蔣茂利，陳 濤

（中國水電顧問集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙410014）

1 概 述

1.1 工程簡介

錦屏一級水電站位于四川省鹽源縣與木里縣交界的雅礱江干流，是雅礱江水能資源最富集的水電站。電站工程等級為Ⅰ等，工程規(guī)模巨大，地處深山峽谷地區(qū)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，兩岸為近千米的高陡邊坡，基巖裸露，巖壁聳立，為典型的深切“V”型谷。大壩為目前世界上最高雙曲拱壩，其壩頂高程1 885m，建基面高程1 580m，最大壩高305 m，拱冠梁頂厚16m，拱冠梁底厚63m，最大中心角93.12°，頂拱中心線弧長552.23m，厚高比0.207，弧高比1.811。設(shè)置25條橫縫，將大壩分為26個壩段，橫縫間距20～25m，平均壩段寬度為22.6m，施工不設(shè)縱縫。拱壩體型復(fù)雜，高差大，測量點、線、面幾何關(guān)系復(fù)雜。兩岸地形地質(zhì)條件差，測量控制網(wǎng)點布設(shè)困難，形體質(zhì)量控制難度大。

1.2 雙曲拱壩特征

雙曲拱壩是指在水平方向和豎直方向上都存在彎曲的拱壩，它是拱壩中最具有代表性的壩型。雙曲拱壩的水平方向彎曲可以發(fā)揮拱的作用，豎直方向彎曲可實現(xiàn)變中心、變半徑以調(diào)整拱壩上下部的曲率和半徑。鑒于雙曲拱壩幾何特性，提高大壩形體質(zhì)量，需采取特定的施工測量及檢測方法。

2 控制網(wǎng)布設(shè)、測量及維護(hù)

根據(jù)控制網(wǎng)的布網(wǎng)原則，采用兩級控制的方案，即大壩施工控制網(wǎng)及大壩加密控制網(wǎng)，測量控制網(wǎng)層次圖見圖1。平面基準(zhǔn)采用錦屏建設(shè)單位發(fā)布的錦屏一級水電站二等邊角網(wǎng)成果，高程基準(zhǔn)采用錦屏西端平洞基點組水準(zhǔn)點成果。

圖1 測量控制網(wǎng)層次

由于大壩高達(dá)305m，為了保證施工測量的精度和大壩形體的質(zhì)量，在大壩澆筑每上升50m左右布設(shè)一層大壩加密控制網(wǎng)，每層布置4～5點，分布在大壩左右岸，共布設(shè)5層控制點。各種平面控制網(wǎng)均設(shè)計為邊角網(wǎng)，嚴(yán)格按照建設(shè)流程進(jìn)行實施，其流程圖見圖2。

圖2 控制測量流程

高程控制網(wǎng)采用三等水準(zhǔn)聯(lián)測2個平面控制點，其余網(wǎng)點采用光電測距方法聯(lián)測三等三角高程，隨平面控制網(wǎng)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)布設(shè)，為所有平面控制點提供三等水準(zhǔn)精度的高程。

按規(guī)范選擇滿足精度要求的儀器進(jìn)行觀測、選擇經(jīng)過鑒定和校核的軟件預(yù)處理、平差計算、精度分析等，確保合格后才能進(jìn)行下一步處理解算。

為確?？刂瞥晒目煽啃?，按規(guī)范要求并結(jié)合工程建設(shè)的實際情況，大壩首級控制網(wǎng)由建設(shè)單位組織復(fù)測并發(fā)布成果，其中二等網(wǎng)每年復(fù)測一次、三等網(wǎng)半年復(fù)測一次；加密控制網(wǎng)由監(jiān)理單位組織復(fù)測并發(fā)布成果，同時抄報建設(shè)單位。由施工單位負(fù)責(zé)施工區(qū)內(nèi)的控制點的維護(hù)，有異常向監(jiān)理單位、建設(shè)單位及時報告，據(jù)情況商討采取相應(yīng)的處理措施。

3 施工測量過程控制

3.1 放樣前的準(zhǔn)備

為保證現(xiàn)場測量放樣工作正常、有序、順利地進(jìn)行，各參建單位先從人員、儀器設(shè)備和技術(shù)上做好準(zhǔn)備工作并由建設(shè)單位監(jiān)督、考核；承包商編制施工測量方案，報監(jiān)理單位審核后按監(jiān)理批復(fù)意見實施；再從圖紙讀審、放樣程序編制、放樣參數(shù)計算、放樣精度估算等方面做好室內(nèi)準(zhǔn)備工作，與設(shè)計單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位的相關(guān)人員的成果進(jìn)行比對、比算，確定無誤后才能用于現(xiàn)場施工放樣測量工作。

