淺談淮北市“引閘入華”引水隧洞工程的快速施工控制測量

朱洪雷

淺談淮北市“引閘入華”引水隧洞工程的快速施工控制測量

朱洪雷

一、工程概況

淮北市“引閘入華”引水隧洞工程位于烈山區和杜集區，隧洞穿過架子山與二泉山之間的鞍部山脊入庫，長705m。

根據安徽省發展和改革委員會計設計〔2004〕945號文件批復精神，確定引水流量和隧洞底坡，經計算隧洞段正常水深為3.7～3.9m（分別對應糙率取值為0.013和0.014）。為便于和上下游渠道的斷面銜接，隧洞橫斷面采用圓拱直墻型，按照規范規定的無壓洞所需要的水面以上凈空高度和富裕面積，確定隧洞橫斷面尺寸為：凈寬4m，側墻高4m，頂部為圓弧拱，半徑2.083m，矢高1.5m。在正常引水條件下水面以上的凈空高度為1.6m，凈空面積占總斷面積的20%，均滿足規范的要求。

二、測量組織

1.首級控制網的建立

（1）平面控制網

施工區左右兩岸有業主方所施測的施工控制網：①采用GPS靜態測量在整個施工區內布設了4組首級控制；②使用4臺TRIMDLE（天寶）4800接收機進行觀測，每個時段不少于60min；③GPS接收機的數據采樣率為15s；④經過隨機軟件TGO基線解算和平差網計算后的GPS成果作為整個電站的首級控制成果。

（2）測量控制網的復測

施工區的首級控制網由6個主網點組成（施工、監理、業主聯合對其進行了全部復測），經過平差計算，各點精度、可靠性均能滿足施工要求，根據測量規范，可以作為首級控制網。

2.二級控制網的施測

（1）水平方向觀測

水平方向觀測采用全圓方向觀測法（采用瑞士徠卡 TCR702（2＂，2+2ppm）全站儀，施測前已由安徽省測繪儀器計量檢定站檢定），4個測回，施測時各項限差嚴格按規要求觀測，并要在觀測過程中保證目標成像清晰、穩定；另外為了減小大氣折光的影響，要選擇最佳觀測時間進行觀測。晴天作業時，測站應用測傘遮陽，不宜逆光觀測。

此平面控制采用導線網布設，既能作獨立平面控制，也可作首級三角網進行聯測，并通過平差計算，成果滿足規范要求。局部成果計算見表1。從表中可以看出，計算中的角度平差、配賦及各項限差都符合測量規范要求。說明此導線網的可靠性以及觀測質量穩定良好，能夠滿足施工要求。

（2）光電測距

測量中采用的瑞士徠卡TCR702（2＂，2+2ppm）全站儀及其輔助工具（如氣壓計、溫度計等）都已經由計量部門進行了嚴格的檢定，目標采用配套三棱鏡。觀測時采用往返觀測兩個測回，每一測回讀取4個數。各測回2C值互差均按規范要求進行。所測距離均采用對向觀測，同時作好溫度、氣壓的記錄，最后取各個觀測值的平均值作為水平距離的起算數據。氣壓最小讀數為0.5mb，溫度最小讀數為0.5℃。

（3）三角高程測量

嚴格按照光電測距三角高程測量技術規范要求進行施測。采用三絲法往返測量（各3個測回），盤左位置和盤右位置分別照準同一目標讀數為1個測回，用水平絲照準目標時均精確照準兩次，各讀數2次。測站平差，高程按改正數配賦計算，并注意儀器高和梭鏡的正確量取（一般應量取兩次，取其平均值），以確保觀測滿足精度要求。

三、測量控制方法

由于原有的控制網（GPS點）都布設在左右兩岸的山上，離施工現場比較遠，不能夠滿足施工測量的需要，必須根據工地的實際情況，選擇合適的位置埋設好控制點，進行施工測量控制網的測設。如果利用全站儀建立EDM導線網，其精度也可達到四等精度要求。由于各個建筑物在平面位置和高程方面都有一定的聯系，而各個建筑物又是獨立施工，最后才聯結為一個整體，為了保證建成后的各建筑物符合設計要求，就需要在施工前建立整體的施工控制網，以控制全局，作為各項工程放樣的依據。

水利工程傳統的地面控制測量方法就是建立小三角網，但目前完全被GPS測量或是全站儀測設導線的方法所替代。不過，GPS測量一般僅用于首級測量控制點的測設，至于施工區內的控制網加密則最常用的是全站儀測設導線網。結合“引閘入華”工程的實際控制測量，介紹幾種施工測量控制的有效方法。

1.附合導線

附合導線是由某一高級控制點出發最后附合到另一高級控制點的導線。附合導線選點比較靈活，能在所需要的地方布點，且易布設成直伸型，并能一次性完成平面和高程控制測量工作，這就使得導線測量成果的精度大大提高。

2.閉合導線

閉合導線，由某一高級控制點出發后最后又回到該點，組成一個閉合多邊形。如II-09為左岸控制點，II-13為右岸控制點，1點至4點為中間點，所有點連成一條導線。野外選點時，導線邊長要大致相等，相鄰邊長不應懸殊過大。同時，相鄰點的高差也不能相差太大。所選的導線點，如有條件的話，最好進行埋石，避免點被破壞。

