溪洛渡地下工程高精度施工测量控制网测量技术研究与应用

溪洛渡地下工程高精度施工测量控制网测量技术研究与应用

杜杰锋

中国水利水电第四工程局有限公司勘测设计研究院青海西宁810007

摘要：溪洛渡水电站左、右岸地下工程庞大、结构复杂、各种隧洞纵横交错、上下分层，好像一座庞大的地下迷宫。测绘工作的重要、精度要求可想而知、本文详细阐述了溪洛渡水电站地下工程高精度建立控制网的目的、控制网的布设、测量控制网的方法及平差处理的方法；总结出地下工程高精度控制网在施工中的重要性及其高精度施工控制网在施工中的应用与推广。

关键字：溪洛渡工程；控制网；质量评定；平差技术；经验及推广应用。

1引言

溪洛渡工程概况

溪洛渡水电站工程是一座高坝大库巨型水利发电站，施工区分布于近10Km长的金沙江“U”型峡谷区域范围内。溪洛渡水电站枢纽由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电建筑物等组成。

左右岸的“主厂房、主变室、尾水调压室”号称三大洞室，它们之间都是互相平行布置的。

左、右岸各设一座地下电站厂房，地下电站厂房位于大坝上游库区。左右岸地下工程已大江为界成对称布置。地下电站厂区分别由主机间、安装间、副厂房、主变室、9条压力管道、9条母线洞、9条尾水洞和尾水连接洞、3座尾水调压室、3条尾水洞、出线井以及通排风系统、防渗排水系统等组成，构成以三大洞室为主体、其他洞室纵横交叉、上下分层、结构复杂的大规模地下工程洞室群。

2建立控制网

2.1建网的目的

溪洛渡水电站左、右岸地下工程庞大、结构复杂、各种隧洞纵横交错、上下分层，好像一座庞大的地下迷宫。施工单位众多，各家、各种施工工序交叉进行施工，对测量工作影响很大。⒈如分别由各家施工单位在隧洞内自行引测施工测量控制点，虽然各自都能满足规范要求，但都是利用隧洞口附近控制网点单一方向进行联测，很难保证坐标系统的绝对性⒉隧洞内环境差,测量控制点引测比较困难，测量精度很难提高，一般只能保证四等测量精度；⒋多家施工单位引测，很容易用错控制点。5.控制网点标墩位置在路面以外，保证仪器、人员安全。综上所述，为避免由于控制网点精度不一或者用错控制网点给工程造成影响故设想采用统一布网和造标,造埋砼强制对中观测墩标。

2.2控制网的布设

根据《溪洛渡水电站地下工程控制网技术设计报告》中附件一：《1#、2#交通洞Ⅱ等基本导线平面布置设计图》所选定的点位进行现场放样，结合现场的实际情况，最后确定控制网网点点位。溪洛渡水电站地下工程高精度施工测量控制网采用统一设计、统一布设、统一进行施测。布网时应根据地下工程的总体布置图和施工情况，充分考虑以后施工的需要进行控制网网点的加密。1.尽量满足施工需要；2.保证网点的精度和长期稳定。

地下工程施工测量控制网网点布设原则：

1．地上施工测量控制网和地下工程施工测量控制网的坐标系统和精度应一致；

2.左右岸地下工程施工测量控制网遵循统一布网，统一实施的原则；

3.对立两洞洞口网点进行连测、左右岸尾调室交通洞洞口网点进行连测，并与地上施工测量控制网点进行联测。

4.左右岸地下工程控制网在施工支洞洞口布设观测墩，已备以后引测和加密使用。

2.3用于控制网观测的主要仪器设备及执行的技术标准

用于地下工程控制网水平方向、天顶距及距离观测的仪器，采用瑞士徕卡公司生产的TCA2003自动跟踪观测全站仪，仪器标称测角精度±0.5″测距精度±(1mm+1ppm)，属于DJ1型经纬仪和Ⅰ类测距仪，使用仪器配套的瑞士徕卡公司生产的单棱镜和标牌，日本产笔杆式温度计和德国产指针式气压计；用于Ⅱ等水准连测的仪器为瑞士徕卡公司生产的DNA03精密数字水准仪及其配套的3米长铟钢水准标尺，仪器编号:331422、铟钢水准标尺的编号分别为：23247和23361。使用重量5㎏的尺垫作为尺承；所用仪器及辅助工器具都按《计量法》的要求，在法定计量单位进行了检定，在使用前也按规范的要求进行了检验。仪器设备的检定结论为“合格”，完全满足二等以上测量观测的要求。

