大伙房水庫輸水工程的工程坐標(biāo)計算與使用

魯小紅 喬利鵬

遼寧省大伙房水庫輸水工程系隧洞和管線工程,分兩期進(jìn)行:一期工程將渾江水經(jīng)隧洞自流入蘇子河,蓄水于大伙房水庫,系隧洞工程。隧洞全長 85.3km,地理坐標(biāo)為東經(jīng)124°33′～125°20′,北緯 41°15′～ 41°45′。 二期工程由大伙房水庫輸水至遼寧省中部城市撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦 6個城市,以緩解工農(nóng)業(yè)用水的緊張局面,輸水方法采用地下隧洞與明挖深埋管線相結(jié)合的方式進(jìn)行,輸水路線總長260km,地理坐標(biāo)為北緯40°41′～ 41°53′、東經(jīng) 122°07′～ 124°05′,其中隧洞段長度 27.4km,位于撫順市南郊,地理坐標(biāo)為北緯 41°47′～ 41°53′、東經(jīng) 123°47′～124°05′。

1 計算工程坐標(biāo)的目的

為保證施工順利進(jìn)行和隧洞準(zhǔn)確貫通,在施工過程中地面實(shí)際測量資料與控制測量成果反算資料一致,使長度高斯投影變形為最小,必須將中央子午線選在測區(qū)某一區(qū)域中央,高程歸化面選用該區(qū)域的平均高程面的這種方法建立任意帶直角坐標(biāo)系(工程坐標(biāo)系),計算一套或多套專供施工放樣的坐標(biāo),即工程坐標(biāo)。

2 計算工程坐標(biāo)的依據(jù)

《工程測量規(guī)范》中規(guī)定測區(qū)內(nèi)長度變形值(長度高斯投影變形值)不得大于2.5cm/km。而該輸水工程(一期)相對于中央子午線126°,隧洞出口處高斯投影長度變形達(dá)到 14cm/km。(二期)工程相對于中央子午線123°,隧洞進(jìn)口處高斯投影長度變形達(dá)到18cm/km,盤錦支線末端高斯投影長度變形達(dá)到6.5cm/km,可見采用高斯投影3°帶北京 54坐標(biāo),不能滿足施工放樣的需要。

3 工程坐標(biāo)系參數(shù)的選取

建立工程坐標(biāo)系的條件是:各點(diǎn)在兩個參考橢球上的大地經(jīng)緯度B,L是相等的,各點(diǎn)間的方位保持不變,即地方參考橢球與1954年北京坐標(biāo)系的參考橢球的關(guān)系為:

中心一致:X0=0,Y0=0,Z0=0。

軸向一致:εX=0,εY=0,εZ=0。

扁率相等:α地=α。

地方參考橢球與國家參考橢球僅在長半徑上有一個變化值

即

其中,a地為地方參考橢球長半徑;a為國家橢球長半徑;e為第一偏心率;Bm為測區(qū)平均緯度;Hm為平均大地高;hm為平均正常高;ζm為平均高程異常;N為卯酉圈曲率半徑。

4 工程坐標(biāo)系中央子午線和投影面高程的選定

4.1 隧洞段中央子午線和高程投影面的選定

該輸水工程(一期)主隧洞全長85.3km,地理坐標(biāo)為東經(jīng)124°33′～ 125°20′,北緯 41°15′～ 41°45′。 工程坐標(biāo)系中央子午線設(shè)在測區(qū)的中央,其經(jīng)度為東經(jīng)124°56′30″,投影面高程=主洞底平均高程+測區(qū)平均高程異常值=211.9+63.5=275.4 m。

該輸水工程(二期)隧洞段長度約27.4km,位于撫順市南郊,地理坐標(biāo)為北緯 41°47′～ 41°53′、東經(jīng) 123°47′～ 124°05′。 工程坐標(biāo)系中央子午線設(shè)在測區(qū)的中央,其經(jīng)度為東經(jīng) 123°56′00″。投影面高程=主洞底平均高程+測區(qū)平均高程異常值=87.5+59.6=147.1 m。

4.2 管線段中央子午線和高程投影面的選定

該輸水工程(二期)管線段長度約232km,地理坐標(biāo)為40°41′～41°47′、東經(jīng) 122°07′～ 123°47′,須建立兩套工程坐標(biāo)系。

第1套:中央子午線 L1=123°22′,投影面高程 H1=36.0 m,控制區(qū)段為:主管線起點(diǎn)—鞍山大鄭家;

第2套:中央子午線 L2=122°32′,投影面高程 H2=6.7 m,控制區(qū)段為:鞍山大鄭家—營口、盤錦支線末端。

經(jīng)建立以上工程坐標(biāo)系,測區(qū)內(nèi)的長度變形值均小于2.5cm/km。

5 計算工程坐標(biāo)須注意的事項

5.1 計算工程坐標(biāo)軟件的采用

計算工程坐標(biāo)的軟件市面上有很多版本,由于編制軟件時選擇的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)有微小的差異,導(dǎo)致最后的計算結(jié)果不一致,所以同一個工程切記采用同一個軟件進(jìn)行工程坐標(biāo)計算。

5.2 工程坐標(biāo)的調(diào)整

北京54坐標(biāo)與工程坐標(biāo)反算的輸水路線長度會有微小的出入,由于可研與設(shè)計階段均采用北京54坐標(biāo),重新修改北京54坐標(biāo)已不現(xiàn)實(shí),也沒有必要。僅須對工程坐標(biāo)進(jìn)行微調(diào),使調(diào)整后的工程坐標(biāo)與北京54坐標(biāo)反算的輸水路線長度相一致。

6 工程坐標(biāo)的使用范圍

工程坐標(biāo)僅用于輸水路線軸線的放樣,其他建筑物均可采用設(shè)計的北京54坐標(biāo)進(jìn)行施工放樣。

[1] 孔祥元,梅是義.控制測量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2002.

[2] 李征航,黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.

[3] 楊文府,崔玉柱.GPS-RTK的技術(shù)方法探討與對策[J].測繪工程,2008,17(4):50-53.

[5] 張正祿,李廣云,潘國榮,等.工程測量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.