3.2 放樣測站點的建立

放樣測站點選在建設(shè)單位提供的測量控制網(wǎng)點或大壩加密控制網(wǎng)點上，如點位無法直接用于倉面放樣時，測量控制網(wǎng)點采用自由設(shè)站或全站儀極坐標(biāo)法按四等控制網(wǎng)測量技術(shù)要求測設(shè)站點，可在倉面外或倉面內(nèi)。無論哪種方式建立的測站點，均需要用至少2個檢查點控制站點的精度。

3.3 放樣方法

施工放樣的目的是將圖上所設(shè)計的建筑物的位置、形狀、大小與高低，在實地標(biāo)定出來，以作為施工的依據(jù)。對于錦屏一級水電站雙曲拱壩而言，可以采用輕巧方便的Casio fx4850／5800計算器編制施工測量放樣和測量檢測的計算程序。

3.3.1 放樣點位選擇

錦屏一級水電站大壩壩體橫向、縱向都是曲線，現(xiàn)場使用平面模板代替曲面，放樣點位選擇模板的交匯處，每隔3m放樣一個立模點。

3.3.2 放樣測量方法

采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行混凝土上、下游面任意點的放樣。全站儀極坐標(biāo)法是利用數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)原理，以兩個控制點的連線作為極軸，以其中一個點作為極點建立極坐標(biāo)系，將架設(shè)儀器控制點（即:極點）的坐標(biāo)和極軸的方位角輸入儀器中，在放樣部位任意測點，計算測量點至放樣點的橫向和縱向的偏距，指揮司尺員移動，直到滿足放樣要求。

3.3.3 放樣基本程序

1）根據(jù)現(xiàn)場情況和壩體上升時縱向的傾斜方向，預(yù)先確定放樣點至預(yù)設(shè)某高程設(shè)計邊線的距離，通常選擇0m、0.2m、0.5m、1m。

2）對于基巖倉的上、下游面要對模板的上邊線和下邊線分別放樣，見圖3，其中圖中黑線框為模板，實心點為放樣點，空心點為模板上邊線點；對于上升倉，先檢測前一層砼澆筑形體，模板下邊線以已有混凝土邊線為準(zhǔn)，只對模板上邊線進(jìn)行放樣，見圖4。

圖3 基巖倉放樣示意

圖4 上升倉放樣示意

3）放樣過程中，在模板交匯處徑向方向附近置鏡，用編制好的程序計算置鏡點至預(yù)設(shè)高程設(shè)計邊線的徑向距離，與預(yù)先選擇的距離進(jìn)行比較，當(dāng)差值小于1cm時，指揮置鏡員按差值的大小和方向確定點位并用帶紅色膠帽的鋼釘做點。

4）當(dāng)敲鋼釘時，如發(fā)現(xiàn)點位可能不在正確位置時，要再置鏡在鋼釘頂部，重新測量鋼釘?shù)钠矫孀鴺?biāo)并計算設(shè)計邊線的徑向距離，判斷是否滿足要求，否則拔出鋼釘重新進(jìn)行立模點的放樣。

3.4 模板檢測

壩面模板檢測的方法與放樣過程相似，直接測量每塊模板上邊線的端點，計算模板端點徑向偏差。因上、下游面是曲面，在水平方向和垂直方向上均為曲線，而實際采用平面模板代替曲面。對于基巖倉模板檢測時，需對模板的上、下邊線分別進(jìn)行檢測，而上升倉只檢測上邊線，模板下邊線以已澆混凝土邊線為準(zhǔn)。由于水平方向上用直線代替曲線，檢測時對每塊模板的接縫處都要檢查，基本上每3m檢測一個點?？紤]到混凝土澆筑對模板產(chǎn)生影響，一般當(dāng)模板相對設(shè)計位置大于10mm或小于20mm時，應(yīng)指導(dǎo)作業(yè)人員調(diào)整模板，直至模板相對設(shè)計位置的偏差在［－20mm，＋10mm］內(nèi)。

4 模板擬合精度分析及施工測量

4.1 模板擬合精度分析

由壩面拋物線方程可知:在同一高程面上，拱冠梁處曲率最大，等長直線的平面模板在拱冠梁處擬合的壩面形體偏差最大；拱端處曲率最小，等長直線的平面模板擬合的壩面形體偏差最小。

