核電廠各階段測量控制網的建立

摘要：在核電廠的建設過程中，從開始的規劃可研階段的測繪地形圖，到建設初期階段的土石方開挖計算，再到核島、常規島等主要構筑物建設的放線等，都需要建立控制網。這3種情形測量控制網的精度要求、樣式規格要求是不同的，其測量方法也不相同。現結合項目實際作業流程，詳細說明了在核電廠施工建設的各個階段，不同類型的測量控制網建立過程中的常見問題及解決方法。

關鍵詞：控制網;控制點;控制測量

0 引言

隨著社會的進步，國內各種建設事業日新月異，在發展國防建設事業和空間地理信息技術中，在豐富和發展現代地球科學的有關研究中，以及在測繪工程行業的發展中，控制測量的地位和作用顯得越來越重要。

筆者通過總結多年的實踐經驗，闡述了在核電廠施工建設的各個階段，測量控制網的建立、測量過程。

1 測量控制網

1.1 ? ?測量控制網建立的目的

測量控制網是由合理分布的控制點以及采用適當的測量方法組成的網型。建立測量控制網的目的是為測圖或工程建設的測區建立統一的平面控制網和高程控制網，作為進行各種細部測量的基準。

1.2 ? ?測量控制網分類

（1）按精度分：三等、四等、一級。

（2）按內容分：平面控制網、高程控制網。

（3）按方法分：常規網（三角網、水準網）、GPS網。

2 核電廠建設各階段控制網的建立

本文以核電廠建設施工過程中所建立的測圖控制網、首級測量控制網、次級測量控制網為例進行詳細說明。

2.1 ? ?可研階段測量控制網的建立

核電廠建設的可研階段建立測圖控制網：初勘階段一般測繪地形圖比例尺較小，范圍比較大，測量控制網一般布設成三等或四等GPS網;而詳勘階段測繪地形圖范圍小，比例尺大，測量控制網一般布設成四等或一級GPS網。

2.1.1 ? ?測區坐標系統的選擇

2.1.1.1 ? ?平面坐標系統

現階段的工程項目都是采用2000國家大地坐標系。

中央子午線的選擇：在滿足規范要求的精度前提下，測量控制網都是采用國家正規的3°帶中央子午線。當不能滿足規范內對高斯投影長度變形的要求（通常不大于2.5 cm/km）時，就可以自定義中央子午線和投影基準面，建立任意帶的獨立高斯平面直角坐標系。目前核電廠項目建設多在沿海地區，設計的場坪多為10～20 m，所以投影面對邊長投影變形的影響可以忽略不計。

其邊長綜合投影變形公式為：

式中：R為地球曲率半徑;Ym為歸算邊兩端點橫坐標的平均值;Hm為測區高出WGS-84橢球面的平均大地高。

地理位置離中央子午線越遠，緯度越低的地方控制點間的邊長投影變形越大。比如山東某核電廠地理坐標為：東經121°23′15″，北緯36°42′35″。當中央子午線設置為120°時，經計算其邊長投影變形值為18.9 cm/km，所以建立控制網時，把中央子午線設置為121°30′，經計算其邊長投影變形值為0.1 cm/km，滿足了核電廠工程測量規范的要求。

2.1.1.2 ? ?高程基準

目前都是采用1985國家高程基準。

2.1.2 ? ?控制網點選埋

以福建某核電廠可研階段陸域地形測量控制網建立為例加以說明。本項目陸域地形測圖是1：1 000、1：10 000同時進行，在整個1：10 000測圖范圍內建立了三等平面控制網，在1：1 000測圖范圍內加密了四等平面控制網。平面控制網布置示意圖如圖1、圖2所示。

從布設平面控制網圖形上看，控制點在測區范圍布設比較均勻，并且聯測的已知點分布比較合理。

2.1.3 ? ?控制網平面測量

三、四等GPS控制網平面施測采用華測T5型GPS接收機以靜態定位方法進行觀測。三、四等GPS控制測量作業執行了《核電廠工程測量技術規范》（GB 50633—2010）的基本技術要求，如表1所示。

