水利水電工程測量誤差控制關鍵點分析

劉軍鋒 劉銀鳳 張天倉

（1.四川二灘國際工程咨詢有限責任公司 四川成都 610072 2.中國水利水電第十一工程局有限公司 河南鄭州 450000）

水利水電工程測量誤差控制關鍵點分析

劉軍鋒1劉銀鳳2張天倉2

（1.四川二灘國際工程咨詢有限責任公司 四川成都 610072 2.中國水利水電第十一工程局有限公司 河南鄭州 450000）

對于水利水電工程來說，測量技術在很大程度上影響著工程的施工質量。在實際的水利水電工程測量過程中，由于多種因素的影響（包括儀器因素、操作人員的觀察力以及外部其他因素等等），必然會出現一定程度的測量誤差，這就需要對引起誤差的相關因素進行分析，并采取相應的措施對其進行控制。本文主要對水利水電工程中引起測量誤差的關鍵點進行了分析，同時提出了相應的注意事項，希望能夠對水利水電工程測量有所幫助。

水利水電工程；測量誤差；關鍵點分析

引言

作為一項綜合性技術，工程測量技術在工程設計、項目施工、規劃以及施工管理等各個環節都發揮著重要作用，并在各個領域得到普及應用。在具體的工程建設過程中，工程測量的內容主要包含控制、施工、地形、水下及竣工測量等各個環節。隨著經濟及科技的發展，測量技術也取得了良好的發展成果。測量儀器設備不斷的進行更新、測量方法的不斷改進以及全過程質量管理等等都使得水利水電工程的測量水平上升到了新的高度，極大的促進了我國水利水電工程質量的進步。與此同時，任何技術都不是完美無缺的，所以在水利水電工程測量過程中誤差的產生是在所難免的。例如在對某段距離進行往返測量過程中，或者對某一角度進行重復測量時都會得到不同的結果。這就說明了測量結果不可避免的存在著誤差。因此，在水利水電工程中的距離、角度以及水準觀測等方面要嚴格關注環境的影響，同時還要加強儀器的調平校準，盡可能將人為誤差降到最低，從而提升測量結果的準確度，進一步提升水利水電工程的建設質量。

1 以隧道開挖為例闡述平面控制測量設計及誤差分析

貫通前，有關隧洞的平面控制測量均由支導線組成。開挖后，首先要對支導線進行相關的設計工作，其中主要包括施測等級以及誤差估算，這些工作均以洞內施工方式（如單向還是雙向），開挖尺寸以及精度要求為基礎，為了后期測量方案和施工設備的選擇做鋪墊。

設計之前的準備工作主要有以下兩個方面：①將貫通面和開挖平面以圖紙的方式展示出來；②根據實際施工的洞內環境，包括出渣和通視情況等對測量的影響在圖紙上確定導線點坐標位置。橫向貫通的誤差主要由導線邊長和測角組成，這兩方面的誤差對于隧洞的貫通精度帶來的影響很大，因此下面就橫向貫通中的誤差進行分析。

由相關誤差傳播原理可知，導線的測邊和測角這兩者相互獨立，因此，在橫向貫通誤差分析中，對于測角和測邊所引起的兩個誤差可以分開討論：

對于測角誤差引起的橫向貫通誤差myβ，另一方面，在測邊過程中的橫向貫通誤差用mys表示，最后，根據測邊和測角分別引起的橫向貫通誤差myβ和mys來計算貫通面上由于導線測量所引起的總的橫向貫通中誤差，用my表示。

2 水準儀的誤差來源以及控制

水準測量對于水利水電工程來說具有非常重要的作用。水準測量主要是通過幾何原理，通過水平視線對兩點之間的高差進行測量。在水準測量誤差中最主要的包括儀器誤差以及觀測誤差兩種：

2.1 儀器誤差

所謂的儀器誤差指的是水準儀的水準管軸與其望遠鏡視準軸偏斜形成的一種誤差。通常情況下，都需要對儀器進行校正之后才可以進行測量，但是誤差仍舊無法避免。即便是水準管軸處于水平的位置，水管內的氣泡處于中心位置，然而望遠鏡視準軸的狀態不可控制，這也是讀數誤差形成的原因，該種誤差與視距的長度呈正比，觀測過程中可以利用中間法以及距離補償法進行消除。

除此之外還具有水準尺誤差，主要包括尺長誤差、零點誤差以及刻劃誤差等等。所以在施工測量過程中要對所用水準尺進行相關檢查，盡量避免使用具有尺長誤差以及刻劃誤差的標尺。若只能使用此種標尺，應找到誤差的相關特點，對其進行數據的修正之后才可使用。對于水準尺的零誤差來說，控制誤差的最主要方式就是在某一水準測量段內輪流使用兩根水準尺，同時要將測段站數目設置為偶數，這樣可以很好的將高差消除，并且能夠降低刻劃誤差以及尺長誤差的影響。