根據(jù)施工方案得知:大壩上、下游面使用3.3m×3m的懸臂模板，其中建基面以上4.5m左右采用組合鋼模板。為了全面反映每個高程面上以平面代曲面的最大偏差，選取拱冠梁處橫向3m，縱向每3m高差的上、下游曲面共386組數(shù)據(jù)來計算模板的擬合誤差，擬合計算示意圖見圖5（該圖為多卡模板立面投影圖，為計算方便，設(shè)定投影后模板高和寬均為3m不變）。計算時，假設(shè)模板角點（1#、3#、7#、9#）均在設(shè)計位置，2#、4#、6#、8#點的坐標(biāo)為對應(yīng)兩角點坐標(biāo)的平均值；5#點的坐標(biāo)為1#、9#兩點或3#、7#兩點坐標(biāo)平均值。擬合精度統(tǒng)計情況見表1。

表1 模板擬合精度統(tǒng)計表

從表1中可看出，下游面擬合偏差較大，超過規(guī)范要求；上游面擬合差雖沒有超過規(guī)范要求，但對大壩形體的影響也大。

4.2 施工測量措施

以平面代曲面的擬合誤差較大，為了確保成型混凝土與設(shè)計面相對吻合并滿足規(guī)范對大壩形體的要求，在施工模板校核時模板的調(diào)校位置采用折中方法控制，見圖6，即模板端點相對設(shè)計位置向上游（下游模板）或下游（上游模板）方向偏離模板最大擬合差值的1／2，于是對于表1的最大偏差和擬合中誤差均減半，即模板總體擬合中誤差為±5.3mm。

圖5 模板擬合示意

圖6 下游模板折中定位法控制示意

由于多卡模板在混凝土澆筑過程中受力單一，整體性好，其引起的形體誤差帶有明顯的系統(tǒng)性和變形值的先驗性，一般情況下模板位移量為0～10 mm，在模板調(diào)校和檢測時可對模板進(jìn)行控制，另外再預(yù)留該部分變形引起的誤差，能明顯提高大壩混凝土的最終形體質(zhì)量。

5 精度估算

大壩形體測量誤差包括:模板定位測量誤差、模板架立誤差、模板以平代曲擬合誤差。模板定位測量誤差指模板檢測時測量點相對于鄰近基本控制點的誤差。通常采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行模板檢測，根據(jù)采用的全站儀標(biāo)稱精度，測量中誤差用下式進(jìn)行估算:

根據(jù)現(xiàn)場情況，倉位離臨近基本控制點的距離一般不大于300m，取S＝300m，ρ＝206.625，ms＝±（2＋2×10－6D），mβ＝±2″，代入式（1），得

根據(jù)模板驗收測量資料統(tǒng)計，按照測量放樣點位架立模板的中誤差Mj＝±2.2mm。模板以平代曲擬合中誤差Md＝±5.3mm。

根據(jù)誤差傳遞原理，由測量誤差、模板以平代曲擬合誤差和模板架立誤差引起的大壩外觀形體中誤差為

將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入式（2），得

取2倍中誤差作為混凝土形體誤差的限差，則為±13.8mm，滿足規(guī)范±20mm的要求。

6 形體檢測及質(zhì)量評價

針對錦屏一級高拱壩特殊體型結(jié)構(gòu)，且拱壩高305m，如采用傳統(tǒng)作業(yè)方法，待大壩竣工后再進(jìn)行斷面形體測量難度極大。在每倉倉面澆筑收倉后至下倉開始立模放樣前，使用全站儀坐標(biāo)法或免棱鏡全站儀坐標(biāo)法進(jìn)行上倉成型混凝土的形體測量。測量完成后，計算形體偏差，編制形體測量報告，對于偏差較大的測重報告及時分析原因，為以后大壩形體控制提供借鑒，并采取積極有效的措施避免偏差累積。

利用測量中心從2010－11－09～2013－11－25記錄50次812個檢測點資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，形體檢測偏差分析情況見表2。

表2 形體檢測偏差分析表

從表2分析數(shù)據(jù)看，雙曲拱壩的形體偏差中誤差最大為±14.7mm，優(yōu)于規(guī)范要求的±20mm，完全滿足設(shè)計和規(guī)范的要求。

7 結(jié)束語

1）對于結(jié)構(gòu)垂直高差較大的建筑物，為了保證施工測量精度，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采取分層布設(shè)施工控制網(wǎng)；

2）對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物，施工放樣前，必須先結(jié)合施工方案進(jìn)行精度分析，根據(jù)精度情況編制施工測量方案；

3）施工測量時必須按照確定的施工測量方案進(jìn)行作業(yè)。4）為了保證結(jié)構(gòu)物的整體性和美觀性，當(dāng)精度分析成果不能滿足設(shè)計及規(guī)范要求時，采取必要的措施。例如，在模板定位時，雙曲拱壩采取折中的方法確定模板的位置，不僅為成型拱壩流暢的輪廓線條、美觀的造型提供基礎(chǔ)，而且為最終整個大壩的形體完全滿足設(shè)計要求提供保證。

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