陳艷會(huì)，陸日壯，趙慧

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)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(jì)與實(shí)施

陳艷會(huì)，陸日壯，趙慧

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)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(xiàng)目各基礎(chǔ)建設(shè)順利實(shí)施，設(shè)計(jì)并實(shí)施了由18座觀測(cè)墩組成的三等GNSS施工控制網(wǎng)，為工程設(shè)計(jì)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(jì)；實(shí)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(jì)社會(huì)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(zhǎng)江流域沅江水系舞陽河一級(jí)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(xiàng)目各基礎(chǔ)建設(shè)順利實(shí)施，設(shè)計(jì)并實(shí)施了由18座觀測(cè)墩組成的三等GNSS施工控制網(wǎng)，為工程設(shè)計(jì)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(jì)

2.1 布網(wǎng)設(shè)計(jì)

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(dú)立坐標(biāo)系，中央子午線為108°54′20″，投影面高程為446 m。測(cè)區(qū)內(nèi)共有國家二等三角點(diǎn)3座，點(diǎn)名為米寨坡、棗子當(dāng)、唐家屯，經(jīng)過實(shí)地踏勘，棗子當(dāng)和米寨坡2點(diǎn)可以使用，作為施工控制網(wǎng)起算點(diǎn)；唐家屯點(diǎn)位標(biāo)芯丟失，作為檢核點(diǎn)。施工控制網(wǎng)起算點(diǎn)與該工程項(xiàng)目建議書階段和可研階段四等控制網(wǎng)起算點(diǎn)保持一致，坐標(biāo)成果為3度帶。

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

圖1 施工控制網(wǎng)布網(wǎng)設(shè)計(jì)

2.2 觀測(cè)墩設(shè)計(jì)

控制點(diǎn)點(diǎn)位選在施工場(chǎng)地附近障礙物少、通視良好、交通便利、基礎(chǔ)穩(wěn)定、便于長(zhǎng)時(shí)間保存的地方，點(diǎn)位的布設(shè)必須顧及場(chǎng)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(cè)精度，采用帶強(qiáng)制歸心設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)混凝土觀測(cè)墩，現(xiàn)場(chǎng)澆筑制作。

觀測(cè)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(cè)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(cè)墩頂面配置帶強(qiáng)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(cè)墩規(guī)格尺寸，如圖2所示。

觀測(cè)墩澆筑完畢后，現(xiàn)場(chǎng)繪制GNSS點(diǎn)點(diǎn)之記。觀測(cè)墩正面噴繪“青山?jīng)_施工控制網(wǎng)”，背面噴繪“測(cè)量標(biāo)志嚴(yán)禁搬動(dòng)”，頂面印有編號(hào)和建造時(shí)間。施工控制網(wǎng)布設(shè)是工程技術(shù)設(shè)計(jì)的一部分，所有布設(shè)的控制點(diǎn)點(diǎn)位均要求繪制在施工設(shè)計(jì)總平面圖上。

圖2 觀測(cè)墩規(guī)格尺寸示意（單位/cm）

2.3 觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

施工控制網(wǎng)布設(shè)成三等GNSS控制網(wǎng)，共由21個(gè)點(diǎn)組成，其中新布設(shè)觀測(cè)墩18座、聯(lián)測(cè)國家高等級(jí)三角點(diǎn)2個(gè)、聯(lián)測(cè)項(xiàng)目可研階段已有GNSS控制點(diǎn)1個(gè)。三等GNSS施工控制網(wǎng)采用靜態(tài)觀測(cè)方法，6臺(tái)天寶R8S接收機(jī)同步觀測(cè)。GNSS天線安置的對(duì)中允許誤差為1 mm（觀測(cè)墩采用強(qiáng)制對(duì)中，對(duì)中允許誤差為1 mm），天線高的量取精確至1 mm。觀測(cè)手簿內(nèi)容填寫按照技術(shù)設(shè)計(jì)書要求如下進(jìn)行：測(cè)站點(diǎn)名、接收機(jī)名稱（型號(hào)）、接收機(jī)編號(hào)、觀測(cè)者、開機(jī)時(shí)間、關(guān)機(jī)時(shí)間、時(shí)段號(hào)、天線高、日期。

（1）以國家高等級(jí)三角點(diǎn)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(xiàng)目工程的平面控制基準(zhǔn)。

（2）聯(lián)測(cè)項(xiàng)目可研階段已有GNSS控制點(diǎn)，維持施工控制網(wǎng)坐標(biāo)成果與項(xiàng)目前期平面坐標(biāo)系統(tǒng)一致，保證設(shè)計(jì)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(jī)同步觀測(cè)，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(diǎn)同步觀測(cè)框架加強(qiáng)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(cè)技術(shù)要求按《水利水電工程測(cè)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(cè)技術(shù)要求

