》（計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)號(hào)2016SR041081）。該軟件適應(yīng)的編程語(yǔ)言為VB.NET，開(kāi)發(fā)工具為Microsoft Visual Studio 2005，在掌上電腦及計(jì)算機(jī)上均可以運(yùn)行。利用VB net語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的掌上電腦版雙曲拱壩快速測(cè)量放樣系統(tǒng)軟件，采用測(cè)量?jī)x器+掌上電腦的測(cè)量方式，在象鼻嶺水電站大壩工程中實(shí)現(xiàn)了快速智能測(cè)量，實(shí)時(shí)指導(dǎo)拱壩模板調(diào)整，實(shí)施效果經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2、方法特點(diǎn)

《雙曲拱壩快速測(cè)量放樣系統(tǒng)》是一套適合于各種拱壩型式放樣的測(cè)量軟件，采用測(cè)量?jī)x器+掌上電腦的測(cè)量方式達(dá)到快速放樣的效果。它以掌上電腦為運(yùn)行載體，運(yùn)行快捷，操作簡(jiǎn)單，使復(fù)雜的雙曲拱壩體型計(jì)算變?yōu)楹?jiǎn)單的手工操作，大大加快了現(xiàn)場(chǎng)施工放樣的速度和內(nèi)業(yè)資料的工作效率。

（1）使用靈活自由。該測(cè)量方法采用施工控制網(wǎng)加密分層布設(shè)技術(shù)，不僅解決了高拱壩施工測(cè)量精度控制要求，還可以在碾壓混凝土施工倉(cāng)面快速設(shè)站進(jìn)行測(cè)量放樣，靈活自由，便于施工現(xiàn)場(chǎng)的溝通和指揮。

（2）工作效率高。將全站儀有線串行接口通訊改造為無(wú)線藍(lán)牙通訊，通過(guò)藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)掌上電腦與全站儀的指令及數(shù)據(jù)傳輸，減少了傳統(tǒng)測(cè)量工作的操作步驟，提高了測(cè)量工作的效率并避免了手工數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤的發(fā)生。

（3）測(cè)量控制過(guò)程直觀、快捷、精準(zhǔn)。利用《雙曲拱壩快速測(cè)量放樣系統(tǒng)》軟件對(duì)壩體體型進(jìn)行測(cè)量控制，使復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算變?yōu)楹?jiǎn)單的手工操作，直觀、快捷、精準(zhǔn)。

（4）進(jìn)行測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)資料整理，可實(shí)現(xiàn)任意壩面位置參數(shù)的快速、批量計(jì)算，進(jìn)而形成CAD圖形。

3、工藝原理

（1）根據(jù)壩址地形，按高度合理地分層布置施工加密控制網(wǎng)，在觀測(cè)墩上架設(shè)棱鏡（局部采用反射片進(jìn)行補(bǔ)充），采用全站儀后方交會(huì)的方法在碾壓混凝土倉(cāng)面進(jìn)行自由設(shè)站。

（2）對(duì)全站儀通訊端口進(jìn)行改造，對(duì)于本身自帶藍(lán)牙功能的全站儀，只需開(kāi)通串行端口即可，本身不帶有藍(lán)牙功能的全站儀，采用“數(shù)據(jù)線+藍(lán)牙收發(fā)器”來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的藍(lán)牙通訊功能。

（3）根據(jù)雙曲拱壩體型設(shè)計(jì)參數(shù)，開(kāi)發(fā)《雙曲拱壩快速測(cè)量放樣系統(tǒng)》軟件的PDA（掌上電腦）版及PC版，利用軟件進(jìn)行測(cè)量外業(yè)的施工放樣和內(nèi)業(yè)資料整理。

4、操作要點(diǎn)

（1）軟件參數(shù)設(shè)置

①體型參數(shù)設(shè)置不可改動(dòng)，必須與設(shè)計(jì)圖中參數(shù)一致，并定期進(jìn)行檢查復(fù)核。

②全站儀通訊端口參數(shù)必須與《雙曲拱壩快速測(cè)量放樣系統(tǒng)》軟件的PDA（掌上電腦）版保持一致，以便快速無(wú)誤連接藍(lán)牙。

③軟件使用過(guò)程中避免點(diǎn)選與實(shí)際需求不匹配功能（如鎖高、縮邊、棱鏡高等），防止實(shí)際放樣與放樣需求造成偏差。

④隨時(shí)檢查全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)與PDA測(cè)量數(shù)據(jù)保持一致，以免不確定因素造成測(cè)量數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤。

（2）控制網(wǎng)的建立

根據(jù)水電站施工測(cè)量控制布網(wǎng)原則，采用兩級(jí)控制的方法，即施工首級(jí)控制網(wǎng)及施工加密控制網(wǎng)。施工首級(jí)控制網(wǎng)一般由業(yè)主單位提供，施工單位按規(guī)范要求做好相應(yīng)保護(hù)和復(fù)測(cè)。在首級(jí)施工控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，施工單位需要根據(jù)實(shí)際施工需要對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行加密。

①執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

《水電水利工程施工測(cè)量規(guī)范》DL/T5173-2012；

《國(guó)家三，四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》GB12898—91；

《國(guó)家三角測(cè)量規(guī)范》GB/T 17942-2000；

《中、短程光電測(cè)距規(guī)范》GB/T 16818-1997；

②加密控制網(wǎng)設(shè)計(jì)及布設(shè)

