水利水電工程施工控制網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)及建立

張 濤

(商洛市水利水電勘測設(shè)計(jì)院 陜西 商洛 726000)

1 概述

工程控制網(wǎng)是工程項(xiàng)目的空間位置參考框架，是針對某項(xiàng)具體工程建設(shè)測圖、施工或管理的需要，在一定區(qū)域內(nèi)布設(shè)的平面和高程控制網(wǎng)。水利水電工程施工控制網(wǎng)一般分為樞紐區(qū)施工控制網(wǎng)、引水隧洞施工貫通測量控制網(wǎng)及長距離輸水線路施工控制網(wǎng)。

2 水利水電施工控制網(wǎng)的特點(diǎn)

2.1 樞紐區(qū)施工控制網(wǎng)的特點(diǎn)

（1）水利樞紐工程控制面積較小，一般在1 km2～2km2范圍內(nèi)，對于大型水利樞紐工程其控制范圍也不過10km2左右，因此多采用掛靠在前期測圖控制網(wǎng)下的獨(dú)立坐標(biāo)系和高程控制系統(tǒng)。平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理時(shí)不考慮高斯投影改正，只進(jìn)行高程投影改正計(jì)算，高程投影面選取在壩頂或1/2壩高處為宜；高程控制網(wǎng)可不進(jìn)行正常水準(zhǔn)面不平行改正及重力異常值測定，測段高差只需加入標(biāo)尺尺長改正即可。

（2）水利樞紐工程多處在深山峽谷地帶，受地形條件影響，施工控制點(diǎn)點(diǎn)位一般選設(shè)在河谷兩岸較高的區(qū)域，為了滿足壩體基礎(chǔ)開挖及壩體澆筑放線測量的需要，應(yīng)采用分級布網(wǎng)、逐層設(shè)點(diǎn)的方法在壩體不同高度處布設(shè)平面和高程控制點(diǎn)。圖1為某一水庫樞紐區(qū)平面控制網(wǎng)布設(shè)示意圖，其中II01～I(xiàn)I07為首級網(wǎng)，II08～I(xiàn)I12為加密網(wǎng)。圖2為大壩壩體施工高程控制點(diǎn)布設(shè)示意圖，在大壩左右岸不同高度（約20m）處布設(shè)1個(gè)高程點(diǎn)作為工作基點(diǎn)，以滿足大壩澆筑時(shí)進(jìn)行高程放樣。

（3）平面精度要求為最末級平面控制網(wǎng)相對于首級控制網(wǎng)的點(diǎn)位中誤差不應(yīng)大于±10mm，對于施工精度要求較低的工程項(xiàng)目，點(diǎn)位中誤差可放寬至±20mm。高程控制測量精度為最末級高程控制點(diǎn)相對于首級高程控制點(diǎn)的高程中誤差，對于混凝土建筑物不應(yīng)大于±10mm，對于土石建筑物不應(yīng)大于±20mm。采用精度估算的方式確定網(wǎng)型及施測等級。

圖1 平面控制網(wǎng)布設(shè)示意圖

圖2 大壩壩體施工高程控制點(diǎn)布設(shè)示意圖

（4）由于樞紐區(qū)施工控制網(wǎng)精度較高，加之受衛(wèi)星高度角及部分邊長較短等觀測條件的影響，GPS測量方法難以滿足精度要求，因此需要使用全站儀采用全測邊角網(wǎng)的方法建立平面控制網(wǎng)。采用幾何水準(zhǔn)及光電測距三角高程測量建立高程控制網(wǎng)。同時(shí)需要建造混凝土觀測墩以消除對中誤差的影響。

2.2 輸水隧洞施工貫通控制網(wǎng)的特點(diǎn)

（1）輸水隧洞施工貫通測量控制網(wǎng)分為洞外控制網(wǎng)和洞內(nèi)控制網(wǎng)兩部分。洞外平面控制網(wǎng)多采用GPS網(wǎng)建立，洞內(nèi)平面控制網(wǎng)采用光電測距導(dǎo)線進(jìn)行施測；洞內(nèi)、外高程控制網(wǎng)多采用幾何水準(zhǔn)方法建立。

