李志勇

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，618000)

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淺談紅魚洞水庫樞紐區(qū)GPS施工控制網設立

李志勇

(四川省水利水電勘測設計研究院，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”水利建設工程中的重點工程之一。在施工過程中，建立高精度施工控制網至關重要，本文以紅魚洞水庫樞紐的實際建設經驗為例，重點闡述該項目樞紐區(qū)GPS施工控制網建立的要求、方法和過程，以及工作中的注意事項和體會，并借以說明如何提高控制網的精度進而滿足工程施工的要求。

紅魚洞水庫 施工測量 控制網 GPS

2014年11月，巴中市第一座大型水庫——紅魚洞水庫破土動工。建設至今，移民安置點已初具雛形，大壩樞紐臨建工程即將完工，導流隧洞初步具備通水過流條件，泄洪洞及閘室建設正加快推進，干渠工程正式動工。預計到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。

而在實際的工程建設中，如何建立控制網和提高控制網的精度，進而滿足工程施工的要求，不僅是建設速度的要求，更是確保工程質量的前提。

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)展農業(yè)生產和抗御洪澇災害的需要，是解決灌區(qū)農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生活用水、促進革命老區(qū)人民脫貧致富、促進民族團結具有重要意義，項目建成后將實現(xiàn)“政府、企業(yè)、群眾”三結合三盈利的目標。

2 施工控制網設計

2.1 工程施工控制網坐標系確定

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應與鄰近國家控制點進行聯(lián)測，建立樞紐區(qū)控制網，應充分利用勘察階段的已有平面和高程控制網。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上單獨建立專用控制網，而就目前而言，北京54坐標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面擬合不好等問題，但通過54坐標系在建立工程施工控制網時仍能根據(jù)這一坐標系，通過計算獲得一個較為精確的參考。對原有平面控制網的邊長，應投影到測區(qū)的主施工高程面上，并進行復測檢查。精度滿足施工要求，方可作為樞紐區(qū)控制網使用。

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

2.2 網型選擇

控制網以GPS網、測邊網、水準網為主。平面控制網應根據(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，并收集下列相關資料：施工區(qū)現(xiàn)有地形圖和必要的地質資料、規(guī)劃設計階段布設的平面和高程控制網成果、樞紐平面總布置圖、相關的測量規(guī)范等資料。在網型設計時應針對工程施工的精度和放樣要求，進行網型的精度估算，確定最優(yōu)方案。觀測邊長投影計算滿足限差等。施工控制網比較注重實用性，一般根據(jù)GPS網受圖形結構及接收衛(wèi)星信號要求、永久性建筑位置、施工放樣頻率、點位使用方便程度等因素布點。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。該水庫樞紐區(qū)布設三等GPS點6點，組成了兩個大地四邊形，再進行三等控制精度估算，使圖形能夠滿足精度估算要求。

2.3 控制點位置

控制點是指在進行測量作業(yè)之前，在要進行測量的區(qū)域范圍內，布設一系列的點來完成對整個區(qū)域的測量作業(yè)。在埋設時要分為平面和高程兩種類別。

埋設平面測量控制點時，應該滿足規(guī)范中對相應工程的規(guī)定。平面控制網應滿足以下要求：

(1)相鄰控制點間要通視，GPS網點應保證一個或一個以上的通視方向，以滿足施工測量要求；

(2)控制點應選在土質堅硬、穩(wěn)定的地方，以便于保存點的標志和安置儀器；

(3)控制點應選在地勢較高，視野開闊的地方，以便于進行加密、擴展、尋找和碎部測量以及施工放樣。

埋設高程測量控制點時，應該滿足以下要求：

(1)水準點應選在能長期保存，便于施測，堅實、穩(wěn)固的地方；

(2)在選擇水準點時，應考慮到高程控制網的進一步加密；

(3)應考慮到便于國家水準點進行聯(lián)測；

(4)水準網應布設成附和路線，結點網或環(huán)形網。

3 施工控制網的建立

3.1 選點

在工程施工的選點上，對于控制網的點位選擇應該要結合工程場地的實際情況和具體條件，在大方向上應該堅持以方便施工為原則，同時還應該要顧及到施工過程中的點位之間的通視條件變化以及可能會遇到的點位破壞情況，特別要強調的是在數(shù)量上應計劃好供設備所用的點位。紅魚洞水庫大壩建設過程中，按以下原則進行樞紐區(qū)三等GPS網選點：

