溪洛渡拱坝测量检测值精度研究

陈 艾，闵 忠

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

1 前 言

溪洛渡拱坝是一个上、下游曲率随高程变化的双曲拱坝，其拱圈线为抛物线，拱冠梁为拟合高次幂函数。它不同于一般的重力坝，具有坝高高(坝高285.5m)、表面呈曲面的特点。控制网的布置、投影面的选择、高程精度都将影响大坝平面结构精度。目前针对高拱坝施工测量放样及体形检测精度误差，现行规范对此没有明确的规定。因此，很有必要对其影响大小、采取措施，以及放样和检测精度值进行研究和分析。

总体而言，高拱坝测量精度主要受内外两方面误差的影响。内在误差的影响有投影面的影响、拱圈线模板安装、拱圈弦代弧的影响、拱冠梁中弦代弧的影响;外在误差影响有测量仪器的精度、测量控制点离放样点的距离及高差的影响、测量过程中仪器对中和照准误差及标定误差等的影响、三角高程精度对平面位置的影响等。

2 投影面对放样坐标的影响

当采用精密全站仪用极坐标法进行临时控制点加密或在放样和检测时，由于测量的距离直接在仪器内转换成测站高程面的平距，必然和实际要统一转化的投影面产生一定的差异。考虑到拱坝最大坝高达285.5m，其测站不同高程面和到测量点距离的不同必将对测量点精度产生一定的影响。因此，有必要从理论上计算由于投影面差异对放样(转点)坐标的影响值。具体计算差异值见表1。

表1 测站不同高程面到镜站不同距离对坐标的影响值

从表中可看出，由投影面带来的投影误差与测站到投影面的高差及测站点到放样点距离成正比。因此，缩短测站点到测量点的距离以及测站点到投影面的高差能有效减小投影误差。但由于测站到投影面高差在实际中很难控制，唯一能做到的就是对于离投影面超过100m以上高差，则尽可能将控制点设置在离测量点200m以内，最大不超过300m，以尽可能降低投影误差对体形结构的影响。

3 拱圈线中3m弦替弧的影响

在实际拱坝施工过程中，采用3m×3.2m的宽大模板，而拱坝外观体型结构为曲面，不可避免以曲线的弦替代弧，将在弦中点产生一定的外矢距差。研究拱坝不同高程面外矢距大小对现场测量放样和验收有着重要的意义。大坝最大外矢距落在大坝曲率半径最小的324.5m高程面。经过计算，324.5m高程面拱圈线最大外矢距近似为10mm，400m高程面拱圈线最大外矢距近似为8mm(见图1)。

图1 大坝拱圈线模板安装示意

由于该项误差属于大坝结构性系统误差，为了避免和尽可能地消除该项系统误差被带入测量误差中，在大坝上、下拱圈线放样时，统一规定放样点在大模板的接缝处，验收检测时位置也选在大模板接缝处，以免随意位置放样和检测带来的结构性误差。

4 拱冠梁中3m弦代弧的影响

在大坝拱冠梁中，由于其上下面为高次幂函数曲线，同样存在3m弦替代弧的情况。经过对拱冠梁不同高程面计算，以3m高模板弦替代弧的外矢距影响很小，最大的地方不超过3mm。因此，其结构性误差对测量的影响不予以考虑，实际测量放样和检测位置仍在每块大模板接缝处。

5 加密控制点精度影响值计算

对于经常性使用的加密控制点埋设采用强制对中盘的标墩进行，采用两点以上前方交会(边角全测)或大地四边形等进行布设，并直接和高级控制点进行联测，等级采用国家四等，仪器采用TC2003(测角精度:±0.5″，测边精度:±1mm+1×10－6mm)。经计算，其控制点最弱点点位精度可优于±3mm。

在实际放样工作中，随着大坝的逐步上升，先升块和后升块必然产生视线遮挡现象，如仅利用坝体周边的几个控制点放样，必将产生一定困难，因此仪器临时转移到仓面放样不可避免。此时，一般采取目前通用的转点办法即精密全站仪极坐标法。具体做法是，分别重新后视不同的已知控制点设置方向来对未知点进行多测回正倒镜测量坐标。

目前使用测量仪器精度为测角精度:±2″;测边精度:±2mm+2×10－6mm。实际转点测站采用标墩(地面标)。前站采用棱镜杆(棱镜基座)。由于采用方法不同，测量点点位精度也将不一样，具体精度计算见表2、3。

表2 极坐标放样精度计算(棱镜杆+激光对中)

表3 极坐标放样精度计算(基座+标墩)

