线形输水工程施工控制网的建立.doc

线形输水工程施工测量控制系统的建立李军安 严亚敏（陕西省水利电力勘测设计研究院测绘分院 西安 710002)摘要：本文详细介绍建立李家河水库输水工程施工测量控制网的设计技术思路和控制网布设。针对线形输水工程不同部位施工放样精度要求，建立整体统一、局部相对独立的施工平面控制网方案；采用高精度地面观测边长与GPS观测数据混合网平差方法，通过测量成果分析验证其可靠性和精度；对网状施工高程控制网的外业联测已知点的必要性进行实例介绍。 关键词：线形输水工程；施工测量控制；建立。1项目概况西安市辋川河引水李家河水库工程是解决西安市水资源紧缺,优化水资源配置，改善生态环境，保障经济社会可持续发展，全面建设小康社会的重大战略性基础设施。其输水工程由总干渠、北干渠、南支线等三部分建筑物组成。总干渠由总干渠新建段和总干已成改造段组成。总干渠新建段全长7.3千米，采用输水隧洞，中间仅布设一条长455米施工斜井；总干渠已成改造段全长10.0千米，是利用岱峪水库原干渠，由于年久失修拟进行扩建改造.工程布置如图1。该工程主要特点是输水路线长，总干渠输水线路长17。3千米，在将军岭分为南北干渠，北干渠全长29.6千米，南支线全长20。2千，利用东南高西北低的优越地形条件实现自流输水。沿线控制性建筑物（分水口、节制闸、退水闸),其它建筑物（隧洞、倒虹、路渠交叉、暗渠、压力管道）数量多、且类型也多.输水干渠将分批分段施工，施工单位多，施工周期长。根据以上特点，必须建立全线统一的、高精度的首级施工控制网，为工程建设期的施工测量、监理测量、竣工测量和施工、运行管理期的安全监测提供统一的平面、高程控制基准和精度保障，以确保分期、分段或分部位施工的渠段和建筑物准确对接、顺畅贯通，并确保各渠段和建筑物水头分配严格符合设计要求，让渠水水势平稳流畅.2建立施工控制网的技术设计思路根据该工程的特点，必须在全面控制、统一设计、整体实施的原则下选择可靠、经济、高精度的最优布网方案,为渠段和建筑物的施工控制提供统一的测量保障。主要技术思路如下：a.在全面控制、统一设计、整体实施的原则下，按高精度、可靠性、可行性、经济性等目标优选最佳布网方案;b。在7.3千米的隧洞段选埋施工控制时，应考虑贯通精度和点位的需求,便于施工单位布设引测洞内贯通导线使用文献【2】;c.选设施工控制点时,尽可能做到平、高控制点结合，经济合理；d.考虑到前期设计工作的连续性要求，施工控制系统应与设计采用系统相一致,即平面仍采用1980西安坐标系（在投影差大于5cm/km时,应进行相应的处理）文献【3】.高程施工控制系统采用1985国家高程系统。3施工控制网精度及等级的选取根据本工程规模及放样点的精度，结合输水干渠所在区域地形地貌特征，依据水电水利工程施工测量规范（DL/T5173-2003）文献【2】规定,对不同部位施工控制网精度及等级分别选取。a.总干新建段（隧洞）平面施工控制网应选取三等控制网，高程施工控制网应选取三等水准或光电测距三角高程网；b.总干已成段及南北干平面和高程控制网选取四等。4 施工测量控制系统构成4。1平面施工控制网布设GPS网的布设较地面边角网有更大地灵活性，不受网形限制，不要求地面通视条件限制.因此，施工平面控制网采用GPS网。选设GPS控制网点时，首先考虑便于施工放样使用，点位选在通视良好、视野开阔、地基稳定且能长期保存的地方。总干渠新建段为隧洞,分别在隧洞进口、支洞口、出口三处分别选设三个点,应有利于施工放样及测设洞口点，控制点埋设混凝土观测墩。为了消除对中误差的影响，混凝土观测墩安装强制归心装置文献【2】。总干渠已成改造段、北干渠、南支线：布设GPS点应便于联测线路转折点，选设点位时，应保证两两相互通视，同时也应布设在渠道施工开挖线影响区之外，点位埋设普通混凝土标石。4.2高程施工控制网布设总干新建段引水隧洞进出口及施工支洞处分别埋设两套普通混凝土水准标志。总干渠已成改造段、北干渠、南支线施工高程控制点与平面控制公用同一标志。5主要技术问题研究应用5.1 GPS观测方案单纯的GPS网，一般很难达到毫米级的精度，为了确保7。