三、四等GPS控制網外業觀測結束后，即把數據傳入計算機，進行觀測數據后處理，采用南方測繪GNSS數據處理軟件，分別根據三、四等GPS控制網主要技術指標要求，對數據進行了基線處理、無約束平差和約束平差。

由表2可知，約束平差后，三、四等GPS控制網最弱邊邊長相對中誤差滿足規范要求。

測圖控制網是測圖的基礎，高精度控制網的建立保證了地形圖的準確性，成果獲得了業主及后期施工單位的肯定。

2.2 ? ?前期階段測量控制網的建立

核電廠建設的前期階段需建立首級控制網，其目的是為核電廠的前期建設、土石方工程、附屬工程的定位和次級控制網的建立提供依據。其測量方法多為GPS測量，其精度為最弱點點位中誤差不超過2 cm。

2.2.1 ? ?首級測量控制網點選埋

核電廠首級網點坐標是由甲方確定后，用儀器準確地放樣到實地上。首級網要求點位穩定，精度要高，所以控制點施工時要保證其基礎坐落在基巖上，點位最好做成強制觀測墩的樣式，避免儀器產生對中誤差。

2.2.1.1 ? ?首級測量控制網點基礎施工

項目的廠址不同，地質條件不同，其基礎的施工方法有：直接開挖、鉆孔灌注樁、沖孔灌注樁。

2.2.1.2 ? ?首級測量控制網點強制觀測墩施工

（1）基礎直接開挖的觀測墩的觀測平臺和基礎直接一起澆灌，觀測平臺養護穩固后再進行上面觀測墩的施工。

（2）基礎是沖孔灌注樁的先澆筑觀測墩，直接坐落在樁上，再澆筑平臺。

強制對中板標志如圖3所示，形狀尺寸及配筋圖如圖4所示。

2.2.2 ? ?首級測量控制網測量

以河北某核電廠首控網為例，強制觀測墩建立后養護了28天，確保控制點穩定后，用華測GPS以靜態方式，用三等GPS網的精度指標測量了平面坐標，用天寶Dini03水準儀以三等水準精度測量了高程。

2.2.3 ? ?首級測量控制網維護

首級測量控制網建成后，關鍵是要對其進行維護。通過復測，及時更新坐標成果，保證控制網和建筑物的系統性、一致性。

河北某核電廠首控網建立后，時隔6個月進行了復測：外業觀測結束后，根據觀測結果，對網內控制點進行分析與評估，選取網內合理的點作為起算點，保證控制網系統的一致性。下面就平面控制和高程控制分別進行說明。

GPS控制網外業觀測結束后，先對三維無約束平差基線邊長進行分析，各基線相對首次測量邊長中誤差均小于1/70 000，符合規范對于邊長相對中誤差的規定。綜合分析網形及兩次測量基線邊長差值，根據“長基線控制短基線”的原則選取基線長度較長的SJ02-SJ07作為起算邊，該邊的邊長相對首次測量的中誤差為1/387 153，滿足規范對于約束點間邊長相對中誤差不超過1/150 000的規定。水準測量外業結束后，對各段高差進行了統計分析，復測的各段高差與首測的高差值均小于20（L單位為千米）。為了同平面控制測量起算點位保持一致，選取SJ02作為高程控制測量起算點，復測成果校差統計表如表3所示。

與首次測量成果進行比較，發現無論是坐標差值還是高程差值均小于啟用新成果的規定值。由于首次測量成果已經在廠區建安施工中應用，因此此次復測后成果仍然采用首次測量成果。

2.3 ? ?核電廠次級控制網的建立

核電廠次級控制網是在首級控制網的基礎上布設的，為滿足核電廠主廠區內構筑物的施工定位和放線、設備安裝、微網建立等，由覆蓋于核島、常規島等主要廠房周圍的多個強制觀測墩組成獨立網。其測量方法為邊角網測量，其精度為最弱點點位中誤差不超過2 mm。

