淺談施工坐標在立洲水電站的應用

魯修澤 中國水利水電第七工程局有限公司第一分局 620860

淺談施工坐標在立洲水電站的應用

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工程施工中常因遇到不同的坐標系統，增加了施工施測的難度。為了解決類似問題，結合實際工作就坐標轉換的方法和施工坐標的應用做了簡單的介紹以達到簡化施工施測的目的。

坐標系；坐標轉換；施工坐標；編程；立洲水電站

1.引言

水利工程形式多樣，在具體的測量放線過程中，我們發現：每個建筑物開始施工時，業主除提供2～3個控制點的大地坐標外，建筑物的軸線上還提供兩個點的大地坐標。依據控制點測放軸線上兩點比較簡單，可是測放出這兩個軸線上的點后，再進行細部測放，就必須依據細部點到軸線上點的方位角和距離推算出細部點的坐標才能測放，比較繁瑣。特別是涉及大壩邊坡的超欠挖問題時，邊坡點距軸線的距離隨著高程的變化而變化，非常難以掌握。為此，針對建筑物細部尺寸點與軸線垂直或平行的特點，我們在具體工作中采用了與大地坐標、建筑物相對應的，僅供施工用的施工坐標。這樣一來，一切困難就都應刃而解了。

2.工程概述

立洲水電站壩址區位于四川省涼山彝族自治州木里藏族自治縣境內博科鄉下游立洲巖子至八科索橋2.4km的河段，電站采用混合式開發，推薦樞紐工程由碾壓混凝土雙曲拱壩、壩身泄洪系統、右岸地下長引水隧洞及右岸龔家溝地面廠房組成。

正常蓄水位2088 m，最大壩高132 m（不包括墊座），電站裝機三臺，另壩后有一臺生態機組，多年平均發電量為15.35億 kw h，水庫總庫容1.897億 m3，正常蓄水位以下庫容1.787億 m3，調節庫容0.82億 m3，具有季調節性能，開發任務以發電為主，總裝機容量355 MW，兼顧下游生態用水。工程等別為二等，工程規模為大（2）型工程，擋水建筑物、泄水建筑物、引水發電建筑物等主要建筑物為2級建筑物。

3.坐標轉換

工程施工坐標系統是為總平面設計而確定的獨立坐標系統，坐標軸的方向與設計建筑物的方向平行，坐標原點虛設在總平面圖西南角而使建筑物的坐標為正值。國家大地測量坐標系統是進行國家大地測量或城市勘測設計所采用的平面直角坐標系統。在工程放樣過程中因測量條件、設計要求、工程特點，為了利用兩個不同坐標的測量成果，往往需要進行施工獨立坐標系統與大地測量系統的相互轉換。

圖1 施工坐標系

如圖1所示，在地形圖上，建筑物ABCD位置已確定，A、B為其軸線方向上兩點，圖解出它們的坐標并反算出方位角 /。將AB方向作為施工坐標系的X（或Y）方向，再在適當位置取一點作為施工坐標系的原點，通常取A點為坐標原點，然后根據AB的設計距離，計算B點的施工坐標。

施工坐標系與測量坐標系的坐標轉換公式:

式中，X0，Y0為施工坐標系原點在測量坐標系中的坐標，R0為施工坐標系統A軸正方向與測量坐標系統X軸正方向的夾角。

在實際運用中如果一個點一個點的計算不僅計算量大，而且用時較長、容易出錯。可以選用小巧玲瓏、便于攜帶和方便使用的CASIO fx-4800p編程計算器有針對性的進行編程，達到快速計算的效果。

具體程序如下：

（說明：K=1運行大地坐標轉施工坐標，K=2運行施工坐標轉大地坐標；A:坐標方位角；

X，Y：轉換點坐標；E，F：所建坐標系原點；C，D：轉換后點坐標）

施工坐標在各項水利工程中都能很廣泛的應用，但應注意：同一個控制點在不同的建筑物施工坐標系中有不同的施工坐標，要注意區別使用。全站儀測量時，顯示的N、E、Z值，在不同的建筑物施工坐標系中也有不同的意義。下面就以施工坐標在立洲水電站中的應用為例，來體會施工坐標的靈活性和實用性。

圖2 立洲水電站EL2210馬道

4.施工坐標的應用

4.1 邊坡超欠

以立洲水電站EL2210馬道為例，左岸壩肩馬道寬4.5 m，右岸寬3.0 m,以1：0.1的坡比進行開挖，平面圖如圖2所示。

已知馬道上各控制點的大地坐標（見表1），實測一點P，判斷P點的超欠挖情況。以K3為原點，K4為方向點建立施工坐標系（如圖3所示），靠河邊側為Y軸正方向，利用坐標反算算出K3到K4的坐標方位角及平距S，再依據實測點P的X、Y值運行坐標轉換程序，判斷是否在K3到K4邊坡及馬道范圍內。如不在，則轉至上一馬道或下一馬道。

