王占偉

（中國水電建設(shè)集團十五工程局第三工程公司　陜西省咸陽市　712000）

1　引言

延安市南溝門水庫北線供水工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級。供水工程輸水洞線總長25.96km，其中2#隧洞最長9987.616m，1#、2#隧洞洞底平均高程為850m，3#、4#、5#隧洞洞底平均高程為890m。施工控制網(wǎng)的點位分布要保證隧洞進出口、支洞口不少于3個平面點和2個高程點；施工控制網(wǎng)要求橫向、豎向精度較高；投影面的選擇在工程施工精度要求最高的部位，且應(yīng)滿足“控制點坐標(biāo)反算的兩點間長度與實地兩點間長度之差應(yīng)盡可能的小”。

2　施工控制網(wǎng)等級及坐標(biāo)系選擇

2.1　控制網(wǎng)等級

根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范2015》9.2.1章節(jié)的要求，隧洞相向開挖距離小于5km時，平面控制宜選取三等。洞外平面施工控制網(wǎng)選取三等GPS控制網(wǎng)，洞內(nèi)平面施工控制網(wǎng)選取三等導(dǎo)線網(wǎng)

2.2　坐標(biāo)系選擇

本工程規(guī)劃設(shè)計階段坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980西安坐標(biāo)系，中央子午線為108°00′00″的 3°帶坐標(biāo)，Y坐標(biāo)值至中央子午線的距離最遠(yuǎn)達122.7km，坐標(biāo)位于投影帶邊緣。

表1　兩項投影改正的綜合影響計算表

根據(jù)表中可知，測區(qū)邊長投影變形值大于25mm/km，因此為使控制網(wǎng)在平均高程面上的兩點間實測水平距離與坐標(biāo)反算距離盡量一致，選取任意中午子午線和高程投影面的獨立坐標(biāo)系統(tǒng)。本工程選取測區(qū)中央位置平面控制點的1980西安坐標(biāo)系3°帶坐標(biāo)和該點至另一個平面控制點方位，作為坐標(biāo)原點和起算方位角。中午子午線經(jīng)度即為該點的經(jīng)度108°20′00″；高程投影面分別為：1#、2# 隧洞選取 850m；3#、4#、5# 隧洞選取890m。

3　施工控制網(wǎng)精度分析

3.1　隧洞貫通精度指標(biāo)

根據(jù)工程施工圖紙，2#隧洞長9.99km，設(shè)一條支洞，最大相向開挖長度為約3km。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，各項中誤差的分配值見表2。

表2　貫通中誤差分配值

3.2　洞外平面控制橫向貫通中誤差估算

GPS控制網(wǎng)的精度估算按公式（1）、公式（2）和公式（3）進行。使用5mm+1ppmGPS接收機觀測，GPS網(wǎng)一端點相對另一端點的縱、橫向中誤差分別為：

其對應(yīng)的點位中誤差為：

根據(jù)公式（D=9998m，ρ=206265″）估算出的GPS控制網(wǎng)縱、橫向中誤差和點位中誤差分別為，14.9、7.27、16.58（mm）。可見橫向中誤差m橫=7.27mm＜±20mm。用5mm+1ppmGPS接收機進行觀測可以滿足貫通精度要求。根據(jù)《水電水利工程施工測量規(guī)范2015》3.7.1章節(jié)的規(guī)定，三等GPS網(wǎng)最弱邊相對中誤差應(yīng)不大于1/80000。但為保證精度，采用三等GPS網(wǎng)加測地面邊長檢驗洞外GPS平面控制網(wǎng)。