3.雙支導線

當閉合導線中的某一點或幾點發生重合時，就成了雙支導線。此類型導線的觀測方法與閉合導線相同。一般來說，這種導線可以單雙測站交替設置。在重合點上只需要架設一次儀器或是梭鏡。它的計算既可按兩條支導線獨立進行，也可按閉合導線的方法進行計算（當導線交叉時，只能按雙支導線計算）。另外，還可以比較重合點以及終點的坐標值從而得到校核。

4.單支導線

隨著工程的進展，需要在局部工程部位布設控制點，則可以布設成單支導線，其觀測的步驟與各項精度指標與上面兩種類型的導線一致。為了便于校核，水平角的觀測采用方向觀測法，觀測3個測回，測回間的方向值互差應小于6s。在進行距離和高差觀測時，結合正倒鏡法往返觀測，以便用兩組數據進行校核。結合“引閘入華”的實際施工情況，在洞內布設了兩條支導線，既滿足了施工測量的需要，又可以相互校核，進行被毀控制點的恢復工作。

5.無定向導線

無定向導線作為導線的一種的布設形式，其原理是在兩個已知點不通視的情況下，先建立一假定坐標系（原點最好選建在一個已知點上），按照規范要求進行導線各相關要素的測量，計算兩個已知點在假定坐標系中的坐標，然后利用坐標系間旋轉及平移的原理，求出導線上各點的大地坐標。由于這種導線在測量中，某一測站數據一旦發生錯誤，不容易被發現，這就需要對整個導線進行重新測量，從而導致了測量工作量的增加。所以，此導線無論是對測量人員的技術水平、還是測量儀器的精度指標以及觀測精度等，都有很高的要求。加之此導線具有一定的局限性，工程中基本不使用。

6.導線網的精度估算

施工區域內導線網的建立，主要是為了指導施工放樣。此外，也用于斷面測量、地形圖測量。

以上所述的幾種導線，均可用直伸支導線終點精度的估算方法來估算導線最弱點的精度。在任意平面直角坐標系中，支導線由于沒有起算數據誤差（其誤差忽略不計）和因起算數據誤差引起的誤差，其最弱點的點位中誤差的計算如下式：

Mx、My分別由導線測量誤差引起的導線終點的縱、橫向誤差；

Ms、MB分別為導線測距和測角中誤差；

s、n分別為直伸導線平均邊長和導線邊數，S為支導線的總長。

根據大量的導線測量數據統計：測距精度等于或高于5+5ppm的2″全站儀的測距中誤差≤±5mm，測角中誤差約為±3″。而根據《水利水電施工測量規范》（SL52-93）中的相關規定，導線測量各項技術要求如表2。

從表1中可以看出，當導線測量的各項技術指標符合規范要求時，計算不同長度和邊數的支導線弱點的點位中誤差M可通過式（1）求出。而當在地面導線長度2000m以內時，可用單支導線（一級導線的觀測要求）控制；當導線的長度在2000m以上時，應用閉合或雙支導線作控制，其最弱點點位中誤差為單支導線的1/√2。從表2中可看出，導線測設成果的精度達到了三等控制網的精度要求，完全符合施工測量四等控制網的精度要求。

7.快速測設

從表2可以看出，經過平差后的成果為大地坐標。而設計施工圖施工坐標（圖上尺寸）在進行施工放樣時，需要把設計施工圖上的坐標進行旋轉，使整個施工區域在一個相對坐標網內，才能達到快速測量放樣的目的。坐標轉換公式如下：

上式通過坐標換算得出以下實用公式：

結合“引閘入華”引水隧洞工程的情況，由于時間緊，施工環境差，每天都要有2至3輪炮的開挖放樣工作，加之有的地段地質條件差，容易塌方。如果不在有限的時間內快速測量放樣，將會影響到整個工期的安排計劃，甚至威脅到施工作業人員的生命安全。為此，將測量控制網內的所有點的大地坐標都經過公式轉換，與設計施工圖統一成為一個施工控制網，通過儀器測量出來的坐標（X，Y），X代表所測任意點相對于洞軸線的樁號，Y代表所測任意點相對于洞軸線的偏距。施工坐標的采用，大大減少了測站上的計算量，達到了快速施工測量的目的，從而保證了施工的進度。

表1 閉合導線平差計算成果表

表2 導線測量技術要求表

四、結語

水利工程的地面控制測量，使用全站儀來測設導線網，是一種平面精度高、效率高并節省費用的好方法。三角高程的精度要求完全可以滿足四等水準測量的要求，可直接用其成果。EDM（測距）導線是水利工程測量中常用的方法，但布點時要盡量使導線成直伸型狀，以提高精度、減小誤差。單支導線的測量由于僅有一端連接在高級控制點上，如發生錯誤，根本沒有辦法進行校核，所以施測時要多注意自身的檢核。如果條件允許的話，應使其末端與其他的高級控制點相連接，以便校核其精度，保證其準確性。對于施工測量控制網，應定期進行復測，及時發現和糾正控制點可能出現的偏差和位移。“引閘入華”引水隧洞工程能夠順利和快速的施工，得益于建立了可靠的施工平面控制網。而施工測量放樣是整個施工過程中的一個組成部分，因此，必須與施工組織計劃相協調，在精度和速度方面滿足施工需要的同時，還要盡可能避開施工的干擾

（作者單位：安徽省淮北市水務局235000）