若是在觀測過程中水準尺是垂直于視線歪斜進行設置的，那么觀測望遠鏡的十字絲就比較容易的進行調整，將歪斜進行糾正。但若是水準尺的歪斜方向和觀測視線方向相同或者方向相反時就不容易發現并調整，不管是通過前傾的方式還是向后傾斜的方式都不能消除尺上的讀數誤差，都會增大尺上的讀數。這是因為水準尺的歪斜角以及尺上的讀數大小都會影響到讀數的大小，并且尺的歪斜度越大尺上的讀數就會越大。

2.2 觀測誤差

（1）符合水準氣泡居中產生的誤差。由于符合水準氣泡沒有嚴格的進行居中使得望遠鏡的視準軸傾斜面產生讀數誤差，因此在觀測中要注意儀器的調平；

（2）水準尺的傾斜誤差。在測量過程中要特別注意水準尺是否處在直立狀態，因水準尺寸傾斜導致較大測量誤差的出現，而且傾斜越厲害，對測量數據的精準性影響也就越大。如果將水準面用水平面來代替，其高程形成的誤差要比對高程測量過程中產生的誤差要大出許多。所以，在對高程進行測量的過程中，即便是短距離也不要采用水平面替代水準面的方式，同時要對地球曲率方面的因素予以充分考慮，并在具體測量過程中使用中間法有效消除；

（3）視差的影響。在測量過程中，視差的影響主要體現在十字絲和尺像存在不重合的問題，所以在讀數過程中由于位置的不同會對讀出的數據有較大影響；

（4）水準尺估度產生的誤差。水準尺估度主要受視線長度以及望遠鏡放大倍數的影響，一旦這兩個方面的操作無法達到標準要求，則以及導致誤差產生。

2.3 外界影響的誤差

（1）由于設備下沉造成的誤差。在水準測量過程中，最為常見的誤差之一就是儀器設備下沉造成的誤差。此種誤差主要是因為儀器設備放置環境造成的，尤其是放置在土質比較松軟的區域，造成儀器腳架不夠穩定，在測量時受到不同外部因素的影響，再加上自身的重力作用非常容易出現下沉的問題。

（2）轉點下沉引起的誤差。同儀器下沉的原理一樣，轉點也會出現下沉的現象，對測量數據的準確性產生了重要的影響。

3 角度誤差的來源以及注意事項

3.1 儀器誤差

儀器誤差主要包括兩方面內容：①儀器加工制造方面的缺陷造成的誤差；②儀器調校缺陷造成的誤差。

3.2 觀測誤差

（1）對中誤差。儀器具有的對中誤差對角度測量具有較大影響，其和到目標的距離成反比。因此在角度測量時，要尤其關注邊長較短并且轉折角接近180°的對中情況；

（2）標桿傾斜誤差。一般情況下在進行角度測量時，常將標桿立于目標點上照準標志，若是標桿傾斜并且對準標桿的上部位置時，就會使瞄準點和測點有較大的偏離從而造成目標偏心誤差。因此在進行水平角觀測時，標桿要保持在豎直狀態，并且要用望遠鏡照準標桿的底部往上移動至棱鏡中心線；

（3）整平誤差。測量儀器若是沒有很好的整平就會造成儀器豎軸以及橫軸的傾斜。當望遠鏡繞著橫軸旋轉時，視準軸會掃出傾斜面。在用盤左盤右觀測過程中此誤差就會嚴重影響水平角的角值，不能采用正倒鏡的觀測方法進行消除，因此觀測前一定要將儀器整平。

4 以隧洞內控制測量為例的精度估算和增加貫通精度的措施

雖然根據上述原則對設計等級進行了合理的選取，但是由于實際施工環境下，由于現場條件以及其他的一些因素的干擾，可能導致原有擬定方針路線無法按照既定計劃來實施，在這種情況下，就必須對原定方案進行修改，對修改后的導線進行精度估算。

針對實際情況中出現的不同隧洞類型，我們要采用相應的估算方法，這里不做過多闡述，下面我們具體闡述增加貫通精度的措施：

（1）保證各點的坐標計算準確無誤，除此之外，對一些投影的計算要嚴格規范；

（2）測量過程中，必須滿足規范中相關等級限差要求。注意相關儀器的參數設置是否正確，如是否有氣泡偏離及儀器存在縫隙等，保證棱鏡基座的正確安放。除此之外，應該盡量選取三聯腳架法進行相關測量。

