狭长区域水电站施工测量控制网的技术设计与测量

崔新红

(黄河勘测规划设计有限公司测绘信息工程院，河南 郑州 450045)

1 概述

我国的水电开发比重较低，”十二五”规划纲要提出在做好生态保护和移民安置的前提下积极发展水电。目前，我国的水电资源主要集中在西南地区。以四川为首，四川境内共有大小河流1000多条，水能蕴藏量占整个西部的三分之一。但这些区域河谷狭窄，而落差很大，而中小型的水电站，普遍以隧洞引水式电站进行开发。由于工程施工范围为狭长区域，施工测量控制网需要兼顾整个施工区，而狭长的测量控制网在施测时存在如边长投影长度变形过大、网点布设困难、误差传递路线较长、最弱点精度较差、点位精度难以控制等问题。现以龙坝水电站为例，探讨狭长区域施工测量控制网的技术设计、优化及测量。

2 工程概况

龙坝水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州境内龙坝河上，系龙坝河规划梯级方案中的第三级。龙坝水电站采用隧洞引水式开发，经左岸5.9km长引水隧洞至龙坝乡上游180m处建地面厂房发电。龙坝水电站总装机容量为18.0MW，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252～2000)，龙坝电站为小(1)型工程，工程等别Ⅳ等，主要建筑物按5级建筑物设计，次要建筑物及临时建筑物按5级建筑物设计。龙坝水电站建筑物主要由取水枢纽、引水隧洞、压力前池、压力管道、主副厂房、升压站等组成。

3 技术设计及优化

3.1 技术设计原则

(1)紧密结合龙坝水电站狭长的特点，兼顾主要水工建筑物的位置、地质条件、地形条件，参考工程施工总平面布置图和有关测绘资料，结合甲方的有关要求，布设坝址、支洞口及厂房施工控制网。特别注意的是，施工区高差达600米，为了满足施工测量长度变形的要求，需选取两个不同的边长投影高程面。对于取水枢纽和隧洞区域，整个平面控制网（LB01-LB16各点）的边长应投影至2580米高程面上。对于压力前池至厂房区域的部分控制点（LB13-LB16各点），应将其边长投影至2280米高程面上。

(2)采用优化设计的理论和方法，顾及控制网的精度、可靠性，兼顾费用原则，通过方案对比，选用科学、先进、经济合理的设计方案。

(3)采用先进的仪器、设备、软件，完成控制网的观测、计算、平差工作，力求施工控制网测量成果质量达到优良级。

(4)设计方案简明，易于实施，具有明显的可操作性。

3.2 基本精度指标

三等GPS测距先验中误差5mm±1ppm·D。二等水平角测角中误差±1.0″，单位权中误差先验值 (方向观测中误差)±0.7″，测距先验中误差1mm±1ppm·D，平均边长相对中误差1/150000，最弱点的点位中误差小于±10.0mm。

三等水准先验单位权中误差±3.0mm/km，往返测较差和线路闭合差≤±12。按DL/T5173-2003中贯通误差竖向分配原则，当相向开挖长度＜5km时，洞外竖向中误差为15mm。若控制网点的高程中误差对洞外竖向中误差没有显著影响，则其最弱点高程中误差应小于0.4倍的洞外竖向中误差，即6mm。

3.3 方案优化

在满足上述基本精度指标，依据龙坝水电站施工总平面布置图及有关测绘和地质资料，结合甲方的有关要求，在施工区范围内选设LB01-LB16、G01-G03共19点 (LB01-LB16为平高点，G01-G03为高程点，BM点为水准间歇点)，组成的施工控制网，然后对此网进行了优化。控制网略图如下：

3.3.1 优化结果

经实地选点及多种方案比较后，选定平面控制点16个，高程控制点15个（平高控制点12个、高程控制点3个）。平面和高程控制网优化设计最终结果:观测方向优化为10个，观测边长为31条时，网的最弱点点位中误差为±2.7 mm，最小可靠性因子为0.39，网的平均可靠性因子为0.70；当观测方向优化为53个，观测边长为28条时，网的最弱点点位中误差为±3.0 mm，最小可靠性因子为0.37，网的平均可靠性因子为0.68；当观测方向减少至46个，观测边长减少至27条时(见图1)，网的最弱点点位中误差为±2.91 mm，最小可靠性因子为0.35，网的平均可靠性因子为0.63。此网为优选网型。

