崔新紅

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司測繪信息工程院，河南 鄭州 450045)

1 概述

我國的水電開發(fā)比重較低，”十二五”規(guī)劃綱要提出在做好生態(tài)保護(hù)和移民安置的前提下積極發(fā)展水電。目前，我國的水電資源主要集中在西南地區(qū)。以四川為首，四川境內(nèi)共有大小河流1000多條，水能蘊(yùn)藏量占整個西部的三分之一。但這些區(qū)域河谷狹窄，而落差很大，而中小型的水電站，普遍以隧洞引水式電站進(jìn)行開發(fā)。由于工程施工范圍為狹長區(qū)域，施工測量控制網(wǎng)需要兼顧整個施工區(qū)，而狹長的測量控制網(wǎng)在施測時存在如邊長投影長度變形過大、網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)困難、誤差傳遞路線較長、最弱點(diǎn)精度較差、點(diǎn)位精度難以控制等問題?，F(xiàn)以龍壩水電站為例，探討?yīng)M長區(qū)域施工測量控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計、優(yōu)化及測量。

2 工程概況

龍壩水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州境內(nèi)龍壩河上，系龍壩河規(guī)劃梯級方案中的第三級。龍壩水電站采用隧洞引水式開發(fā)，經(jīng)左岸5.9km長引水隧洞至龍壩鄉(xiāng)上游180m處建地面廠房發(fā)電。龍壩水電站總裝機(jī)容量為18.0MW，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252～2000)，龍壩電站為小(1)型工程，工程等別Ⅳ等，主要建筑物按5級建筑物設(shè)計，次要建筑物及臨時建筑物按5級建筑物設(shè)計。龍壩水電站建筑物主要由取水樞紐、引水隧洞、壓力前池、壓力管道、主副廠房、升壓站等組成。

3 技術(shù)設(shè)計及優(yōu)化

3.1 技術(shù)設(shè)計原則

(1)緊密結(jié)合龍壩水電站狹長的特點(diǎn)，兼顧主要水工建筑物的位置、地質(zhì)條件、地形條件，參考工程施工總平面布置圖和有關(guān)測繪資料，結(jié)合甲方的有關(guān)要求，布設(shè)壩址、支洞口及廠房施工控制網(wǎng)。特別注意的是，施工區(qū)高差達(dá)600米，為了滿足施工測量長度變形的要求，需選取兩個不同的邊長投影高程面。對于取水樞紐和隧洞區(qū)域，整個平面控制網(wǎng)（LB01-LB16各點(diǎn)）的邊長應(yīng)投影至2580米高程面上。對于壓力前池至廠房區(qū)域的部分控制點(diǎn)（LB13-LB16各點(diǎn)），應(yīng)將其邊長投影至2280米高程面上。

(2)采用優(yōu)化設(shè)計的理論和方法，顧及控制網(wǎng)的精度、可靠性，兼顧費(fèi)用原則，通過方案對比，選用科學(xué)、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計方案。

(3)采用先進(jìn)的儀器、設(shè)備、軟件，完成控制網(wǎng)的觀測、計算、平差工作，力求施工控制網(wǎng)測量成果質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良級。

(4)設(shè)計方案簡明，易于實(shí)施，具有明顯的可操作性。

3.2 基本精度指標(biāo)

三等GPS測距先驗(yàn)中誤差5mm±1ppm·D。二等水平角測角中誤差±1.0″，單位權(quán)中誤差先驗(yàn)值 (方向觀測中誤差)±0.7″，測距先驗(yàn)中誤差1mm±1ppm·D，平均邊長相對中誤差1/150000，最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差小于±10.0mm。

三等水準(zhǔn)先驗(yàn)單位權(quán)中誤差±3.0mm/km，往返測較差和線路閉合差≤±12。按DL/T5173-2003中貫通誤差豎向分配原則，當(dāng)相向開挖長度＜5km時，洞外豎向中誤差為15mm。若控制網(wǎng)點(diǎn)的高程中誤差對洞外豎向中誤差沒有顯著影響，則其最弱點(diǎn)高程中誤差應(yīng)小于0.4倍的洞外豎向中誤差，即6mm。

3.3 方案優(yōu)化

在滿足上述基本精度指標(biāo)，依據(jù)龍壩水電站施工總平面布置圖及有關(guān)測繪和地質(zhì)資料，結(jié)合甲方的有關(guān)要求，在施工區(qū)范圍內(nèi)選設(shè)LB01-LB16、G01-G03共19點(diǎn) (LB01-LB16為平高點(diǎn)，G01-G03為高程點(diǎn)，BM點(diǎn)為水準(zhǔn)間歇點(diǎn))，組成的施工控制網(wǎng)，然后對此網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化?？刂凭W(wǎng)略圖如下：

3.3.1 優(yōu)化結(jié)果

經(jīng)實(shí)地選點(diǎn)及多種方案比較后，選定平面控制點(diǎn)16個，高程控制點(diǎn)15個（平高控制點(diǎn)12個、高程控制點(diǎn)3個）。平面和高程控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計最終結(jié)果:觀測方向優(yōu)化為10個，觀測邊長為31條時，網(wǎng)的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±2.7 mm，最小可靠性因子為0.39，網(wǎng)的平均可靠性因子為0.70；當(dāng)觀測方向優(yōu)化為53個，觀測邊長為28條時，網(wǎng)的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±3.0 mm，最小可靠性因子為0.37，網(wǎng)的平均可靠性因子為0.68；當(dāng)觀測方向減少至46個，觀測邊長減少至27條時(見圖1)，網(wǎng)的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±2.91 mm，最小可靠性因子為0.35，網(wǎng)的平均可靠性因子為0.63。此網(wǎng)為優(yōu)選網(wǎng)型。

