浅谈狮子坪水电站大坝工程施工控制测量

代川平

(二滩国际工程咨询有限公司,成都,610072)

1 概述

狮子坪水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县境内岷江右岸一级支流杂谷脑河上,为杂谷脑河梯级水电开发的龙头水库电站。电站装机3台,单机容量65MW,总装机容量195MW。主要建筑物有拦河大坝、泄洪洞、导流(放空)洞、引水隧洞、调压井、压力管道和地下厂房等。

拦河坝为碎石土心墙堆石坝,坝顶高程2544m,坝顶宽12m,坝顶长310.14m,最大高度136m。坝基采用一道厚1.2m的混凝土防渗墙全封闭防渗,左右两岸边坡各设3条灌浆平洞进行帷幕灌浆防渗处理。平洞底高程分别为2544m、2475m和2410.5m。

本标段主要施工项目为坝肩土石方开挖、洞内石方开挖、混凝土浇筑、围堰填筑和坝体填筑等。根据这些项目的施工特性及其精度指标要求,测量控制工作侧重点亦有所不同。

2 控制网复核与加密

设计单位在坝址区设有六个三等控制点,左右两岸各三个,均为墩标。该控制网成果见图1。

图1 设计控制网成果示意

根据相关规范、标准和合同文件规定的要求,开工前须对设计方提供的控制网成果进行复核。同时,由于控制点所处位置较高,施工过程中测量放样难度较大,不便于操作,因此首要工作就是对控制网进行加密。

2.1 方案设计

狮子坪水电站首部工程属于Ⅱ等、大(2)型水利水电工程,拦河大坝级别为2级。故首级控制网为三等,加密控制网按四等布设。

四等边角组合网测量使用瑞士产LeicaTCR702全站仪。该仪器测角标称精度为2″,测距标称精度为2mm+2ppm。

外业观测采用测回法,水平角6测回、天顶距3测回,边长往返各2测回。技术要求如下:两次照准读数差6″;半测回归零差8″;一测回中2C较差13″;同方向值各测回互差9″。

2.2 现场踏勘、埋设标志

根据设计提供的首级控制网成果、坝址区地形图和枢纽总平面布置图,在坝轴线上下游选择地基稳定、通视良好、交通方便且能长期保存的位置,埋设具有强制归心装置的混凝土观测墩。其平面位置见图2。

图2 加密控制网平面示意

2.3 外业观测与内业整理

水平角观测采用方向观测法,加密网控制点的高程采用三角高程光电测量,组成三角高程网,天顶距采用中丝法对向观测。

外业观测的边长(斜距)经气象、加常数、乘常数改正后,再用各自整体平差后的三角高程将其转化为水平距离。预处理完毕,即可通过商业平差软件进行内业计算,从而得出加密控制点成果。

3 施工放样

根据各控制点的三维坐标,运用全站仪可以方便快捷地测设放样点的平面位置。基本方法有:直角坐标法、极坐标法、角度交会法、距离交会法等。下面以边坡开挖为例,阐述直角坐标法在施工放样中的应用。

3.1 大地坐标系与施工坐标系的转换

狮子坪水电站采用独立的大地坐标系,坝轴线刚好为SN方向。为方便大坝施工和测量作业,建立了施工坐标系。具体方法如下:以左岸起点为原点,垂直于坝轴线为X方向(上游为正),坝轴线方向为Y方向(右岸为正),组成左手坐标系;高程仍采用原高程系统。

在这套施工坐标系中,某一个点的X、Y值直观地反映了该点的桩号及与坝轴线之间的距离,使对大坝的测量放样和编写放样程序都非常方便。同时,该坐标系统的应用,也给以后的验收工作带来极大的方便。

3.2 边坡开挖轮廓线放样

在狮子坪水电站大坝边坡开挖施工放样中,由于使用了免棱镜反射全站仪进行作业,故均采用三维坐标法放样。

首先,根据大坝的设计结构断面,在CASIOfx-4500系列可编程计算器里编制好具体放样程序。在施工现场适当位置(保证与加密控制网有较好通视,同时能够观测到大部分需放样的施工区域——开挖边坡)架设好仪器,利用边角后方交会等方法测算出测站点坐标。

然后,利用免棱镜激光反射全站仪直接测得开挖边坡上一点的三维坐标,将该三维坐标输入到计算器中,由程序计算出该点的设计桩号X、坝轴距Y和相对于开挖轮廓线的差值。根据设计轮廓线移动测点点位进行计算,直至符合设计要求,并用醒目的标记标识在边坡上。

以此类推,测设出一个一个设计点位,放样出边坡开挖轮廓线。

3.3 断面验收

随着边坡开挖不断进行,为及时反映出边坡的超、欠挖值等开挖质量情况,为后续验收提供资料,需对边坡的开挖断面图进行测绘。

首先,测量出边坡开挖轮廓线,依据边坡面积的大小进行点位测设。对于地形均匀变化不大的部位可以少测,对于地形变化较大的应加密测量,以能够真实反映地形地貌为标准。

开挖轮廓线测完后,根据桩号范围确定出要测绘的横断面起始桩号,一般为整数桩号(5m的倍数)。然后,按一定顺序逐个测量边坡开挖横断面的点位,每测一个点看它的桩号是否符合要求,若在整数桩号上,就将其三维坐标存入全站仪内存;若不在待测横断面的桩号上,则沿X方向前后移动直至符合要求。一条断面测量完毕后,再进行下一条横断面的测量。

4 结语

随着工程测量学的发展和先进测量仪器的广泛应用,越来越多的新工艺、方法运用到工程实践中。狮子坪水电站工程浩大,施工工序繁而复杂,测量精度要求高。因此,在大坝工程施工测量中,依托免棱镜反射全站仪,将新的测量工艺和方法加以灵活运用,取得了较好的效果。具体方法如下:

4.1 导线测量和边角后方交会的运用

在边坡开挖时,普遍采用了导线测量、边角后方交会等方法。导线测量主要是通过在加密控制点上架设全站仪,后视高一级的控制点来完成测量任务,但必须是在已知的固定控制点上,灵活度不高。边角后方交会则可以任意架站,只需要保证有三个控制点与测站点通视即可,这种方法既能够保证测量精度要求,又大大提高了工作效率。

4.2 施工坐标系的建立和运用

狮子坪水电站大坝工程施工测量中,所有项目都采用了施工坐标系统,这对于现场测量放样、断面验收等都非常方便,而且很直观。尤其是在检查边坡超欠挖等质量验收方面,能够一目了然地将结果呈现在技术人员面前。

4.3 全站仪、可编程计算器的应用

免棱镜反射全站仪的使用,让测量人员得以从繁重的外业观测中解放出来。对于高边坡测量作业,只需架设一站或者几站仪器,就可以完成测量工作,且基本上不需要跑尺员。

在施工放样中,全站仪+可编程计算器已经成为常规的作业模式。使用这种全数字化的作业模式,不仅使测量的内业工作大为减轻,而且大大降低了由于手工操作而产生错误的概率,使测量的质量、效率都上了一个新台阶。