3千米隧洞施工贯通精度,考虑到本次测量采用单频机观测，为提高隧洞施工贯通的精度，隧洞段洞外GPS控制网观测时间段2时段；同时采用TC2003全站仪分别加测进出口及支洞口控制点的水平角及边长，地面和GPS观测数据进行联合平差,并利用地面观测水平角对控制网进行检核文献【1】。5.2 长距离输水线路施工平面坐标系及数据处理方案的选取a。施工平面控制是在国家控制网的基础上建立的,建立与国家统一的坐标系,并限制测量误差的积累,保证施工控制网的精度。施工控制网则为工程施工测量、竣工测量、施工期变形监测等提供测量控制基准，需进行国家坐标系向施工工程坐标系的转换.从保证施工放样精度、控制误差积累和顾及施工期各种测量工作对控制的需求出发，施工控制网平面坐标系统采用挂靠于1980西安坐标系的独立坐标系，观测边长不进行高斯正形投影改正,但需投影到测区所选定的高程面上（与设计所用地形图的坐标系统保持一致）。b.就本工程而言，首先，对测区整体GPS观测数据进行基线解算，接着进行观测成果的检核.在各项质量检核符合要求后，以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息,以II石槽的三维坐标作为起算依据，进行GPS网的无约束平差。接着在1980西安坐标系（3分带)下以国家三角点II石槽、II三兆冢及III五凤山作为已知起算点进行约束平差，约束平差后控制网的最弱边边长相对中误差为1/144793，小于1/100000，符合规范要求.c.其次，对总干渠新建段（隧洞）施工控制网，采用如下的坐标系选取和数据处理方案。以1980西安坐标系平差后的隧洞中部D3点坐标(D3D5方位边）及TC2003观测的各个洞口地面点间边长（边长均投影到隧洞进、出口的平均高程786。5米）作为GPS控制网起始数据进行数据处理,作为隧洞施工贯通平面控制基准。控制网点的最弱点位中误差为1。16cm。平差后控制网的最弱边边长相对中误差为1/308505，小于1/150000，符合规范要求。数据处理后的坐标方位角计算支洞口D1D2D3、出口处D4D5D6的各个角度，并与TC2003按三等精度观测的角度进行比较，角度比较见下表1： 观测方案角度比较表 表1角度名称观测值(）反算角度（ )较差（ ) 限差( )D3D1D249 00 13。8 49 00 12.11.73.6D1D2D396 34 35.796 34 37.3-1.63。6D2D3D134 25 11.834 25 10。61。23.6D5D6D467 43 59。467 43 57。81。63.6D4D5D675 38 48。875 38 48.70。13.6D6D4D536 37 14.336 37 13。50.83.6d.总干渠已成改造段、北干渠及南支线控制网.以该段线路中部1980西安坐标系平差后的一个点坐标、一个方位边作为总干已成改造段及压力管线施工GPS控制网起始数据.同时固定两端2个方位角及II石槽II康禾村、II石槽II三兆冢、II康禾村II三兆冢等国家三角点间的边长(1980西安坐标系坐标反算边长投影到700米高程面上），计算时又将TC2003全站仪观测的部分三等精度边长作为地面观测数据，以提高网的精度;利用PowerADJ4.0软件进行联合平差.控制网点的最弱点位中误差为2。50cm。平差后控制网的最弱边（B5B4）边长相对中误差为1/86723。利用GTS3002LN全站仪按四等精度观测的部分角度与GPS数据平差处理后的坐标方位角计算的相应角度进行比较，角度比较见下表2： 观测与坐标反算角度对照比较表 表2 角度名称观测值 （ ）GPS平差值 ()较 差() 限差(）B28B29B30180 37 09.1180 37 04.5+4.65。0 B3B2B1 181 33 37.0181 33 36。1+0.95.0 N6N7N8194 46 27。0194 46 31.2-4.25。0N11N12N13200 16 09.7200 16 05。2+4.55。0D4D5D6 75 38 48.8 75 38 44。8 +4.0 5。0 D4D6D5 67 43 59。4 67 44 01.7 +2.3 5。0 D5D4D6 36 37 14.3 36 37 13。