光電全站儀在雙曲拱壩施工測(cè)量中的應(yīng)用

李鎮(zhèn)云 鐘衛(wèi)杰

1. 湖南省江華縣水利局 湖南 江華 425500；

2. 湖南柏帆建設(shè)有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410000

1 工程概況

龍川水電站砼雙曲拱壩位于浙江省龍泉、景寧、慶元三縣市交境的鳳陽(yáng)山脈岱根溪上游，壩址處河谷為對(duì)稱(chēng)“V”型河谷，河床落差大，兩岸山體多為懸崖峭壁和原始森林，壩頂河谷寬度約200m，工地現(xiàn)場(chǎng)的外業(yè)測(cè)量通視條件很差；因地處深山老林，GPS信號(hào)非常弱。

龍川水電站砼雙曲拱壩工程由麗水市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，拱壩設(shè)計(jì)采用浙江大學(xué)水工結(jié)構(gòu)所“拱壩分析與優(yōu)化程序系統(tǒng)”（ADAO：ADCAS&ADOPT）進(jìn)行體型優(yōu)化，選取混合線型；該拱壩壩項(xiàng)高程▽903.6m，最大壩高56.6m，拱冠梁底厚7.73m，壩頂厚2.18m，壩項(xiàng)弧長(zhǎng)167.6m，厚高比1：0.137，弧高比2.961。

2 施工測(cè)量控制網(wǎng)

2.1 測(cè)量設(shè)備

投入的測(cè)量?jī)x器設(shè)備：GTS光電全站儀一臺(tái)、反射棱鏡系統(tǒng)兩套、氣壓計(jì)一套、溫度計(jì)一套、CASIO程序計(jì)算器及其它配套設(shè)備。

2.2 布網(wǎng)原則及作用

因工程現(xiàn)場(chǎng)的河谷非常狹窄，河谷兩岸都是懸崖峭壁，現(xiàn)場(chǎng)通視條件非常差。根據(jù)雙曲拱壩施工工藝要求及施工地形通視條件，施工測(cè)量按不同高程梯段布置四級(jí)控制布網(wǎng)，第一級(jí)為大壩土石方測(cè)量控制網(wǎng)、第二級(jí)為▽855級(jí)基坑施工控制網(wǎng)、第三級(jí)為▽882級(jí)壩體施工控制網(wǎng)、第四級(jí)為▽930級(jí)壩體施工控制網(wǎng)。

第一級(jí)控制網(wǎng)用于前期大壩拱槽開(kāi)挖施工測(cè)量，以業(yè)主單位移交的樞紐控制網(wǎng)中的S5、L31點(diǎn)為測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，從該兩點(diǎn)出發(fā)在拱槽左右兩岸和壩址下游300米山坡上分別發(fā)展C01、C02、C03，三點(diǎn)均與基點(diǎn)S5通視?？紤]本控制網(wǎng)需同時(shí)用于700米輸水隧洞施工測(cè)量，所以在建網(wǎng)之前先期完成“隧洞進(jìn)口”至“0#支洞”2400米復(fù)合導(dǎo)線控制測(cè)量。通過(guò)復(fù)合導(dǎo)線測(cè)量復(fù)測(cè)，樞紐網(wǎng)精度可靠；通過(guò)按四等光電測(cè)量完成第一級(jí)控制網(wǎng)的測(cè)量。

拱壩開(kāi)挖施工完成后，為滿足大壩砼施工控制測(cè)量要求，根據(jù)地形特點(diǎn)及測(cè)量規(guī)范，從控制網(wǎng)基點(diǎn)S5、C02出發(fā)，在▽855m、▽882m、▽930m三個(gè)不同的高程梯段，按四等精度分別建立控制網(wǎng)，各高程梯段控制網(wǎng)之間分別完成聯(lián)測(cè)平差，形成了一套完整的立體控制體系，確保保證龍川電站雙曲拱壩完全在同一級(jí)控制系統(tǒng)下完成施測(cè)。

2.3 施測(cè)方法及精度控制

第一級(jí)控制網(wǎng)形成四邊形閉合環(huán)線；采用光電測(cè)距、測(cè)角、測(cè)高差；高程結(jié)合平面坐標(biāo)綜合施測(cè)。各導(dǎo)線邊之間平距、高差、斜距、天頂距均四測(cè)回、正倒鏡儀器照準(zhǔn)棱鏡讀數(shù)6次往返測(cè)量；各導(dǎo)線邊夾角正反各兩測(cè)回，正倒鏡讀數(shù)各6次施測(cè)。施測(cè)順序?yàn)椋篠5→C01→C02→C03→S5。導(dǎo)線控制網(wǎng)坐標(biāo)成果平差計(jì)算按四邊形內(nèi)角閉合差值分別配賦至各測(cè)角后計(jì)算坐標(biāo)矢量值，坐標(biāo)增量差按反號(hào)配賦原則平差。內(nèi)角閉合差Wβ=-2.6’’，環(huán)線距離閉合差f=4mm，控制精度k=1/12.0萬(wàn)。

