核電廠各階段測(cè)量控制網(wǎng)的建立

摘要：在核電廠的建設(shè)過程中，從開始的規(guī)劃可研階段的測(cè)繪地形圖，到建設(shè)初期階段的土石方開挖計(jì)算，再到核島、常規(guī)島等主要構(gòu)筑物建設(shè)的放線等，都需要建立控制網(wǎng)。這3種情形測(cè)量控制網(wǎng)的精度要求、樣式規(guī)格要求是不同的，其測(cè)量方法也不相同。現(xiàn)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際作業(yè)流程，詳細(xì)說明了在核電廠施工建設(shè)的各個(gè)階段，不同類型的測(cè)量控制網(wǎng)建立過程中的常見問題及解決方法。

關(guān)鍵詞：控制網(wǎng);控制點(diǎn);控制測(cè)量

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)各種建設(shè)事業(yè)日新月異，在發(fā)展國(guó)防建設(shè)事業(yè)和空間地理信息技術(shù)中，在豐富和發(fā)展現(xiàn)代地球科學(xué)的有關(guān)研究中，以及在測(cè)繪工程行業(yè)的發(fā)展中，控制測(cè)量的地位和作用顯得越來越重要。

筆者通過總結(jié)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡述了在核電廠施工建設(shè)的各個(gè)階段，測(cè)量控制網(wǎng)的建立、測(cè)量過程。

1 測(cè)量控制網(wǎng)

1.1 ? ?測(cè)量控制網(wǎng)建立的目的

測(cè)量控制網(wǎng)是由合理分布的控制點(diǎn)以及采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法組成的網(wǎng)型。建立測(cè)量控制網(wǎng)的目的是為測(cè)圖或工程建設(shè)的測(cè)區(qū)建立統(tǒng)一的平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，作為進(jìn)行各種細(xì)部測(cè)量的基準(zhǔn)。

1.2 ? ?測(cè)量控制網(wǎng)分類

（1）按精度分：三等、四等、一級(jí)。

（2）按內(nèi)容分：平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)。

（3）按方法分：常規(guī)網(wǎng)（三角網(wǎng)、水準(zhǔn)網(wǎng)）、GPS網(wǎng)。

2 核電廠建設(shè)各階段控制網(wǎng)的建立

本文以核電廠建設(shè)施工過程中所建立的測(cè)圖控制網(wǎng)、首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)、次級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)為例進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1 ? ?可研階段測(cè)量控制網(wǎng)的建立

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

2.1.1 ? ?測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇

2.1.1.1 ? ?平面坐標(biāo)系統(tǒng)

現(xiàn)階段的工程項(xiàng)目都是采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。

中央子午線的選擇：在滿足規(guī)范要求的精度前提下，測(cè)量控制網(wǎng)都是采用國(guó)家正規(guī)的3°帶中央子午線。當(dāng)不能滿足規(guī)范內(nèi)對(duì)高斯投影長(zhǎng)度變形的要求（通常不大于2.5 cm/km）時(shí)，就可以自定義中央子午線和投影基準(zhǔn)面，建立任意帶的獨(dú)立高斯平面直角坐標(biāo)系。目前核電廠項(xiàng)目建設(shè)多在沿海地區(qū)，設(shè)計(jì)的場(chǎng)坪多為10～20 m，所以投影面對(duì)邊長(zhǎng)投影變形的影響可以忽略不計(jì)。

其邊長(zhǎng)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(diǎn)橫坐標(biāo)的平均值;Hm為測(cè)區(qū)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(yuǎn)，緯度越低的地方控制點(diǎn)間的邊長(zhǎng)投影變形越大。比如山東某核電廠地理坐標(biāo)為：東經(jīng)121°23′15″，北緯36°42′35″。當(dāng)中央子午線設(shè)置為120°時(shí)，經(jīng)計(jì)算其邊長(zhǎng)投影變形值為18.9 cm/km，所以建立控制網(wǎng)時(shí)，把中央子午線設(shè)置為121°30′，經(jīng)計(jì)算其邊長(zhǎng)投影變形值為0.1 cm/km，滿足了核電廠工程測(cè)量規(guī)范的要求。

2.1.1.2 ? ?高程基準(zhǔn)

目前都是采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2.1.2 ? ?控制網(wǎng)點(diǎn)選埋