5 +0.8 5.0e.对照上表1、表2可以看出,此方案既保证了观测精度， 又使最终成果的可靠性得到了保证。5.3水准点间测量差错分析处理总干已成段与南北干沿线平高点构成四等高程网，网型布设如图2。 该工程区域有国家等级水准点II兰杜3、II兰杜4、II曙申10、II曙申11,经实地查勘寻找，以上国家等级水准点均保留完好、稳定。本次测量前对已知点之间测段高差分别进行了校测，检测结果见下表3。 已知水准点高差校测表 表3测段名称实测高差(m）)已知高差(m）差值（mm)限差（mm）II兰杜3II兰杜47.70207。69507。040II曙申10II曙申112.56552。56500.537 结果符合规范要求，说明以上水准点稳定可靠。以II兰杜3、II兰杜4、II曙申10、II曙申11、IIIHD4、IIIHD5为起算点，与各测段高差组成四等高程网。以附合（或闭合)路线分别计算高程闭合差如下表4。序号路线名称路线长度（km）高程闭合差（mm）备注实测允许1II兰杜3N4E11B3 II兰杜3 13050。872环形路线2II兰杜3N4N11B13 II兰杜332.1536.8113环形路线3N11II曙申11II曙申10B13N1153。63+20.7146环形路线4II兰杜3 B3B13 II曙申1041。34+61.9128附合路线5II兰杜4N4N11I曙申1129。35+39.3108附合路线 高程网内构成附合（或闭合）路线高程闭合差统计表 表4 从上表可以看出，高程网各构成闭合环高程闭合差均在允许限差内，但网中四个已知高程点组成的两条附合路线均超限.那么，说明N4N1II曙申11段和II兰杜3B3B13II曙申11段分别有粗差。随机进行外业返测。粗差测段返测高差如下表5。重测测段测段长度（km）原测高差（m)重测高差(m）较差值（m）允许不符值（m）N10N112。3-0.0980。2005+0.10250.03B12B131。29.58159。609+0.02750.022II兰杜3B32.2+52.6903+52.65180.03850.030 表5采用表5的三个重测测段高差重新计算高程网内构成附合（或闭合)路线高程闭合差如下表6。 高程网内构成附合(或闭合)路线高程闭合差重测验算统计表 表6序号路线名称路线长度（km)高程闭合差（mm）备注实测允许1II兰杜3N4E11B3II兰杜3 130530.472环形路线2II兰杜3N4N11B13II兰杜332。15+0.4113环形路线3N11II曙申11II曙申10B13N1153。63+20。7146环形路线4II兰杜3 B3B13 II曙申1041。34+128128附合路线5II兰杜4N4N11I曙申1129。35+141。8108附合路线6II兰杜3B3E11DH514.18-15。175附合路线 从表6可以看出,部分测段经重新返测后，高程网整体检核均达到规范要求。 6结论及思考（1）该输水工程施工控制测量方案正确地指导了控制网的建立，通过实施成果精度和可靠性分析，各项技术指标均达到了设计要求。为工程施工放样提供了可靠的基准保证。（2） 采用GPS建立施工控制网,常常需要在选择的工程投影面和独立坐标系下作固定一点一方位的约束平差，利用地面观测数据和GPS观测数据联合平差，并通过实测水平角度与坐标解算角度比较分析,验证了加测地面边长和GPS联合平差方法可以提高GPS网的数学精度.（3)在该项目高程控制网测量中,环形高程网除应以闭合线路验算高程闭合差外，同时应联测线路附近国家等级水准点，组成附合线路形式进行验算，以便检验发现测段粗差,保证其可靠性和精度。参考文献: 1 刘祖强,等，工程变形监测分析预报的理论与实践【M】。中国水利水电出版社, 2008.2 SL5293,水利水电工程施工测量规范【S】 3 GB500262007，工程测量规范【S】 作者简介： 李军安,男,高级工程师,汉族，陕西省洛南县人,高级工程师，主要从事水利水电工程测绘方面的生产技术应用和研究。 陕西省水利电力勘测设计研究院测绘分院. 西安市大湘子庙街8号,邮编710002,邮箱LJA8， 联系电话号码[phone]手机[phone]。