从以上计算可知，如果按常规测站到测量点距离为500m，测量放样和检测点位精度可优于 ±10mm;当采用极坐标法进行临时控制点加密时，为确保临时加密控制点点位精度优于±6mm，在距离少于200m时，顾及到最大投影误差的影响，采用两测回取均值即可满足要求;在距离为200～300m时，顾及到最大投影误差的影响，采用四测回便可满足点位精度优于±6mm;在距离大于300m时，此时控制点加密成果应将测量距离进行投影改正计算。

6 高程误差值对平面位置的影响

因拱坝拱冠梁为一分段高次函数拟合曲线，在不同高程段其上、下游面体形切线坡度不同，其平面位置的计算和高程密切相关，故高程精度将直接影响平面点点位精度。实际放样和检测过程，一般采用全站仪三角高程替代水准高程，高程精度在±5～±20mm。拱冠梁切线坡度越缓，高程精度对平面精度的影响越大。具体影响计算值见表4。

表4 高程误差值对平面点位精度的影响 mm

从表4可知，如果按三角高程精度±10mm进行计算，由于高程精度影响平面精度最大为 ±4.1mm;如果按三角高程精度±20mm进行计算，由于高程精度影响平面精度最大为±8.2mm。

7 拱圈线放样精度的计算

对于以上各项测量精度影响值，其中由于投影面的影响、拱圈线和拱冠梁弦替弧的影响均属于内在误差影响，其误差为系统误差，在实际工作中只能采用缩短测站到测量点的距离、固定放样和检测点位置的办法予以消弱，并不能完全消除;而加密控制点精度、高程误差精度对平面精度影响值属于偶然误差，其不仅受仪器精度的影响，还与测站到测点的距离、高差、气象条件等有一定的影响，在实际工作中难以采取一定办法来消除。因此，针对溪洛渡拱坝放样精度，有必要进行系列计算。

从加密控制点精度影响值计算结果可知，如果按常规测站到测量点距离为500m，测量放样和检测点平面精度可达到±10mm，高程误差对平面精度最大影响值±8mm;按一般情况下投影面的影响值取±5mm，拱圈线和拱冠梁弦替弧的影响值取 ±5mm，最终测量点三维空间点位精度能够达到±15mm。为了做到这点，在实际放样过程中，务必确保标定点后测量点的法向偏差小于±10mm，而高程精度则按目前仪器设备精度及距离，对于土建结构物高程精度按小于±20mm控制;而对于金属结构高程精度根据其绝对精度要求不太高、相对精度要求高的特点，按相关规范要求进行。

8 拱圈线模板检测精度的计算

依据溪洛渡大坝招标文件技术要求及DT 5110－2000《水电水利工程模板施工规范》中相关要求，一般大体积混凝土模板和现浇结构模板安装的允许偏差见表5、6。

表5 一般大体积混凝土模板安装的允许偏差 mm

除大体积混凝土以外的一般现浇结构模板安装的允许偏差，应符合表6的规定。

表6 一般现浇结构模板安装的允许偏差 mm

由于进行拱圈线验收测量时，除了不可避免的测量误差，还有模板在安装过程中不可避免存在的安装误差影响。而目前现行规范均没提及大坝模板验收测量的具体要求。如果按模板安装允许误差或测量放样允许误差作为验收测量允许误差，均不妥当。因此，针对溪洛渡工程，很有必要确定拱圈线验收测量标准。

依据误差传播定理，模板验收时测量误差是由测量点误差和安装误差组成，依据上述计算成果及规范允许值，其中综合测量误差按±15mm、安装误差为±10mm，则模板验收允许误差为=±18(mm)，也就是不大于±20mm，以此作为拱圈线模板验收允许值。

9 混凝土浇筑后体形检测允许值

由于大坝仓面混凝土为大体积混凝土，在浇筑过程中，振捣设备为大型振捣车，因此在浇筑过程中模板不可避免存在小量位移。考虑到现行规范对拱坝混凝土浇筑后允许变形值没有确切规定，为评定仓面混凝土浇筑后的体形质量，有必要对其允许变形值进行规定。

如果规定在混凝土浇筑过程中，模板允许最大变形值为 ±15mm、模板验收时测量综合误差 ±20mm，则拱圈线及大坝内部结构物混凝土浇筑后允许变形值为±25mm。

10 结束语

通过以上系列误差分析及计算可知，最终确定拱坝平面放样精度为±10mm，模板检测验收允许误差值为±20mm，拱坝形体误差为±25mm，是比较科学的允许范围值。该计算成果与二滩水电站最终大量统计资料基本吻合。也就是说，如果模板最终检测值不考虑测量误差及模板的实际安装误差是不恰当的，这势必造成大量人工和花费大量时间进行模板安装的精调和过程的检测。