三等光电测距边长观测23条，三等水准观测约30 km，三等GPS观测30站。四等光电测距三角高程12公里。

3.3.2 精度估算

(1)平面控制网估算

2280米高程面平面控制网以LB13为起算点，以LB13-LB14的方位角为起算方位角，共观测三等光电测距边长6条。经估算其最弱点点位中误差为±4.01mm，最弱边长相对中误差为1/347600，均满足设计精度指标，且有一定的富余量。2580米高程面平面控制网以LB13为起算点，以LB13—LB05的方位角为起算方位角，共观测二等水平角5站，三等光电测距边长23条，三等GPS观测30站。经估算其最弱点点位中误差为±7.46mm，最弱边长相对中误差为1/177400，均满足设计精度指标，且有一定的富余量。优化设计结果见表1

(2)高程控制网估算

高程控制网分为三等水准测量和四等光电测距三角高程两部分，其精度估算结果见表2。由表2可知，控制网中最弱点高程中误差为± 4.3mm，满足设计精度要求。

4 控制网点的造埋

造埋工作是施工控制网测量的基础工作，点位和标石质量的好坏不仅影响其本身的稳定与安全，还影响到整个控制网的观测精度与可靠性，同时还关系到控制点是否能够长期保存和使用。

平面控制网点采用PVC塑管（350mm*350mm）混凝土观测墩，开挖深度应穿越风化岩层，到达新鲜基岩面以下至少0.2米。

水准混凝土标石点位应选取在稳固耐久区域，且保持标石垂直方向的稳定；标石的底部埋设在冻土层以下，并浇灌混凝土基础。

5 控制网观测

5.1 控制网观测方案

平面坐标系统采用独立坐标系，中央子午线102°，采用的曲率半径为6368850m；高程系统采用1985国家高程基准。

表1 2280米、2580米高程面平面控制网点精度估算表（部分点）

由于整个施工区域狭长且落差大，从坝址区至厂房区，落差达600米，为了满足施工测量长度变形的要求，需选取两个不同的边长投影高程面。

5.1.1 平面控制网观测

平面控制网观测采用ToPcon Hiper双频GPS接收机进行观测，仪器标称精度为±（5mm+ 1ppm·D）。GPS以静态模式分时段、以边连接方式进行观测。边长的校核采用Lecia TCA2003型全站仪（（±0.5mm＋D×10－6）和±0.5″精度指标）。

表2 高程控制网点精度估算表

5.1.2 高程控制网观测

由于河谷狭长，植被茂密，控制点采用两岸布设，引水隧洞同岸的控制点，作为方向基准，隧洞的对岸控制网点，作为架设仪器。因此，LB04、LB06、LB09、LB11、LB13各点采用四等光电测距三角高程测量方法，其余均采用三等几何水准的测量方法。水准仪使用Lecia DNA03型水准仪(每公里往返测高程中误差0.3mm)。

5.2 控制网测量精度

平面控制网中最弱边LB06-LB04的边长中误 差 为 1/ 238637；最弱点LB06的点位中误差为2.8mm。三等水准网中，平差后最弱点高程中误差2.9mm。

结语

1在狭长区域布设高精度施工控制网，采用GPS测量方法，是保证控制网精度的一种经济、快速和非常有效的作业方法。

2在狭长区域布设施工控制网，宜结合该区域地形、施工布置图对控制网进行优化，按照需求来布置控制网点及等级。

3川西部山区，中小型水电站众多，而河流落差较大，依据施工测量长度变形的要求，选取边长投影高程面。

4随着科技的发展，PVC塑管可替代传统的方标或钢管标，它材质轻盈，结构坚固，使用方便，易于保存，外形美观。

[1]SL 52-93，水利水电施工测量规范[S].

[2]何惠生，张正禄等.珊溪水电站施工控制网的模拟计算和优化设计[J].大坝与安全，2002（5）.

[3]耿汉文，水利工程施工控制网的优化设计[A].江苏论坛-电子政务与地理信息技术论文专辑[C].2005.