（2）洞外控制網(wǎng)的測量等級選擇見表1，洞內(nèi)光電測距基本導(dǎo)線測量的等級應(yīng)根據(jù)相向開挖長度、導(dǎo)線全長及導(dǎo)線最短平均邊長進(jìn)行選擇，一般情況下，導(dǎo)線長度為1km～2km時(shí)施測四等導(dǎo)線，2km～3km時(shí)施測三等導(dǎo)線，3km～5km時(shí)施測二等導(dǎo)線。導(dǎo)線邊長較短時(shí)為了提高測角精度，導(dǎo)線等級可選取較高一級進(jìn)行施測。當(dāng)導(dǎo)線長度大于5km時(shí)應(yīng)進(jìn)行精度估算，以保證隧洞貫通的順利實(shí)現(xiàn)。

表1 洞外控制網(wǎng)等級選擇

（3）進(jìn)洞點(diǎn)需要建造混凝土觀測墩；洞內(nèi)導(dǎo)線宜進(jìn)行兩組獨(dú)立觀測或同時(shí)觀測導(dǎo)線的左、右角或組成閉合線路，以確保測量成果的可靠性。

（4）應(yīng)將隧洞進(jìn)口、出口及施工支洞口處的控制點(diǎn)組成統(tǒng)一的控制網(wǎng)進(jìn)行施測及數(shù)據(jù)處理，以保證整個(gè)控制網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一性、精度的均勻性及尺度的一致性。數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)進(jìn)行高斯投影及高程投影改正。

2.3 輸水線路施工貫通控制網(wǎng)的特點(diǎn)

（1）平面控制精度要求較低，而為了滿足工程設(shè)計(jì)流量的實(shí)現(xiàn)，高程控制精度要求較高。具體等級選取可參照表2執(zhí)行。

表2 控制測量基本規(guī)定

（2）輸水線路距離一般較長，甚至有超長距離輸水線路，此時(shí)高斯投影改正尤為重要，加之高程投影的影響，應(yīng)建立具有抵償面的平面控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)，以取得與地面實(shí)際邊長尺度比一致的控制網(wǎng)數(shù)據(jù)。

（3）應(yīng)將沿線渡槽、箱涵、隧洞等水工建筑物處的控制點(diǎn)納入到輸水線路控制網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上在各大型建筑物處建立相對獨(dú)立的局部控制網(wǎng)，建立具有“整體系統(tǒng)統(tǒng)一、局部精度較高”特點(diǎn)的輸水線路控制網(wǎng)。

3 工程控制網(wǎng)的建立方法及過程

3.1 控制網(wǎng)建立方法

無論是樞紐區(qū)施工控制網(wǎng)、引水隧洞施工貫通測量控制網(wǎng)還是長距離輸水線路施工控制網(wǎng)，其建立的方法為：平面控制通常采用諸如邊角網(wǎng)、附合或閉合導(dǎo)線及導(dǎo)線網(wǎng)等形式的常規(guī)的大地測量方法；隨著空間定位技術(shù)的迅速發(fā)展，采用GPS測量方法建立工程控制網(wǎng)具有更好的優(yōu)越性，但在峽谷等隱蔽地區(qū)，受頂空遮擋因素影響，也有它的局限性。因此，布網(wǎng)方案要因地制宜的選取。高程控制網(wǎng)建立可根據(jù)地形地貌等自然地理?xiàng)l件，采用幾何水準(zhǔn)、光電測距三角高程等。

3.2 控制網(wǎng)的建立過程

（1）資料收集：施工控制網(wǎng)是一個(gè)承上啟下的控制網(wǎng)，既是測圖控制網(wǎng)的延續(xù)，又是監(jiān)測網(wǎng)的基礎(chǔ)，它的主要作用是將設(shè)計(jì)圖紙上的建筑物通過施工放樣測量的方法投到地面上。因此，在建網(wǎng)前要充分收集項(xiàng)目前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段留設(shè)的測圖控制網(wǎng)的成果資料、建筑物布置圖以及施工組織設(shè)計(jì)報(bào)告等基礎(chǔ)資料。

（2）精度確定：根據(jù)建立控制網(wǎng)的目的、要求和控制范圍，參照相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，確定控制網(wǎng)的測量精度。