（3）隧洞的開挖過程中，即時注意導線點的增設，臨時點最好不要超多三個。經常核查隧洞的開挖軸線及尺寸是否正確。

（4）最好采用等邊直伸型來對導線進行布設并且盡量選取長導線。

5 嚴格按照圖紙進行測量

水利水電工程施工中要有較為詳細的設計圖紙，相應的施工人員要嚴格遵照圖紙上的建筑結構進行施工放線操作。在正式施工之前，首先要對整體的設計圖紙進行熟悉、了解和掌握，充分理解圖紙的設計意圖，對于水利水電工程的整體位置以及相互之間的關系進行熟悉，明確了解工程的測量精度，事前準備好測量過程中所需要的儀器設備等，熟悉施工測量的相關數據以及工程進展情況。對于工程各個部位的尺長進行認真的核對校驗，發現問題要及時進行上報并且快速處理，以保證整體工程準時高質量的完成。

6 閉合導線測量

筆者嚴格按照閉合導線測量外業的要求進行測量，首先對路線進行踏勘選點及立標志，接著用鋼尺量導線的邊長（量水平距離），然后依次測量每一個角度，并將所測得的數據記錄。在完成了外業后，我們進行較為復雜的內業計算：

（1）角度閉合差的計算與調整，計算角度閉合差：n邊形閉合導線內角和的理論值∑βth=（n-2）×180°=（5-2）×180°=540°

由于觀測水平角不可避免地含有誤差，致使實測的內角之和∑βm不等于理論值∑βth，兩者之差為角度閉合差，用fβ表示，即：

fβ=∑βm-∑βth=∑βm-（n-2）×180°=540°00′50″-（5-2）×180°=+50″

（2）計算角度閉合差的容許值，根據圖根導線角度閉合差的容許值fβp的計算公式得：

計算檢核：∑vβ=-10″-10″-10″-10″-10″=-50″=-fβ

（4）計算改正后的水平角

βi改=β2+vβ=80°27′18″+（-10″）=108°27′08″

（5）推算各邊的坐標方位角

α23=α12+180°+β2=335°24′00″+180°+180°27′08″=623°51′03″-360°=263°51′08′″

（6）坐標增量的計算及其閉合差的調整

①計算坐標增量

△x12=D12cosα12=201.60m×cos335°24′00″=±183.30m

△y12=D12cosα12=201.60m×sin335°24′00″=-83.92m

用同樣的方法，計算出其它各邊的坐標增量值

②計算坐標增量閉合差∑△xm=-0.30m，∑△ym=-0.08m

③計算導線全長閉合差WD和導線全長相對閉合差

④調整坐標標增量閉合差

然后用同樣的方法，計算出其它各導線邊的縱、橫坐標增量改正數，

（7）計算改正后的坐標增量

△x12改=△x12+Vx12=+183.30m+0.05m=+183.35m

△y12改=△y12+Vy12=-83.92m+0.02m=-83.90m

接著用同樣的方法，計算出其它各導線邊的改正后坐標增量

（8）根據起始點1的已知坐標和改正后各導線邊的坐標增量，依次推算出各導線點的坐標：

x2=x1+△x′12=500.00m+183.35m=683.35m

x3=x2+△x′23=685.35m+（-28.14m）=655.21m

x4=x3+△x′34=655.21m+（-235.68m）=419.53m

x5=x4+△x′45=419.53m+（-111.54m）=307.99m

最后推算起始點1的坐標其值與原坐標值相等（307.99m+192.01m=500.00m），所以此成果合格。

7 結束語

在水利水電工程測量過程中，一般情況下都是通過增加時間或者采用更多步驟來降低或消除測量方面的誤差。不管是環境方面的因素還是人為方面的因素都應該采取相應措施盡力避免其發生。因此在實際的測量工作中，只有通過對儀器熟練操作以及基本知識的熟練掌握才能提升觀測的速度。同時要采取較為規范的方法，嚴格按照正確的步驟進行執行才能獲得相對正確的結果。測量中，要認真觀測，對于測量的結果要反復的校核，最大程度降低測量誤差，確保水利水電工程的順利實施。

[1]《水利水電工程施工測量規范》（SL.52-93）.

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TV221

A

1004-7344（2016）18-0107-02

2016-5-20

劉軍鋒（1985-），男，助理工程師，大專，主要從事工程測量技術等相關工作。

劉銀鳳（1982-），女，助理工程師，大專，主要從事工程管理等相關工作。

張天倉（1984-），男，助理工程師，本科，主要從事工程管理等相關技術工作。