3.3　洞內(nèi)導(dǎo)線橫向貫通中誤差估算

地下控制采用三等導(dǎo)線進行，精度估算按公式：

式中：ms-測距儀測距中誤差；mβ-測角中誤差；n-導(dǎo)線邊數(shù)；ρ-常數(shù)（206265″）；L-導(dǎo)線長度。

取 ms=3mm，mβ=1.0″，n=（3000÷300）=10，L=3000m（單向開挖長度），計算出 MB=±30.0mm＜±50mm。

洞內(nèi)導(dǎo)線按三等精度進行，平均邊長≥300m，測距中誤差≤3mm，測角中誤差≤1″。

4　GPS點位選設(shè)

各個施工洞口均布置在窄深溝壑內(nèi)，GPS點位選設(shè)除常規(guī)要求外，還應(yīng)滿足采用全站儀向洞內(nèi)傳遞坐標(biāo)的要求。針對隧洞進出口、支洞口均位于黃土高塬溝壑內(nèi)這種地形特點，GPS點位選取過低時，每組GPS點間相互通視難度大，且GPS觀測時衛(wèi)星高度角及數(shù)量受限制，GPS點位選取過高時，由洞外控制點引測進入洞內(nèi)時，引測導(dǎo)線點測站較多，引測誤差隨測站數(shù)增大。根據(jù)上述原則，在一級加壓站、二級加壓站各布設(shè)4個GPS點，在隧洞進、出口、支洞口布設(shè)3個GPS點，進洞GPS點與兩個后視點間相互通視，最小間距不宜小于300m。選設(shè)52個GPS點構(gòu)成三等GPS網(wǎng)。

5　GPS外業(yè)觀測和成果驗算

GPS外業(yè)觀測采用6臺套華測900雙頻GPS接收機按邊連接靜態(tài)測量網(wǎng)的形式進行，技術(shù)要求如下：

觀測衛(wèi)星截止高度角≥15°，同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)≥4，時段長度≥60min，PDOP≦8。

外業(yè)觀測結(jié)束后，GPS網(wǎng)采用CGO軟件進行基線向量解算，同時進行了GPS網(wǎng)質(zhì)量檢驗，檢驗結(jié)果如下：

重復(fù)基線較差最大為14.7mm，允許為41.7mm，其余差值均在1/3限差以內(nèi)；同步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差最大為35.6mm，允許71.2mm，且均在限差允許范圍以內(nèi)；異步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差最大為53.9mm，允許為134.6mm，且均在1/2限差以內(nèi)。

6　GPS數(shù)據(jù)處理精度統(tǒng)計分析

采用GPS工程測量網(wǎng)通用平差軟件包（CosaGPSV5.20）軟件進行GPS網(wǎng)的無約束與約束平差，按三等GPS網(wǎng)精度進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

在WGS-84坐標(biāo)系中進行三維無約束平差。在無約束平差的基礎(chǔ)上以1980西安坐標(biāo)系3°分帶下BK28點的國家坐標(biāo)作為起始點，BK28～BK31坐標(biāo)方位角作為起始方位，分別選取850m和890m兩個投影面按固定一點一方位GPS獨立網(wǎng)進行平差計算得到各點的施工坐標(biāo)。網(wǎng)中：最弱點點位中誤差±5.9mm，最弱邊BK51～BK52相對精度為1/206000，遠(yuǎn)小于1/80000。數(shù)據(jù)處理精度統(tǒng)計分析說明，GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理成果可以滿足精度要求。

7　GPS網(wǎng)檢驗邊角精度統(tǒng)計分析

用Leica TCA2003全站儀（標(biāo)稱測角精度0.5″，測距精度1mm+1ppm）對特征部位按三等精度進行角度和邊長自動觀測。該全站儀加載多測回測角軟件，其斜距、邊長、水平角同時自動觀測并采集。其邊角觀測值可以檢驗GPS網(wǎng)坐標(biāo)解算邊角。檢驗結(jié)果如下：

7.1　GPS邊長的檢驗

實測了47條GPS邊長，地面實測邊長投影到850m和890m后，與GPS坐標(biāo)反算邊長之較差均小于允許值。

7.2　GPS坐標(biāo)反算水平角的檢驗

實測了39個水平角，與GPS坐標(biāo)反算水平角之較差其值均小于2mβ=±5.1″，角度最大較差+3.6″。

8　結(jié)論

（1）建立施工平面控制網(wǎng)時，如果投影長度變形超過要求，要采用任意獨立坐標(biāo)系布設(shè)控制網(wǎng)。

（2）針對隧洞洞口位于深溝內(nèi)，實地選點時要特別注意GPS星況、衛(wèi)星高度角等影響，才能保證GPS觀測質(zhì)量。

（3）通過實測地面邊長和角度，有效驗證GPS控制網(wǎng)的精度，保證了隧洞正確貫通。