⒈执行的技术标准

⑴《水电水利工程施工测量规范》（DL/T5173-2003）

⑵《国家三角测量规范》（GB/T17942-2000）

⑶《中、短程光电测距规范》（GB/T16818-1997）

⑷《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-91）

⑸《溪洛渡水电站地下工程施工测量控制网技术设计报告》

⒉坐标和高程系统

坐标系统：金沙江坐标系（边长投影面高程为470m）。

高程系统：1956年黄海高程系。

2.4控制网引测起算数据的校核

进出洞口附近的控制点都在交通要道附近，为确保洞内导线起算控制点坐标值的精度，对地上首级施工测量控制网进行了加密复测并与地下施工测量控制网进行同精度联测；为保证起算点的稳定和起算数据的正确，本次使用的已知起算点为：“并行桥、金江湾、晚照亭、索道桥、蔡家岩、溪洛渡、XII16”，将本次计算的情况进行统计。具体见表1和表2。

表1起算点边长稳定性计算表

表2起算点角度稳定性计算表

从表1和表2检测资料看，都小于仪器本身测距误差（56.3%小于1/2测距误差）和√2倍测角误差（64.3%小于测角误差），说明点位稳定可靠，可以作为起算点使用。

2.5控制网的观测

2.5.1观测方法

洞内施工测量控制网（导线测量）的方法：⑴水平方向使用徕卡公司生产的TCA2003全站仪及徕卡公司生产的与仪器配套的“多方向全圆自动观测记录”商用软件进行自动观测和记录，方向少于三个时，水平方向采用圆周角（左、右角）观测法，各测9测回。⑵天顶距和水平方向观测同时进行，采用自动观测，测9个测回。（3）每条边的气温、气压都是当时现场观测值，气温读数精确到0.1°,气压读数精确到1毫巴。整个外业的观测都满足测量规范和《溪洛渡水电站地下工程高精度施工测量控制网技术设计报告》的要求。

2.5.2观测资料质量评定

平面采用金沙江坐标系，边长投影高程面：470米；高程采用1956年黄海高程系。

2.5.3地下控制网对向测边81条，对向往返测距离之差85％小于1mm，最大1.5mm。

地下控制网（导线）为加强图形强度，组成4个三角形，三角形角度闭合差最大值-2.2″。组成9个多边形角度闭合差环，最大的角度闭合差为9.4″、转折角个数29个，角度闭合差都小于2m√n。洞内对向测边101条，对向往返测距离之差92％小于1mm，最大1.5mm。

地下控制网（洞内）三角形高差闭合差15个，最大高差闭合差为3.24mm，闭合环长0.3612km；组成多边形高差闭合环17个，其最大闭合差值为-8.17mm，闭合环长5.9763km。闭合差都小于12√L限差。