三等光電測距邊長觀測23條，三等水準(zhǔn)觀測約30 km，三等GPS觀測30站。四等光電測距三角高程12公里。

3.3.2 精度估算

(1)平面控制網(wǎng)估算

2280米高程面平面控制網(wǎng)以LB13為起算點(diǎn)，以LB13-LB14的方位角為起算方位角，共觀測三等光電測距邊長6條。經(jīng)估算其最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±4.01mm，最弱邊長相對中誤差為1/347600，均滿足設(shè)計精度指標(biāo)，且有一定的富余量。2580米高程面平面控制網(wǎng)以LB13為起算點(diǎn)，以LB13—LB05的方位角為起算方位角，共觀測二等水平角5站，三等光電測距邊長23條，三等GPS觀測30站。經(jīng)估算其最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±7.46mm，最弱邊長相對中誤差為1/177400，均滿足設(shè)計精度指標(biāo)，且有一定的富余量。優(yōu)化設(shè)計結(jié)果見表1

(2)高程控制網(wǎng)估算

高程控制網(wǎng)分為三等水準(zhǔn)測量和四等光電測距三角高程兩部分，其精度估算結(jié)果見表2。由表2可知，控制網(wǎng)中最弱點(diǎn)高程中誤差為± 4.3mm，滿足設(shè)計精度要求。

4 控制網(wǎng)點(diǎn)的造埋

造埋工作是施工控制網(wǎng)測量的基礎(chǔ)工作，點(diǎn)位和標(biāo)石質(zhì)量的好壞不僅影響其本身的穩(wěn)定與安全，還影響到整個控制網(wǎng)的觀測精度與可靠性，同時還關(guān)系到控制點(diǎn)是否能夠長期保存和使用。

平面控制網(wǎng)點(diǎn)采用PVC塑管（350mm*350mm）混凝土觀測墩，開挖深度應(yīng)穿越風(fēng)化巖層，到達(dá)新鮮基巖面以下至少0.2米。

水準(zhǔn)混凝土標(biāo)石點(diǎn)位應(yīng)選取在穩(wěn)固耐久區(qū)域，且保持標(biāo)石垂直方向的穩(wěn)定；標(biāo)石的底部埋設(shè)在凍土層以下，并澆灌混凝土基礎(chǔ)。

5 控制網(wǎng)觀測

5.1 控制網(wǎng)觀測方案

平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用獨(dú)立坐標(biāo)系，中央子午線102°，采用的曲率半徑為6368850m；高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。

表1 2280米、2580米高程面平面控制網(wǎng)點(diǎn)精度估算表（部分點(diǎn)）

由于整個施工區(qū)域狹長且落差大，從壩址區(qū)至廠房區(qū)，落差達(dá)600米，為了滿足施工測量長度變形的要求，需選取兩個不同的邊長投影高程面。

5.1.1 平面控制網(wǎng)觀測

平面控制網(wǎng)觀測采用ToPcon Hiper雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測，儀器標(biāo)稱精度為±（5mm+ 1ppm·D）。GPS以靜態(tài)模式分時段、以邊連接方式進(jìn)行觀測。邊長的校核采用Lecia TCA2003型全站儀（（±0.5mm＋D×10－6）和±0.5″精度指標(biāo)）。

表2 高程控制網(wǎng)點(diǎn)精度估算表

5.1.2 高程控制網(wǎng)觀測

由于河谷狹長，植被茂密，控制點(diǎn)采用兩岸布設(shè)，引水隧洞同岸的控制點(diǎn)，作為方向基準(zhǔn)，隧洞的對岸控制網(wǎng)點(diǎn)，作為架設(shè)儀器。因此，LB04、LB06、LB09、LB11、LB13各點(diǎn)采用四等光電測距三角高程測量方法，其余均采用三等幾何水準(zhǔn)的測量方法。水準(zhǔn)儀使用Lecia DNA03型水準(zhǔn)儀(每公里往返測高程中誤差0.3mm)。

5.2 控制網(wǎng)測量精度

平面控制網(wǎng)中最弱邊LB06-LB04的邊長中誤 差 為 1/ 238637；最弱點(diǎn)LB06的點(diǎn)位中誤差為2.8mm。三等水準(zhǔn)網(wǎng)中，平差后最弱點(diǎn)高程中誤差2.9mm。

結(jié)語

1在狹長區(qū)域布設(shè)高精度施工控制網(wǎng)，采用GPS測量方法，是保證控制網(wǎng)精度的一種經(jīng)濟(jì)、快速和非常有效的作業(yè)方法。

2在狹長區(qū)域布設(shè)施工控制網(wǎng)，宜結(jié)合該區(qū)域地形、施工布置圖對控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，按照需求來布置控制網(wǎng)點(diǎn)及等級。

3川西部山區(qū)，中小型水電站眾多，而河流落差較大，依據(jù)施工測量長度變形的要求，選取邊長投影高程面。

4隨著科技的發(fā)展，PVC塑管可替代傳統(tǒng)的方標(biāo)或鋼管標(biāo)，它材質(zhì)輕盈，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，使用方便，易于保存，外形美觀。

[1]SL 52-93，水利水電施工測量規(guī)范[S].

[2]何惠生，張正祿等.珊溪水電站施工控制網(wǎng)的模擬計算和優(yōu)化設(shè)計[J].大壩與安全，2002（5）.

[3]耿漢文，水利工程施工控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計[A].江蘇論壇-電子政務(wù)與地理信息技術(shù)論文專輯[C].2005.