施工加密控制網(wǎng)等級(jí)應(yīng)根據(jù)首級(jí)施工控制網(wǎng)的精度及《水電水利工程施工測(cè)量規(guī)范》DL/T5173-2012中施工放樣的相關(guān)規(guī)定，并對(duì)比最末級(jí)控制網(wǎng)相對(duì)于同級(jí)起始點(diǎn)或鄰近高一級(jí)控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差等因素來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，大型水利水電工程施工控制網(wǎng)點(diǎn)選用二等，其它采用三等即可滿足施工需要。

平面加密控制網(wǎng)隨著大壩澆筑高度上升逐層進(jìn)行加密，大壩每上升50m左右，布設(shè)一層控制點(diǎn)，大壩左右岸、上下游均要分布到位。根據(jù)實(shí)際施工條件，距離大壩不超過(guò)400m，可以直接進(jìn)行放樣，起算點(diǎn)為大壩首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)。

高程控制網(wǎng)布設(shè)采用三等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)2個(gè)平面控制點(diǎn)，其余網(wǎng)點(diǎn)采用光電三角高程代替三等水準(zhǔn)測(cè)量，為所有平面控制點(diǎn)提供三等水準(zhǔn)精度的高程。放樣可采用三角高程直接放樣。

觀測(cè)墩的選點(diǎn)、埋設(shè)、觀測(cè)以及計(jì)算等均按照相應(yīng)測(cè)量規(guī)范要求執(zhí)行。

（3）放樣前準(zhǔn)備

①設(shè)置及人員配置

A.測(cè)量設(shè)備采用帶有免棱鏡測(cè)量功能的全站儀，免棱鏡測(cè)量距離不小于400m，測(cè)量精度要滿足施工要求。

B.全站儀要開(kāi)通串行通訊端口，以用于與掌上電腦的數(shù)據(jù)傳輸。為便于施工現(xiàn)場(chǎng)操作，減少數(shù)據(jù)線的纏繞，可將掌上電腦與全站儀的連接更改為藍(lán)牙連接。對(duì)于不帶藍(lán)牙功能的全站儀，需增設(shè)串口藍(lán)牙造配器，將數(shù)據(jù)線連接改造成藍(lán)牙無(wú)線連接。

C.掌上電腦硬件要求：選用HP4700，CPU 624MHz，ROM128M，RAM64M，4.0寸顯示屏分辨率640×480。

D.測(cè)量需要配置測(cè)量隊(duì)長(zhǎng)1名，測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)1名，外業(yè)施工測(cè)量每組配測(cè)量人員2名，工作組數(shù)按現(xiàn)場(chǎng)需要配置。

E.測(cè)量人員均要持證上崗。

②測(cè)量軟件研發(fā)

根據(jù)雙曲拱壩的體型參數(shù)，開(kāi)發(fā)了《雙曲拱壩快速測(cè)量放樣系統(tǒng)V1.0》（計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)號(hào)2016SR041081）。該軟件適應(yīng)的編程語(yǔ)言為VB.NET，開(kāi)發(fā)工具為Microsoft Visual Studio 2005，在掌上電腦及計(jì)算機(jī)上均可以運(yùn)行。

《雙曲拱壩快速測(cè)量放樣系統(tǒng)V1.0》可實(shí)現(xiàn)掌上電腦（或計(jì)算機(jī)）與全站儀的藍(lán)牙無(wú)線通訊，進(jìn)而通過(guò)掌上電腦（或計(jì)算機(jī)）對(duì)全站儀進(jìn)行操控測(cè)量。安裝該軟件的掌上電腦可自動(dòng)接收全站儀觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算雙曲拱壩任意高程面壩體參數(shù)并生成圖形圖片，批量計(jì)算任意高程面逐樁的大地坐標(biāo)和施工坐標(biāo)，對(duì)放樣數(shù)據(jù)計(jì)算和放樣日志自動(dòng)記錄，實(shí)測(cè)任意點(diǎn)位分析等功能，結(jié)合全站儀免棱鏡測(cè)量功能，實(shí)時(shí)指導(dǎo)拱壩模板立模，可大幅度提高測(cè)量放樣計(jì)算速度，滿足雙曲拱壩快速立模的需要。

5、結(jié)語(yǔ)

象鼻嶺水電站碾壓混凝土雙曲拱壩在施工測(cè)量時(shí)，每一組外業(yè)需2人即可完成作業(yè)，且僅需要點(diǎn)擊兩次掌上電腦就完成了壩體體型偏差的計(jì)算（時(shí)間約為5秒），大大加快了施工測(cè)量的速度，減少了測(cè)量人員的投入，滿足了碾壓混凝土快速筑壩的要求，同時(shí)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)良好履約，象鼻嶺水電站于2017年4月26日開(kāi)始蓄水，2017年7月底電站兩臺(tái)機(jī)組相繼并網(wǎng)發(fā)電，2017年10月大壩全線封頂。本項(xiàng)目運(yùn)用的測(cè)量?jī)x器+掌上電腦的測(cè)量方式，大大的擴(kuò)展了全站儀的計(jì)算性能，不僅僅適用于雙曲拱壩，還適用于其他所有的野外測(cè)量工作，測(cè)量人員只需要對(duì)掌上電腦上的測(cè)量軟件進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)利用，還可以開(kāi)發(fā)出更多的、適用面更廣的測(cè)量軟件，即能進(jìn)行常規(guī)測(cè)量工作，也能進(jìn)行針對(duì)性的特需開(kāi)發(fā)。未來(lái)，掌上電腦、平板、智能手機(jī)將代替可編程計(jì)算器，大幅度的擴(kuò)展測(cè)量數(shù)據(jù)的深度加工和利用，測(cè)量工作將會(huì)更加集成化和智能化，智能測(cè)量技術(shù)將擁有更廣泛的應(yīng)用前景。