以福建某核電廠可研階段陸域地形測(cè)量控制網(wǎng)建立為例加以說明。本項(xiàng)目陸域地形測(cè)圖是1：1 000、1：10 000同時(shí)進(jìn)行，在整個(gè)1：10 000測(cè)圖范圍內(nèi)建立了三等平面控制網(wǎng)，在1：1 000測(cè)圖范圍內(nèi)加密了四等平面控制網(wǎng)。平面控制網(wǎng)布置示意圖如圖1、圖2所示。

從布設(shè)平面控制網(wǎng)圖形上看，控制點(diǎn)在測(cè)區(qū)范圍布設(shè)比較均勻，并且聯(lián)測(cè)的已知點(diǎn)分布比較合理。

2.1.3 ? ?控制網(wǎng)平面測(cè)量

三、四等GPS控制網(wǎng)平面施測(cè)采用華測(cè)T5型GPS接收機(jī)以靜態(tài)定位方法進(jìn)行觀測(cè)。三、四等GPS控制測(cè)量作業(yè)執(zhí)行了《核電廠工程測(cè)量技術(shù)規(guī)范》（GB 50633—2010）的基本技術(shù)要求，如表1所示。

三、四等GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后，即把數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)后處理，采用南方測(cè)繪GNSS數(shù)據(jù)處理軟件，分別根據(jù)三、四等GPS控制網(wǎng)主要技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(wǎng)最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差滿足規(guī)范要求。

測(cè)圖控制網(wǎng)是測(cè)圖的基礎(chǔ)，高精度控制網(wǎng)的建立保證了地形圖的準(zhǔn)確性，成果獲得了業(yè)主及后期施工單位的肯定。

2.2 ? ?前期階段測(cè)量控制網(wǎng)的建立

核電廠建設(shè)的前期階段需建立首級(jí)控制網(wǎng)，其目的是為核電廠的前期建設(shè)、土石方工程、附屬工程的定位和次級(jí)控制網(wǎng)的建立提供依據(jù)。其測(cè)量方法多為GPS測(cè)量，其精度為最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不超過2 cm。

2.2.1 ? ?首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)選埋

核電廠首級(jí)網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)是由甲方確定后，用儀器準(zhǔn)確地放樣到實(shí)地上。首級(jí)網(wǎng)要求點(diǎn)位穩(wěn)定，精度要高，所以控制點(diǎn)施工時(shí)要保證其基礎(chǔ)坐落在基巖上，點(diǎn)位最好做成強(qiáng)制觀測(cè)墩的樣式，避免儀器產(chǎn)生對(duì)中誤差。

2.2.1.1 ? ?首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)基礎(chǔ)施工

項(xiàng)目的廠址不同，地質(zhì)條件不同，其基礎(chǔ)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(jí)測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)強(qiáng)制觀測(cè)墩施工

（1）基礎(chǔ)直接開挖的觀測(cè)墩的觀測(cè)平臺(tái)和基礎(chǔ)直接一起澆灌，觀測(cè)平臺(tái)養(yǎng)護(hù)穩(wěn)固后再進(jìn)行上面觀測(cè)墩的施工。

（2）基礎(chǔ)是沖孔灌注樁的先澆筑觀測(cè)墩，直接坐落在樁上，再澆筑平臺(tái)。

強(qiáng)制對(duì)中板標(biāo)志如圖3所示，形狀尺寸及配筋圖如圖4所示。

2.2.2 ? ?首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)測(cè)量

以河北某核電廠首控網(wǎng)為例，強(qiáng)制觀測(cè)墩建立后養(yǎng)護(hù)了28天，確保控制點(diǎn)穩(wěn)定后，用華測(cè)GPS以靜態(tài)方式，用三等GPS網(wǎng)的精度指標(biāo)測(cè)量了平面坐標(biāo)，用天寶Dini03水準(zhǔn)儀以三等水準(zhǔn)精度測(cè)量了高程。

2.2.3 ? ?首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)維護(hù)

首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)建成后，關(guān)鍵是要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。通過復(fù)測(cè)，及時(shí)更新坐標(biāo)成果，保證控制網(wǎng)和建筑物的系統(tǒng)性、一致性。