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

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

(3)點位選在交通方便，有利于其它觀測手段擴展與聯(lián)測點位，地面基礎穩(wěn)定，易于點位的保存。

3.2 埋設

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

(1)埋設好的控制點，精度必須要能夠滿足工程建設的需要；

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

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

因此在紅魚洞水庫樞紐區(qū)進行平面控制布網時，依照著從高級到低級、由整體到局部的原則，從而進行逐級布網。在三等GPS控制測量上，樞紐區(qū)在壩線上下游共布設三等GPS網點6點(觀測墩)，其點位埋設不銹鋼的強制對中基座，GPS網點大多布設在樞紐區(qū)建筑物附近開挖線以外，而且在網型上組成大地四邊形，圖形以滿足技術要求及實用性，對于直接用于施工放樣的控制點，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)較遠的控制點，考慮圖形結構和便于加密的要求。并且在埋設完成以后三等GPS邊的長度不小于300m?？刂泣c的標石和標志穩(wěn)定，以便長期保存和使用。選點埋標完成后，并繪制測點標石記錄，以便于查找和托管，標石規(guī)格類型應滿足《水利水電工程施工測量規(guī)范》(SL/52-2015)要求。

3.3 觀測

在對于控制點的觀測活動中，明確所用觀測儀器的相關參數(shù)，并且注意其他設備或因素可能對于觀測數(shù)據(jù)所造成的影響，以及GPS測量各等級的點位幾何圖形強度因子PDOP值均小于6。三等GPS觀測儀器采用華測X90四臺雙頻接收機施測，標稱精度為：3mm+0.5ppm，相位差分定位精度≤5cm。GPS施測中各等級作業(yè)的基本技術要求均按規(guī)定執(zhí)行。在進行GPS測量時聯(lián)測了3個已知點作起算點。觀測員均嚴格按儀器操作手冊中的要求執(zhí)行，接收機在開始記錄數(shù)據(jù)后均注意查看有關衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，觀測中注意供電情況，認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使用對講機，并隨時查看儀器內存或硬盤容量。每日觀測結束后，都應及時將數(shù)據(jù)備份以防止損壞。觀測手簿在接收機啟動前及測量中均由觀測者填寫。GPS網點采用三等水準進行聯(lián)測，作為高程控制網的高程控制點。

3.4 GPS數(shù)據(jù)資料處理

對于GPS觀察數(shù)據(jù)的處理，首先應對外業(yè)觀測手薄、平差計算起始數(shù)據(jù)，再次進行全面的檢查校對。在控制網各項外業(yè)觀測結束后，進行各項限差的驗算，對于基線結果應及時進行重復邊、同步環(huán)、異步環(huán)、閉合差的檢驗。其次，在進行GPS網無約束平差時，應進一步進行粗差的檢驗。最后，對于不能達到精度的點、邊及同步圖形，及時分析原因，利用重算、返工等手段進行補救，以達到能滿足各項精度要求。GPS平差后的精度根據(jù)平差方法包含單位權測角中誤差、相對點位中誤差、各邊邊長中誤差和方向中誤差、各待定點點位中誤差和各點點位誤差橢圓元素。

在紅魚洞水利樞紐施工控制網的建立過程中，GPS網的平差在WGS-84坐標系中進行三維無約束平差，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上，再在施工平面控制網的坐標系下進行二維約束平差，在二維約束平差中，基線向量的改正數(shù)與無約束平差結果的同名基線相應改正數(shù)的較差不超過2倍基線長度中誤差，對于樞紐區(qū)的控制網平差后網中最弱點，點位中誤差不大于±10mm。平差后網中最弱相鄰點和相鄰邊的邊長精度指標均按表1規(guī)定執(zhí)行。

表1 邊長控制精度指標

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

4 結語

水利工程是“功在當代，利在千秋”的公益性基礎設施建設項目，對工程質量和穩(wěn)定性要求很高。在建設過程中，測量上的任何一點微小誤差都有可能造成極大的影響，特別是大型項目，更有可能因為這一點誤差而造成危害極大的安全隱患。因此，施工控制網的設計必須周到細致，測點的具體布設、觀測都應嚴格按規(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施工控制網的建立[J].中國農村水利水電，2009(01)：128-130.

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

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