圖3 K3—K4施工坐標系

表1 控制點坐標表

亦可事先將測站點坐標與后視點坐標轉換到所建施工坐標系中，則實測點P的坐標為施工坐標，然后依據施工坐標判斷邊坡超欠挖。具體選用方法以現場實際情況而定。

例：

①實測點P的大地坐標為：

②算得K3到K4的坐標方位角為：

③平距為：

④轉換到K3—K4施工坐標系后P點的施工坐標為：

⑤根據設計馬道寬和邊坡坡比，由P點高程算得此高程處點的設計居中即Y值應為：

⑥將算出的設計居中值與施工坐標系中的Y值作比較，便可知道實測點的超欠挖情況，此例中P點超挖6公分。

4.2 臨時走索

木里河河流流向由S21°W轉S25°E，左岸臨河坡頂高程2687 m，河床高程1986 m，坡高700 m左右；右岸臨河坡頂高程3292 m，坡高約1300 m。壩址河谷斷面呈“V”或“U”型，在不同高程上形態有較大差異，2150 m高程以下河谷較為狹窄，河谷寬20～150 m，左岸自然邊坡坡角約67°，右岸75°；2150～2220 m高程坡度稍緩，自然坡度40～50°；2220 m以上坡度變陡，自然坡度在55°以上。

前期準備過程中，要在大壩左右兩岸安裝臨時走索，并檢測、調試臨時走索弧垂，使其滿足設計施工要求。臨時走索弧垂可以理解為以錨索為支持物而懸掛起來的呈弧形的曲線，走索上任一點至兩端懸掛點連線的鉛垂距離，即為走索該點的弧垂。如圖4所示，用f表示。

圖4 臨時走索示意圖

選一觀測條件較好的地方，任意架站，測出錨索端A、B兩點的坐標及高程，利用坐標反算算出A、B兩點間的平距SAB及坐標方位角AB，計算出A、B兩點間的高差△HAB，然后便可得到與水平方向的夾角θAB。

以A點為原點，B點為方向點建立施工坐標系，將走索上實測點P（X0、Y0、H）轉換為施工坐標P（X、Y、H）。因河谷內風較大，走索不穩定，需根據轉換后的坐標值Y判斷所測點P是否在走索上，若Y＝0則開始計算其弧垂。

4.3 洞室開挖

為方便洞室開挖，施工放樣時進行坐標轉換，采用施工坐標。即將立洲水電站雅礱江坐標系轉換為以洞室中心線為施工坐標系X軸，前進方向為坐標軸正方向；隧洞軸線的法線為Y軸，以前進方向右手側為Y軸正方向，以隧洞進口0+000作為施工坐標原點的施工坐標系。

測放時，測站控制點和后視控制點全部輸入以此坐標系換算的施工坐標，全站儀測量顯示值N、E、Z就分別表示該點與進口的距離、與洞軸線的距離和高程。該點的樁號結合隧洞進口樁號和N值求得。

現以右岸2＃交通洞為例進行說明,控制點坐標見表2。

表2 2#交通洞控制點坐標表

對于Y1→Y2段，以Y1點為坐標原點，Y2為方向點建立施工坐標系，隨開挖掘進沿洞壁布設施工導線控制點，如A、B兩點，利用A、B兩點進行施工放樣。對于Y2→Y4段，其原點及坐標方位角均已發生改變，此時需將Y1→Y2的坐標系轉換為Y2→Y4的坐標系，之前布設的施工導線點A、B的坐標也應進行相應的轉換。

建立Y2→Y4的坐標系，算出Y1→Y2的距離S，則新原點的施工坐標為（-S，0），運行施工坐標系轉大地坐標系程序，便可算出新原點的大地坐標。在Y1→Y2坐標系中算出A、B兩點的大地坐標，然后再轉換到Y2→Y4坐標系中算出其施工坐標A′、B′，便可用于以后Y2→Y4段的施工放樣中。求新原點大地坐標時，亦可算出Y4→Y2的坐標方位角與Y1→Y2的距離，然后利用坐標正算公式求的。

測收隧洞斷面時，固定住所測點的E值為0，前后移動棱鏡，依次測得各點的N值、Z值，即可得到縱斷面；而依據N值得到所測點的樁號，依據所測洞壁上點的E值、Z值，就可得到隧洞的橫斷面了。

5.結語

在立洲水電站施工放樣過程中，依據圖紙的設計參數信息，適時的使用施工坐標，同時合理的運用CASIOfx一4850P計算器可以簡化和減少施工難度，不僅觀測數據形象直觀，更可直接利用觀測數據反映超欠挖情況，提高了放樣的速度，達到事半功倍的效果。筆者認為施工坐標的使用可在類似工程施工中作為參考和推廣。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.028