（3）選點(diǎn)及控制網(wǎng)設(shè)計(jì)：結(jié)合收集到的基礎(chǔ)資料，首先在圖上進(jìn)行規(guī)劃，然后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定點(diǎn)位，確定控制網(wǎng)的圖形、決定參考基準(zhǔn)（起始點(diǎn)）及投影面高度，并根據(jù)控制網(wǎng)圖形和觀測精度進(jìn)行目標(biāo)成果的精度估算與分析，并與預(yù)定的要求相比較，作必要的方案修正。樞紐區(qū)施工控制網(wǎng)一般要進(jìn)行精度估算，以確定最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差能否滿足精度要求，同時(shí)衡量控制網(wǎng)的可靠性因子，確保控制網(wǎng)有足夠的可靠性。輸水隧洞施工貫通控制網(wǎng)需要估算洞內(nèi)、外控制網(wǎng)測量誤差在貫通面對橫向、縱向及豎向的影響，以此確定洞外、洞內(nèi)控制等級及作業(yè)方法。

（4）標(biāo)志設(shè)立：樞紐區(qū)施工控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)多建造混凝土觀測墩；輸水隧洞施工貫通控制網(wǎng)需在隧洞進(jìn)出口、支洞口（一般各布設(shè)4點(diǎn)）建造混凝土觀測墩，其他控制點(diǎn)埋設(shè)混凝土基本標(biāo)石即可。設(shè)站點(diǎn)（或進(jìn)洞點(diǎn)）至放樣點(diǎn)間高差不宜大于10°。高程控制點(diǎn)可埋設(shè)基巖水準(zhǔn)標(biāo)石或混凝土水準(zhǔn)標(biāo)石，對于大壩宜均勻在壩軸線上下游的左、右岸且不受洪水影響，對于隧洞應(yīng)分布在隧洞進(jìn)出口、支洞口且于開挖隧洞底板高程基本接近；每一個(gè)單項(xiàng)工程部位或洞口應(yīng)布設(shè)2個(gè)高程點(diǎn)。

（5）觀測及數(shù)據(jù)處理：按照控制網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)確定的網(wǎng)型、觀測方法進(jìn)行觀測，按觀測數(shù)據(jù)評定觀測精度。最后進(jìn)行成果處理、平差計(jì)算，平差值及目標(biāo)成果的精度評定，編制測量報(bào)告（技術(shù)總結(jié)）。

4 建立控制網(wǎng)應(yīng)注意的問題

（1）在控制網(wǎng)的建立過程中，除了外業(yè)測量、內(nèi)業(yè)計(jì)算的儀器設(shè)備和人員的技術(shù)素質(zhì)作為必要條件以外，控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)起著十分重要的作用，主要是對控制網(wǎng)的精度、可靠性、及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評估，即技術(shù)方案要科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理。

（2）重視各控制網(wǎng)間的延續(xù)性，即坐標(biāo)、高程系統(tǒng)的一致性，盡量避免隨意改變坐標(biāo)、高程系統(tǒng)。確需改變時(shí)應(yīng)建立不同系統(tǒng)間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。

（3）樞紐區(qū)施工控制網(wǎng)應(yīng)盡可能將壩軸線納入到網(wǎng)中并作為網(wǎng)的起始方位邊，輸水隧洞施工貫通控制網(wǎng)的起始方位邊應(yīng)選在隧洞軸線方向，最大限度保證建筑物軸線放樣的精度。

（4）基本網(wǎng)（首級網(wǎng)）一般布設(shè)在施工區(qū)域以外穩(wěn)定區(qū)域，以便長期保存，加密網(wǎng)（工作基點(diǎn)網(wǎng)）應(yīng)盡可能靠近建筑物，以減小放樣時(shí)設(shè)站、照準(zhǔn)及氣象等因素的影響。

（5）采用GPS測量方法建立平面控制網(wǎng)時(shí)，對網(wǎng)中較短的邊長應(yīng)進(jìn)行直接觀測。對于部分基線邊因誤差或因故不能按GPS測量方法進(jìn)行施測時(shí)，在平差處理時(shí)可以用其他方法測量的邊長數(shù)據(jù)（不低于相應(yīng)精度要求）代替，采用與地面網(wǎng)聯(lián)合平差的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其原則是應(yīng)使平差計(jì)算精度更高。陜西水利

[1]《水電水利工程施工測量規(guī)范》（DL/T 5173—2012）[S].

[2]《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（DL/T5178—2003）[S].

[3]《水利水電工程測量規(guī)范》（SL197-2013）[S