2.3.1 ? ?次級測量控制網點選埋

次級控制網一般建立在核島基坑的周邊，便于核島、常規島的建設。要保證其基礎坐落在基巖上，建成強制觀測墩樣式，建設方法同首級測量控制網施工方法一樣。

2.3.2 ? ?次級控制網測量

次級控制網測量前，先做好優化設計，不僅可以提高網型精度，還可以減少作業時間。

以山東某核電廠次級控制網為例：

（1）優化前：初步觀測方案共需進行方向觀測49個，邊長觀測24個;點位誤差最大值為1.6 mm，邊長相對中誤差最大為1/231 724，如圖5（a）所示。

（2）優化后：共需觀測方向35個，觀測邊長17個;點位誤差最大值為1.1 mm，邊長相對中誤差最大值為1/242 209，如圖5（b）所示。

由此可見，優化后精度沒有降低，還提高了工作效率。

次級控制網的水平角及邊長觀測使用徠卡TC2003型（測角0.5″，測距1+10-6）全站儀。采用邊角網形式，觀測時除了符合規范的各項規定外，根據經驗還要按以下要求進行：

（1）外業觀測均在清晨和傍晚成像清晰、氣流穩定的有利時間內進行。

（2）為減弱或消除度盤分劃誤差的影響，水平角觀測各測回均勻地分配在度盤的位置上。

（3）次級控制網是在首級控制網的基礎上建立的，所以起算邊從首級網中選取適當的點作為起算點。因為次級控制網的相對精度要求高，所以不能直接利用兩個已知點的坐標，應該分析后固定一個點的坐標，以這兩個點的坐標計算該邊的方位角。以固定點的坐標和計算出的方位角作為起算條件進行平差。

以山東某核電廠3號機組次級控制網為例，次級平面控制網選用SJ26的坐標及SJ26-SJ27的方位角作為平面起算數據，經測量計算出CJ205坐標，然后以SJ26和CJ205為次級控制網內坐標起算點，采用南方測繪平差易。

采用2005平差軟件進行次級控制網內嚴密平差計算，平差后求得各點的坐標，如圖6所示。

2.3.3 ? ?次級控制網復測

次級控制網同樣需要維護，保證其系統性、一致性。

3 結語

隨著建設行業的發展，測量專業逐漸成為工程建設的主題，而控制測量作為測量行業的基礎，為工程建設的各個階段服務，是實現工程規劃、保證工程質量的重要手段。

核電廠3種建設施工階段控制網的特點如下：

（1）測圖階段：測圖控制網的建立能夠滿足測圖精度即可，控制的范圍是整個測區，范圍較大，對點點通視情況要求不高，控制點的樣式為普通樣式。測量方式為GPS測量，作業周期短，建設費用最為經濟。作業時注意選擇中央子午線，防止投影變形引起的誤差。

（2）建設前期階段：首級測量控制網的精度要高于測圖控制網，控制的范圍是整個廠區，范圍較小，至少要保證3個點間相互通視，便于檢測，控制點的樣式可以建設成普通控制點樣式，也可以建設成強制觀測墩樣式，其基礎要求坐落在基巖上。測量方式為GPS測量，作業周期短，建設費用比測圖控制網要高。最好建立觀測墩，保證點位的穩定性。建立后要注意對其進行維護。

（3）核電廠的建設階段：次級測量控制網的精度要高于首級測量控制網，控制的范圍是核島周圍重點建筑區域，范圍最小，至少要保證3個點間相互通視，便于檢測，控制點的樣式建設成強制觀測墩樣式，其基礎要求坐落在基巖上。測量方式為邊角網，作業周期長，建設費用較高。次級控制網的建立，點位穩定，采取圖形優化、觀測時間的選擇、儀器誤差等措施保證控制網精度。

核電廠各階段建立的控制網精度要求不同，關注事項不同，尤其是影響點位精度的因素，如投影變形、觀測時間、觀測方法、使用設備、網型等也不同，只有針對不同控制網進行不同的理論分析，在具體工程中得以應用，才能提高作業效率，節約工程成本。

[參考文獻]

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收稿日期：2021-03-29

作者簡介：焦正華（1983—），男，河北邯鄲人，高級工程師，研究方向：工程測量。