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(jù)安徽省發(fā)展和改革委員會(huì)計(jì)設(shè)計(jì)〔2004〕945號(hào)文件批復(fù)精神，確定引水流量和隧洞底坡，經(jīng)計(jì)算隧洞段正常水深為3.7～3.9m（分別對(duì)應(yīng)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(cè)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(jí)控制網(wǎng)的建立

（1）平面控制網(wǎng)

施工區(qū)左右兩岸有業(yè)主方所施測的施工控制網(wǎng)：①采用GPS靜態(tài)測量在整個(gè)施工區(qū)內(nèi)布設(shè)了4組首級(jí)控制；②使用4臺(tái)TRIMDLE（天寶）4800接收機(jī)進(jìn)行觀測，每個(gè)時(shí)段不少于60min；③GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)采樣率為15s；④經(jīng)過隨機(jī)軟件TGO基線解算和平差網(wǎng)計(jì)算后的GPS成果作為整個(gè)電站的首級(jí)控制成果。

（2）測量控制網(wǎng)的復(fù)測

施工區(qū)的首級(jí)控制網(wǎng)由6個(gè)主網(wǎng)點(diǎn)組成（施工、監(jiān)理、業(yè)主聯(lián)合對(duì)其進(jìn)行了全部復(fù)測），經(jīng)過平差計(jì)算，各點(diǎn)精度、可靠性均能滿足施工要求，根據(jù)測量規(guī)范，可以作為首級(jí)控制網(wǎng)。

2.二級(jí)控制網(wǎng)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(jì)量檢定站檢定），4個(gè)測回，施測時(shí)各項(xiàng)限差嚴(yán)格按規(guī)要求觀測，并要在觀測過程中保證目標(biāo)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(shí)間進(jìn)行觀測。晴天作業(yè)時(shí)，測站應(yīng)用測傘遮陽，不宜逆光觀測。

此平面控制采用導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)，既能作獨(dú)立平面控制，也可作首級(jí)三角網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測，并通過平差計(jì)算，成果滿足規(guī)范要求。局部成果計(jì)算見表1。從表中可以看出，計(jì)算中的角度平差、配賦及各項(xiàng)限差都符合測量規(guī)范要求。說明此導(dǎo)線網(wǎng)的可靠性以及觀測質(zhì)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(jì)、溫度計(jì)等）都已經(jīng)由計(jì)量部門進(jìn)行了嚴(yán)格的檢定，目標(biāo)采用配套三棱鏡。觀測時(shí)采用往返觀測兩個(gè)測回，每一測回讀取4個(gè)數(shù)。各測回2C值互差均按規(guī)范要求進(jìn)行。所測距離均采用對(duì)向觀測，同時(shí)作好溫度、氣壓的記錄，最后取各個(gè)觀測值的平均值作為水平距離的起算數(shù)據(jù)。氣壓最小讀數(shù)為0.5mb，溫度最小讀數(shù)為0.5℃。

（3）三角高程測量

嚴(yán)格按照光電測距三角高程測量技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行施測。采用三絲法往返測量（各3個(gè)測回），盤左位置和盤右位置分別照準(zhǔn)同一目標(biāo)讀數(shù)為1個(gè)測回，用水平絲照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)均精確照準(zhǔn)兩次，各讀數(shù)2次。測站平差，高程按改正數(shù)配賦計(jì)算，并注意儀器高和梭鏡的正確量?。ㄒ话銘?yīng)量取兩次，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(wǎng)（GPS點(diǎn)）都布設(shè)在左右兩岸的山上，離施工現(xiàn)場比較遠(yuǎn)，不能夠滿足施工測量的需要，必須根據(jù)工地的實(shí)際情況，選擇合適的位置埋設(shè)好控制點(diǎn)，進(jìn)行施工測量控制網(wǎng)的測設(shè)。如果利用全站儀建立EDM導(dǎo)線網(wǎng)，其精度也可達(dá)到四等精度要求。由于各個(gè)建筑物在平面位置和高程方面都有一定的聯(lián)系，而各個(gè)建筑物又是獨(dú)立施工，最后才聯(lián)結(jié)為一個(gè)整體，為了保證建成后的各建筑物符合設(shè)計(jì)要求，就需要在施工前建立整體的施工控制網(wǎng)，以控制全局，作為各項(xiàng)工程放樣的依據(jù)。