河北某核電廠首控網(wǎng)建立后，時(shí)隔6個(gè)月進(jìn)行了復(fù)測(cè)：外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，對(duì)網(wǎng)內(nèi)控制點(diǎn)進(jìn)行分析與評(píng)估，選取網(wǎng)內(nèi)合理的點(diǎn)作為起算點(diǎn)，保證控制網(wǎng)系統(tǒng)的一致性。下面就平面控制和高程控制分別進(jìn)行說明。

GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后，先對(duì)三維無約束平差基線邊長(zhǎng)進(jìn)行分析，各基線相對(duì)首次測(cè)量邊長(zhǎng)中誤差均小于1/70 000，符合規(guī)范對(duì)于邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差的規(guī)定。綜合分析網(wǎng)形及兩次測(cè)量基線邊長(zhǎng)差值，根據(jù)“長(zhǎng)基線控制短基線”的原則選取基線長(zhǎng)度較長(zhǎng)的SJ02-SJ07作為起算邊，該邊的邊長(zhǎng)相對(duì)首次測(cè)量的中誤差為1/387 153，滿足規(guī)范對(duì)于約束點(diǎn)間邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差不超過1/150 000的規(guī)定。水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)結(jié)束后，對(duì)各段高差進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，復(fù)測(cè)的各段高差與首測(cè)的高差值均小于20（L單位為千米）。為了同平面控制測(cè)量起算點(diǎn)位保持一致，選取SJ02作為高程控制測(cè)量起算點(diǎn)，復(fù)測(cè)成果校差統(tǒng)計(jì)表如表3所示。

與首次測(cè)量成果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)無論是坐標(biāo)差值還是高程差值均小于啟用新成果的規(guī)定值。由于首次測(cè)量成果已經(jīng)在廠區(qū)建安施工中應(yīng)用，因此此次復(fù)測(cè)后成果仍然采用首次測(cè)量成果。

2.3 ? ?核電廠次級(jí)控制網(wǎng)的建立

核電廠次級(jí)控制網(wǎng)是在首級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)的，為滿足核電廠主廠區(qū)內(nèi)構(gòu)筑物的施工定位和放線、設(shè)備安裝、微網(wǎng)建立等，由覆蓋于核島、常規(guī)島等主要廠房周圍的多個(gè)強(qiáng)制觀測(cè)墩組成獨(dú)立網(wǎng)。其測(cè)量方法為邊角網(wǎng)測(cè)量，其精度為最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不超過2 mm。

2.3.1 ? ?次級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)選埋

次級(jí)控制網(wǎng)一般建立在核島基坑的周邊，便于核島、常規(guī)島的建設(shè)。要保證其基礎(chǔ)坐落在基巖上，建成強(qiáng)制觀測(cè)墩樣式，建設(shè)方法同首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)施工方法一樣。

2.3.2 ? ?次級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量

次級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量前，先做好優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅可以提高網(wǎng)型精度，還可以減少作業(yè)時(shí)間。

以山東某核電廠次級(jí)控制網(wǎng)為例：

（1）優(yōu)化前：初步觀測(cè)方案共需進(jìn)行方向觀測(cè)49個(gè)，邊長(zhǎng)觀測(cè)24個(gè);點(diǎn)位誤差最大值為1.6 mm，邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差最大為1/231 724，如圖5（a）所示。

（2）優(yōu)化后：共需觀測(cè)方向35個(gè)，觀測(cè)邊長(zhǎng)17個(gè);點(diǎn)位誤差最大值為1.1 mm，邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差最大值為1/242 209，如圖5（b）所示。

由此可見，優(yōu)化后精度沒有降低，還提高了工作效率。

次級(jí)控制網(wǎng)的水平角及邊長(zhǎng)觀測(cè)使用徠卡TC2003型（測(cè)角0.5″，測(cè)距1+10-6）全站儀。采用邊角網(wǎng)形式，觀測(cè)時(shí)除了符合規(guī)范的各項(xiàng)規(guī)定外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)還要按以下要求進(jìn)行：

（1）外業(yè)觀測(cè)均在清晨和傍晚成像清晰、氣流穩(wěn)定的有利時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。

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

（3）次級(jí)控制網(wǎng)是在首級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立的，所以起算邊從首級(jí)網(wǎng)中選取適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為起算點(diǎn)。因?yàn)榇渭?jí)控制網(wǎng)的相對(duì)精度要求高，所以不能直接利用兩個(gè)已知點(diǎn)的坐標(biāo)，應(yīng)該分析后固定一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，以這兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算該邊的方位角。以固定點(diǎn)的坐標(biāo)和計(jì)算出的方位角作為起算條件進(jìn)行平差。