第二級(jí)控制網(wǎng)按一條四等光電復(fù)合導(dǎo)線施測(cè)。因用于控制基坑砼施工測(cè)量的JK1號(hào)點(diǎn)布置在基坑上游偏左岸，JK2號(hào)點(diǎn)布置在基坑下游偏右岸，JK2號(hào)無(wú)法與起始點(diǎn)S5通視，但與C02通視。故從S5→JK1→JK2→C02，完成復(fù)合導(dǎo)線控制測(cè)量。施測(cè)方法同第一級(jí)控制網(wǎng)。

第三級(jí)控制網(wǎng)施測(cè)從S5出發(fā)，經(jīng)▽882高程的BS1點(diǎn)至▽878高程的BS2點(diǎn)回至S5點(diǎn)，形成一閉合三角網(wǎng)。三角形各點(diǎn)位之間按四等級(jí)光電三角網(wǎng)精度控制施測(cè)；因本級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)之間距離均小于150米，故各點(diǎn)坐標(biāo)采用簡(jiǎn)易平差法計(jì)算，控制網(wǎng)精度達(dá)到k=1/15.4萬(wàn)。為滿足大壩右岸▽878-▽882m高程區(qū)間的壩塊放樣要求，從第三級(jí)控制網(wǎng)中BS1點(diǎn)出發(fā)采用支導(dǎo)線法按四等級(jí)精度加密BS3點(diǎn)。

第四級(jí)控制網(wǎng)施測(cè)時(shí)，大壩壩體已上升至▽878高程，S5點(diǎn)已無(wú)法與C02點(diǎn)通視，故第四級(jí)控制網(wǎng)施測(cè)從S5出發(fā)，后視C01點(diǎn)，按逆時(shí)針?lè)较颍?jīng)至▽930m高程的BS5點(diǎn)回至S5點(diǎn)，形成四等級(jí)光電閉合三角網(wǎng)，并在S5點(diǎn)以上的懸崖底部（▽906m高程）采用支導(dǎo)線法按四等光電測(cè)距精度加密BS6點(diǎn)，并從BS6至BS4完成復(fù)合檢測(cè)。

為檢測(cè)一、二、三、四級(jí)各控制網(wǎng)之間精度，我們將儀器架于第四級(jí)網(wǎng)中的BS4點(diǎn)分別對(duì)第一級(jí)網(wǎng)的C02和第三級(jí)網(wǎng)的BS1點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)點(diǎn)位中誤差分別達(dá)到0.7mm和0.4mm，由此證明，整個(gè)控制網(wǎng)體系精度可靠。

3 施工放樣測(cè)量

3.1 拱壩開(kāi)挖放樣測(cè)量

根據(jù)大壩設(shè)計(jì)參數(shù)，首先對(duì)設(shè)計(jì)院所提供的部分特征坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)算，用于開(kāi)挖放樣的徑向拱槽特征坐標(biāo)根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，利用CASIO程序計(jì)算器編制程序加密計(jì)算至每2.0米高程斷面；加密計(jì)算坐標(biāo)后，利用AutoCAD軟件在電腦內(nèi)成平面圖復(fù)核計(jì)算坐標(biāo)是否落在拱壩不同曲率半徑所對(duì)應(yīng)的弧段上，當(dāng)復(fù)核無(wú)誤并報(bào)監(jiān)理審驗(yàn)后方可用于施工放樣；加密特征點(diǎn)主要采用極坐標(biāo)放樣法測(cè)放至地面以用于控制開(kāi)挖深度；對(duì)于拱槽開(kāi)口線測(cè)點(diǎn)測(cè)放，在施測(cè)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)上下游中點(diǎn)坐標(biāo)及方位角，實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)，可反算出開(kāi)挖邊線實(shí)地平面位置。

基于已建立的第一級(jí)控制網(wǎng)，我們?cè)诳刂泣c(diǎn)布點(diǎn)施測(cè)時(shí)已充分考慮各點(diǎn)對(duì)主要建筑物的施測(cè)控制。開(kāi)挖放樣主要采用極坐標(biāo)法施測(cè)，高程主要用光電三角高程測(cè)量，放樣點(diǎn)在條件允許情況下附合至臨近基本控制點(diǎn)。