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

1.附合導(dǎo)線

附合導(dǎo)線是由某一高級(jí)控制點(diǎn)出發(fā)最后附合到另一高級(jí)控制點(diǎn)的導(dǎo)線。附合導(dǎo)線選點(diǎn)比較靈活，能在所需要的地方布點(diǎn)，且易布設(shè)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(dǎo)線測量成果的精度大大提高。

2.閉合導(dǎo)線

閉合導(dǎo)線，由某一高級(jí)控制點(diǎn)出發(fā)后最后又回到該點(diǎn)，組成一個(gè)閉合多邊形。如II-09為左岸控制點(diǎn)，II-13為右岸控制點(diǎn)，1點(diǎn)至4點(diǎn)為中間點(diǎn)，所有點(diǎn)連成一條導(dǎo)線。野外選點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)線邊長要大致相等，相鄰邊長不應(yīng)懸殊過大。同時(shí)，相鄰點(diǎn)的高差也不能相差太大。所選的導(dǎo)線點(diǎn)，如有條件的話，最好進(jìn)行埋石，避免點(diǎn)被破壞。

3.雙支導(dǎo)線

當(dāng)閉合導(dǎo)線中的某一點(diǎn)或幾點(diǎn)發(fā)生重合時(shí)，就成了雙支導(dǎo)線。此類型導(dǎo)線的觀測方法與閉合導(dǎo)線相同。一般來說，這種導(dǎo)線可以單雙測站交替設(shè)置。在重合點(diǎn)上只需要架設(shè)一次儀器或是梭鏡。它的計(jì)算既可按兩條支導(dǎo)線獨(dú)立進(jìn)行，也可按閉合導(dǎo)線的方法進(jìn)行計(jì)算（當(dāng)導(dǎo)線交叉時(shí)，只能按雙支導(dǎo)線計(jì)算）。另外，還可以比較重合點(diǎn)以及終點(diǎn)的坐標(biāo)值從而得到校核。

4.單支導(dǎo)線

隨著工程的進(jìn)展，需要在局部工程部位布設(shè)控制點(diǎn)，則可以布設(shè)成單支導(dǎo)線，其觀測的步驟與各項(xiàng)精度指標(biāo)與上面兩種類型的導(dǎo)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(gè)測回，測回間的方向值互差應(yīng)小于6s。在進(jìn)行距離和高差觀測時(shí)，結(jié)合正倒鏡法往返觀測，以便用兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。結(jié)合“引閘入華”的實(shí)際施工情況，在洞內(nèi)布設(shè)了兩條支導(dǎo)線，既滿足了施工測量的需要，又可以相互校核，進(jìn)行被毀控制點(diǎn)的恢復(fù)工作。

5.無定向?qū)Ь€

無定向?qū)Ь€作為導(dǎo)線的一種的布設(shè)形式，其原理是在兩個(gè)已知點(diǎn)不通視的情況下，先建立一假定坐標(biāo)系（原點(diǎn)最好選建在一個(gè)已知點(diǎn)上），按照規(guī)范要求進(jìn)行導(dǎo)線各相關(guān)要素的測量，計(jì)算兩個(gè)已知點(diǎn)在假定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，然后利用坐標(biāo)系間旋轉(zhuǎn)及平移的原理，求出導(dǎo)線上各點(diǎn)的大地坐標(biāo)。由于這種導(dǎo)線在測量中，某一測站數(shù)據(jù)一旦發(fā)生錯(cuò)誤，不容易被發(fā)現(xiàn)，這就需要對(duì)整個(gè)導(dǎo)線進(jìn)行重新測量，從而導(dǎo)致了測量工作量的增加。所以，此導(dǎo)線無論是對(duì)測量人員的技術(shù)水平、還是測量儀器的精度指標(biāo)以及觀測精度等，都有很高的要求。加之此導(dǎo)線具有一定的局限性，工程中基本不使用。

6.導(dǎo)線網(wǎng)的精度估算

施工區(qū)域內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)的建立，主要是為了指導(dǎo)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(dǎo)線，均可用直伸支導(dǎo)線終點(diǎn)精度的估算方法來估算導(dǎo)線最弱點(diǎn)的精度。在任意平面直角坐標(biāo)系中，支導(dǎo)線由于沒有起算數(shù)據(jù)誤差（其誤差忽略不計(jì)）和因起算數(shù)據(jù)誤差引起的誤差，其最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差的計(jì)算如下式：