以山東某核電廠3號(hào)機(jī)組次級(jí)控制網(wǎng)為例，次級(jí)平面控制網(wǎng)選用SJ26的坐標(biāo)及SJ26-SJ27的方位角作為平面起算數(shù)據(jù)，經(jīng)測(cè)量計(jì)算出CJ205坐標(biāo)，然后以SJ26和CJ205為次級(jí)控制網(wǎng)內(nèi)坐標(biāo)起算點(diǎn)，采用南方測(cè)繪平差易。

采用2005平差軟件進(jìn)行次級(jí)控制網(wǎng)內(nèi)嚴(yán)密平差計(jì)算，平差后求得各點(diǎn)的坐標(biāo)，如圖6所示。

2.3.3 ? ?次級(jí)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

次級(jí)控制網(wǎng)同樣需要維護(hù)，保證其系統(tǒng)性、一致性。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著建設(shè)行業(yè)的發(fā)展，測(cè)量專業(yè)逐漸成為工程建設(shè)的主題，而控制測(cè)量作為測(cè)量行業(yè)的基礎(chǔ)，為工程建設(shè)的各個(gè)階段服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)工程規(guī)劃、保證工程質(zhì)量的重要手段。

核電廠3種建設(shè)施工階段控制網(wǎng)的特點(diǎn)如下：

（1）測(cè)圖階段：測(cè)圖控制網(wǎng)的建立能夠滿足測(cè)圖精度即可，控制的范圍是整個(gè)測(cè)區(qū)，范圍較大，對(duì)點(diǎn)點(diǎn)通視情況要求不高，控制點(diǎn)的樣式為普通樣式。測(cè)量方式為GPS測(cè)量，作業(yè)周期短，建設(shè)費(fèi)用最為經(jīng)濟(jì)。作業(yè)時(shí)注意選擇中央子午線，防止投影變形引起的誤差。

（2）建設(shè)前期階段：首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)的精度要高于測(cè)圖控制網(wǎng)，控制的范圍是整個(gè)廠區(qū)，范圍較小，至少要保證3個(gè)點(diǎn)間相互通視，便于檢測(cè)，控制點(diǎn)的樣式可以建設(shè)成普通控制點(diǎn)樣式，也可以建設(shè)成強(qiáng)制觀測(cè)墩樣式，其基礎(chǔ)要求坐落在基巖上。測(cè)量方式為GPS測(cè)量，作業(yè)周期短，建設(shè)費(fèi)用比測(cè)圖控制網(wǎng)要高。最好建立觀測(cè)墩，保證點(diǎn)位的穩(wěn)定性。建立后要注意對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。

（3）核電廠的建設(shè)階段：次級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)的精度要高于首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)，控制的范圍是核島周圍重點(diǎn)建筑區(qū)域，范圍最小，至少要保證3個(gè)點(diǎn)間相互通視，便于檢測(cè)，控制點(diǎn)的樣式建設(shè)成強(qiáng)制觀測(cè)墩樣式，其基礎(chǔ)要求坐落在基巖上。測(cè)量方式為邊角網(wǎng)，作業(yè)周期長(zhǎng)，建設(shè)費(fèi)用較高。次級(jí)控制網(wǎng)的建立，點(diǎn)位穩(wěn)定，采取圖形優(yōu)化、觀測(cè)時(shí)間的選擇、儀器誤差等措施保證控制網(wǎng)精度。

核電廠各階段建立的控制網(wǎng)精度要求不同，關(guān)注事項(xiàng)不同，尤其是影響點(diǎn)位精度的因素，如投影變形、觀測(cè)時(shí)間、觀測(cè)方法、使用設(shè)備、網(wǎng)型等也不同，只有針對(duì)不同控制網(wǎng)進(jìn)行不同的理論分析，在具體工程中得以應(yīng)用，才能提高作業(yè)效率，節(jié)約工程成本。

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收稿日期：2021-03-29

作者簡(jiǎn)介：焦正華（1983—），男，河北邯鄲人，高級(jí)工程師，研究方向：工程測(cè)量。