根據(jù)經(jīng)監(jiān)理審批的“大壩土石方開(kāi)挖施工組織設(shè)計(jì)方案”，本工程因地形情況特殊，拱槽開(kāi)挖采用了“先開(kāi)挖先鋒槽，再進(jìn)行保護(hù)層開(kāi)挖”的方法。即首先通過(guò)爆破試驗(yàn)獲得有關(guān)的第一手爆破參數(shù)，再?gòu)南轮辽舷冗M(jìn)行先鋒槽的開(kāi)挖，待先鋒槽開(kāi)挖完成后，從上至下進(jìn)行保護(hù)層開(kāi)挖。根據(jù)施工進(jìn)度要求，大壩拱槽放樣分左右岸兩部分及河床分期進(jìn)行，河床放樣在左右岸拱槽開(kāi)挖之后。左右岸拱槽放樣按自下而上實(shí)施放樣，拱槽放樣主要是測(cè)放拱槽中心點(diǎn)、斷面加密點(diǎn)及預(yù)留2.0m保護(hù)層后開(kāi)挖線，各放樣點(diǎn)作好詳細(xì)記錄，作為爆破鉆孔依據(jù)；各標(biāo)準(zhǔn)斷面中點(diǎn)鉛直向下計(jì)算開(kāi)挖深度，邊坡按設(shè)計(jì)拱槽開(kāi)挖坡比1:0.3沿徑向計(jì)算至開(kāi)口線；施測(cè)完成后向鉆爆施工隊(duì)詳細(xì)交樁并提供各邊坡點(diǎn)平距、高差、斜距、坡比及坐標(biāo)數(shù)據(jù)等，記錄計(jì)算表見(jiàn)下表。

爆破放樣記錄計(jì)算表

保護(hù)層開(kāi)挖放樣，按加密計(jì)算的拱槽特征坐標(biāo)，每2.0m設(shè)計(jì)徑向斷面測(cè)放拱槽中點(diǎn)及邊線點(diǎn)作為光面爆破開(kāi)挖施工依據(jù)，保證拱槽開(kāi)挖斷面形成徑向。

3.2 拱壩壩體放樣測(cè)量

雙曲拱壩施工測(cè)量程序流程如下：

設(shè)計(jì)坐標(biāo)復(fù)算→同高程CAD平面成圖→放樣坐標(biāo)捕捉成表→倉(cāng)面測(cè)量放樣→成型砼檢測(cè)→CAD成圖復(fù)核

“設(shè)計(jì)坐標(biāo)復(fù)算”方法與開(kāi)挖加密特征坐標(biāo)計(jì)算過(guò)程相同，采用CASIO程序計(jì)算器程序計(jì)算。

“同高程CAD平面成圖”主要是將復(fù)算無(wú)誤后的坐標(biāo)錄入電腦后反映出不同砼澆筑層型體尺寸，根據(jù)立模及砼澆筑要求酌情加密放樣坐標(biāo)點(diǎn)，并在平面圖內(nèi)測(cè)算出澆筑層砼工程量和模板工程量。

“放樣坐標(biāo)捕捉成表”是指將平面圖內(nèi)的擬定放樣點(diǎn)（含立模、鋼筋、細(xì)部結(jié)構(gòu)等）由“CAD”坐標(biāo)文字轉(zhuǎn)換成“Word”表格，轉(zhuǎn)換后可用于施測(cè)的“放樣坐標(biāo)計(jì)劃表”如下：

放樣坐標(biāo)計(jì)劃表

表中N、E為放樣坐標(biāo)。

倉(cāng)面測(cè)量放樣是放樣的實(shí)施階段，主要利用GTS光電全站儀，綜合運(yùn)用極坐標(biāo)法和直角坐標(biāo)法將放樣坐標(biāo)測(cè)放至實(shí)地。

成型砼檢測(cè)與測(cè)量放樣同時(shí)進(jìn)行，檢測(cè)記錄Z為實(shí)測(cè)高程，B為成型砼偏差，檢測(cè)記錄直接錄入放樣計(jì)劃表。

“CAD成圖復(fù)核”是指將復(fù)測(cè)后數(shù)據(jù)再次成圖，既作為成型砼的內(nèi)業(yè)檢查，又作為竣工資料的一部分。

4 結(jié)束語(yǔ)

在龍川電站雙曲拱壩建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)有效運(yùn)用光電全站儀和電腦軟件，在不同的高程梯段建立了立體的、高精度的“多級(jí)控制網(wǎng)體系”；并制訂和執(zhí)行了切實(shí)可行的“全站儀施工放樣測(cè)量方案”。龍川電站雙曲拱壩壩基開(kāi)挖和主體混凝土放樣精度達(dá)到了規(guī)范要求，開(kāi)挖后拱槽呈標(biāo)準(zhǔn)的徑向斷面，壩體成型后的外觀曲線偏差95%以上都在20mm以?xún)?nèi)。應(yīng)用于龍川電站雙曲拱壩的“光電全站儀多級(jí)控制網(wǎng)體系”和“施工放樣測(cè)量方案”，對(duì)通視條件不好、GPS信號(hào)差的峽谷地形內(nèi)的攔河壩工程，具一定的借鑒作用。