Mx、My分別由導(dǎo)線測量誤差引起的導(dǎo)線終點(diǎn)的縱、橫向誤差；

Ms、MB分別為導(dǎo)線測距和測角中誤差；

s、n分別為直伸導(dǎo)線平均邊長和導(dǎo)線邊數(shù)，S為支導(dǎo)線的總長。

根據(jù)大量的導(dǎo)線測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：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(jù)《水利水電施工測量規(guī)范》（SL52-93）中的相關(guān)規(guī)定，導(dǎo)線測量各項(xiàng)技術(shù)要求如表2。

從表1中可以看出，當(dāng)導(dǎo)線測量的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)范要求時(shí)，計(jì)算不同長度和邊數(shù)的支導(dǎo)線弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差M可通過式（1）求出。而當(dāng)在地面導(dǎo)線長度2000m以內(nèi)時(shí)，可用單支導(dǎo)線（一級(jí)導(dǎo)線的觀測要求）控制；當(dāng)導(dǎo)線的長度在2000m以上時(shí)，應(yīng)用閉合或雙支導(dǎo)線作控制，其最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為單支導(dǎo)線的1/√2。從表2中可看出，導(dǎo)線測設(shè)成果的精度達(dá)到了三等控制網(wǎng)的精度要求，完全符合施工測量四等控制網(wǎng)的精度要求。

7.快速測設(shè)

從表2可以看出，經(jīng)過平差后的成果為大地坐標(biāo)。而設(shè)計(jì)施工圖施工坐標(biāo)（圖上尺寸）在進(jìn)行施工放樣時(shí)，需要把設(shè)計(jì)施工圖上的坐標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使整個(gè)施工區(qū)域在一個(gè)相對(duì)坐標(biāo)網(wǎng)內(nèi)，才能達(dá)到快速測量放樣的目的。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式如下：

上式通過坐標(biāo)換算得出以下實(shí)用公式：

結(jié)合“引閘入華”引水隧洞工程的情況，由于時(shí)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(zhì)條件差，容易塌方。如果不在有限的時(shí)間內(nèi)快速測量放樣，將會(huì)影響到整個(gè)工期的安排計(jì)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(wǎng)內(nèi)的所有點(diǎn)的大地坐標(biāo)都經(jīng)過公式轉(zhuǎn)換，與設(shè)計(jì)施工圖統(tǒng)一成為一個(gè)施工控制網(wǎng)，通過儀器測量出來的坐標(biāo)（X，Y），X代表所測任意點(diǎn)相對(duì)于洞軸線的樁號(hào)，Y代表所測任意點(diǎn)相對(duì)于洞軸線的偏距。施工坐標(biāo)的采用，大大減少了測站上的計(jì)算量，達(dá)到了快速施工測量的目的，從而保證了施工的進(jìn)度。

表1 閉合導(dǎo)線平差計(jì)算成果表

表2 導(dǎo)線測量技術(shù)要求表

四、結(jié)語

水利工程的地面控制測量，使用全站儀來測設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)，是一種平面精度高、效率高并節(jié)省費(fèi)用的好方法。三角高程的精度要求完全可以滿足四等水準(zhǔn)測量的要求，可直接用其成果。EDM（測距）導(dǎo)線是水利工程測量中常用的方法，但布點(diǎn)時(shí)要盡量使導(dǎo)線成直伸型狀，以提高精度、減小誤差。單支導(dǎo)線的測量由于僅有一端連接在高級(jí)控制點(diǎn)上，如發(fā)生錯(cuò)誤，根本沒有辦法進(jìn)行校核，所以施測時(shí)要多注意自身的檢核。如果條件允許的話，應(yīng)使其末端與其他的高級(jí)控制點(diǎn)相連接，以便校核其精度，保證其準(zhǔn)確性。對(duì)于施工測量控制網(wǎng)，應(yīng)定期進(jìn)行復(fù)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正控制點(diǎn)可能出現(xiàn)的偏差和位移?！耙l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(wǎng)。而施工測量放樣是整個(gè)施工過程中的一個(gè)組成部分，因此，必須與施工組織計(jì)劃相協(xié)調(diào)，在精度和速度方面滿足施工需要的同時(shí)，還要盡可能避開施工的干擾

（作者單位：安徽省淮北市水務(wù)局235000）