3 施工控制網(wǎng)的實(shí)施

3.1 觀測(cè)墩埋設(shè)

根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)位布設(shè)情況，組織6個(gè)人分成3個(gè)小組，采用拖拉機(jī)和人工抬扛的方式，將建筑材料運(yùn)送到各個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)位。埋設(shè)時(shí)，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(shí)。觀測(cè)墩凝固穩(wěn)定后拆模，外表刷白油漆，噴涂文字標(biāo)識(shí)。觀測(cè)墩實(shí)物，如圖3所示。

圖3 觀測(cè)墩

3.2 施工控制網(wǎng)測(cè)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(gè)大地四邊形構(gòu)成封閉式的GNSS網(wǎng)環(huán)。9個(gè)人分成6個(gè)小組，現(xiàn)場(chǎng)采用6臺(tái)天寶R9雙頻GNSS接收機(jī)同步觀測(cè)，每天2個(gè)時(shí)段觀測(cè)6個(gè)點(diǎn)，每個(gè)觀測(cè)時(shí)段進(jìn)行2次觀測(cè)，每次至少2 h，中間不移動(dòng)站點(diǎn)，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(cè)量。

3.3 測(cè)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(bào)，制定觀測(cè)計(jì)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(jī)數(shù)據(jù)處理軟件，在計(jì)算機(jī)上完成，對(duì)當(dāng)天采集的數(shù)據(jù)立即計(jì)算，通過殘差分布圖的顯示分析，對(duì)觀測(cè)質(zhì)量不佳的數(shù)據(jù)予以剔除，對(duì)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(jì)算

基線解算完畢后，對(duì)基線的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，質(zhì)量合格的基線用于后續(xù)處理。出現(xiàn)不合格的，則對(duì)基線進(jìn)行重新解算。最終基線的質(zhì)量檢驗(yàn)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(xiàng)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(diǎn)，以“棗子當(dāng)”到“米寨坡”方位角作為起算方向，采用一點(diǎn)一方位方法進(jìn)行計(jì)算，以“唐家屯”為檢查點(diǎn)，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(duì)控制點(diǎn)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(jì)

三等GNSS控制網(wǎng)最弱相鄰點(diǎn)點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表2。

表2 三等GNSS控制網(wǎng)最弱相鄰點(diǎn)點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)

三等GNSS網(wǎng)最弱相鄰點(diǎn)邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表3。

表3 三等GNSS網(wǎng)最弱相鄰點(diǎn)邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差精度統(tǒng)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算參數(shù)如下：施工控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)QSC09正處于整個(gè)測(cè)區(qū)中心，即輻射投影計(jì)算以QSC09作為轉(zhuǎn)換原點(diǎn)。①坐標(biāo)投影高程面：446 m；②轉(zhuǎn)換原點(diǎn)：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(dú)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(jì)算得來，進(jìn)行輻射投影計(jì)算時(shí)采用該坐標(biāo)作為中心點(diǎn)坐標(biāo)）。

4 施工控制網(wǎng)成果外部檢核

邊長(zhǎng)投影按輻射投影近似公式計(jì)算程序進(jìn)行，控制網(wǎng)邊長(zhǎng)投影后，和現(xiàn)場(chǎng)高精度測(cè)距儀測(cè)定的邊長(zhǎng)（經(jīng)過改正）在446 m高程面進(jìn)行比較，依據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026-2007），其限差不超過GNSS網(wǎng)相鄰點(diǎn)間邊長(zhǎng)中誤差的2倍，其中σ為基線長(zhǎng)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(zhǎng)（km）。根據(jù)儀器標(biāo)稱精度要求，a=10，b=5。坐標(biāo)反算邊長(zhǎng)與全站儀實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)比較，見表4。

表4 坐標(biāo)反算邊長(zhǎng)與全站儀實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)比較

從表4可得出檢測(cè)邊長(zhǎng)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(zhǎng)檢測(cè)驗(yàn)證了GNSS施工控制網(wǎng)精度滿足要求。

5 結(jié)語

綜上，本項(xiàng)目從踏勘、資料收集、觀測(cè)墩制作到三等GNSS測(cè)量，每道工序均進(jìn)行過程和成果兩級(jí)檢查，保證了項(xiàng)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(xiàng)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(gè)工程施工奠定了堅(jiān)實(shí)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(shí)間，為類似水利工程積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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

[2]SL 197-2013，水利水電工程測(cè)量規(guī)范[S].

TV62+1；TV52

A

1004-7328（2017）06-0032-03

2017—07—10

陳艷會(huì)（1971—），女，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.06.008