2.5.4质量评定

⑴地下网观测方向组成4个三角形，按非罗列公式计算的测角中误差为：

mb=±√（〔ww〕/3n）=±√（8.49/（3×4））=±0.84″。

（2）地下控制网（洞内导线）共对向观测101条边，按距离往返测之差△计算的一次测量观测值中误差为：

mb=±√（〔p△△〕/2n）=±√（195.41/（2×101））=±1.67毫米。

（3）地下控制网（洞内导线）对向观测每公里平均距离中误差为：

mb=±1/2√（〔p△△〕/n）=±1/2√（195.41/101）=±0.70毫米。

（4）地下控制网（洞内导线）三角形、多边形

地下控制网组成4个平面三角形，其角度闭合差最大值2.2″；地下控制网组成9个多边形角度闭合差环，其角度闭合差都小于2m√n。

地下控制网（洞内导线）按圆周角角度闭合差计算的测角中误差

据公式mb=±√（〔△△〕/2n）=±√（31.1/（2×68））=±0.48″,满足二等要求。圆周角角度闭合差≥1″的测站有12个，最大的为1.5″。

通过以上计算方法对外业测量成果进行分析，从而求证外业测量成果是否可靠，是否满足规范要求。

2.6平差计算及点位精度的评定

山区折光差系数变化很大，故采取两种办法求解折光差系数，⑴几何水准精确测定两点高差，利用测定的斜距和垂直角计算折光差系数（8条边）；⑵两点同时对向观测斜距和垂直角计算折光差系数（77条边）。结果两种办法求解的折光差系数非常接近。

平面控制网观测边长经气象、加乘常数改正后，采用高程改边进行斜距改化平距。所有边长均进行了投影改正，投影面高程470米。

平差计算，平面坐标系统和高程系统与首级施工测量控制网相同，即平面坐标系统采用金沙江坐标系，高程系统采用1956年黄海高程系。平差计算使用武汉大学•武地课题组《地面测量工程控制测量数据处理通用软件包》（Version5.0）商用软件进行平差。

本次测量平面平差计算采用的起算点都是7个，统一施测、统一平差，所以这些网点既是地上首级施工测量控制网的起算点，又是地下工程施工测量控制网的起算点，这样可以保证地上和地下施工测量控制网的绝对统一。

3经验及应用

3.1建议较大的地下工程在主要的交通洞内直接建砼墩标。

3.2观测的最佳时间

根据溪洛渡水电站地下工程建高精度控制网的经验，最有利的观测的时间是：洞混内凝土路面浇筑完成、路边排水沟已形成。利于以后控制网点的引测和加密；洞内环境较好利于控制网观测。

3.3如何保持地下施工测量控制网点点位长期的稳定和可靠，是首要考虑的问题。

3.3地下施工测量控制网是一个导线网，多余观测条件少，在可能的条件下，尽量增加多于观测条件。一是可以检查导线的测量可靠性，二是可以提高测量成果精度。从平差的结果看效果很好。

3.4起算点数据的选择很重要，既要考虑尽量多的原网点作为起算数据参与平差，又要注意不能因为起算数据选择不当而影响本网的成果。

3.5溪洛渡地下工程高精度施工测量控制网测量技术的可行性已在大型水电站：中国三峡集团公司承建的金沙江流域（三峡水利枢纽工程、向家坝水电站）工程中得到了成功应用与推广，成果非常可靠，解决了地下工程测绘中遇到的难题，测量成果也通过专家组的验收。在白鹤滩、乌东德大型水电站工程以及其他类似工程中进行应用和借鉴，以减少测量人员的劳动强度、降低测量成本和人力、物力等资源的投入。本次控制网复测，观测数据可靠，成果质量优良，测量成果的实际精度均高于测量规范的要求精度，因此，该网是一个高质量、高精度的施工控制网

3.6施工实践证明，网点点位稳定、精度可靠、统一了各施工单位的坐标系统，极大的满足了施工进度的需求，减轻了测量人员的劳动强度，减少了出错的概率，具有很大的经济效益，显著提高了地下工程的测量精度和工程进度。通过我们对地下工程高精度施工测网测量技术研究与应用在施工现场的经验总结，地下工程控制网的建立已形成了较完整和成熟的工艺技术，值得推广使用。

4结束语

本文中对溪洛渡地下工程高精度施工测量控制网布设及对控制网观测平差计算与分析得到下面三条结论：

1）高精度施工测量控制网采用统一设计、统一布设、统一进行施测。

2）保证地上施工测量控制网和地下施工测量控制网的坐标系统和精度绝对一致。

3）网点的稳定性、平差计算时起算点数据的选择很重要。

参考文献

[1]港珠澳大桥人工岛施工测量控制网测设技术[J].沈家海,刘明，刘保永中国港湾建设.2015(11)

[2]施工控制网的建立及测量技术探讨[J].何中元,高英志.资源环境与工程.2012(8)

[3]大型施工测量控制网复测周期的优化[J].刘权威,夏志朴.山西矿业学院学报.1994(1)