锦屏一级双曲拱坝形体控制施工测量

蒋茂利，陈 涛

（中国水电顾问集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙410014）

1 概 述

1.1 工程简介

锦屏一级水电站位于四川省盐源县与木里县交界的雅砻江干流，是雅砻江水能资源最富集的水电站。电站工程等级为Ⅰ等，工程规模巨大，地处深山峡谷地区，工程地质条件复杂，两岸为近千米的高陡边坡，基岩裸露，岩壁耸立，为典型的深切“V”型谷。大坝为目前世界上最高双曲拱坝，其坝顶高程1 885m，建基面高程1 580m，最大坝高305 m，拱冠梁顶厚16m，拱冠梁底厚63m，最大中心角93.12°，顶拱中心线弧长552.23m，厚高比0.207，弧高比1.811。设置25条横缝，将大坝分为26个坝段，横缝间距20～25m，平均坝段宽度为22.6m，施工不设纵缝。拱坝体型复杂，高差大，测量点、线、面几何关系复杂。两岸地形地质条件差，测量控制网点布设困难，形体质量控制难度大。

1.2 双曲拱坝特征

双曲拱坝是指在水平方向和竖直方向上都存在弯曲的拱坝，它是拱坝中最具有代表性的坝型。双曲拱坝的水平方向弯曲可以发挥拱的作用，竖直方向弯曲可实现变中心、变半径以调整拱坝上下部的曲率和半径。鉴于双曲拱坝几何特性，提高大坝形体质量，需采取特定的施工测量及检测方法。

2 控制网布设、测量及维护

根据控制网的布网原则，采用两级控制的方案，即大坝施工控制网及大坝加密控制网，测量控制网层次图见图1。平面基准采用锦屏建设单位发布的锦屏一级水电站二等边角网成果，高程基准采用锦屏西端平洞基点组水准点成果。

图1 测量控制网层次

由于大坝高达305m，为了保证施工测量的精度和大坝形体的质量，在大坝浇筑每上升50m左右布设一层大坝加密控制网，每层布置4～5点，分布在大坝左右岸，共布设5层控制点。各种平面控制网均设计为边角网，严格按照建设流程进行实施，其流程图见图2。

图2 控制测量流程

高程控制网采用三等水准联测2个平面控制点，其余网点采用光电测距方法联测三等三角高程，随平面控制网网形结构布设，为所有平面控制点提供三等水准精度的高程。

按规范选择满足精度要求的仪器进行观测、选择经过鉴定和校核的软件预处理、平差计算、精度分析等，确保合格后才能进行下一步处理解算。

为确保控制成果的可靠性，按规范要求并结合工程建设的实际情况，大坝首级控制网由建设单位组织复测并发布成果，其中二等网每年复测一次、三等网半年复测一次；加密控制网由监理单位组织复测并发布成果，同时抄报建设单位。由施工单位负责施工区内的控制点的维护，有异常向监理单位、建设单位及时报告，据情况商讨采取相应的处理措施。

3 施工测量过程控制

3.1 放样前的准备

为保证现场测量放样工作正常、有序、顺利地进行，各参建单位先从人员、仪器设备和技术上做好准备工作并由建设单位监督、考核；承包商编制施工测量方案，报监理单位审核后按监理批复意见实施；再从图纸读审、放样程序编制、放样参数计算、放样精度估算等方面做好室内准备工作，与设计单位、监理单位、建设单位的相关人员的成果进行比对、比算，确定无误后才能用于现场施工放样测量工作。

3.2 放样测站点的建立

放样测站点选在建设单位提供的测量控制网点或大坝加密控制网点上，如点位无法直接用于仓面放样时，测量控制网点采用自由设站或全站仪极坐标法按四等控制网测量技术要求测设站点，可在仓面外或仓面内。无论哪种方式建立的测站点，均需要用至少2个检查点控制站点的精度。

3.3 放样方法

施工放样的目的是将图上所设计的建筑物的位置、形状、大小与高低，在实地标定出来，以作为施工的依据。对于锦屏一级水电站双曲拱坝而言，可以采用轻巧方便的Casio fx4850／5800计算器编制施工测量放样和测量检测的计算程序。

3.3.1 放样点位选择

锦屏一级水电站大坝坝体横向、纵向都是曲线，现场使用平面模板代替曲面，放样点位选择模板的交汇处，每隔3m放样一个立模点。

3.3.2 放样测量方法

采用全站仪极坐标法进行混凝土上、下游面任意点的放样。全站仪极坐标法是利用数学中的极坐标原理，以两个控制点的连线作为极轴，以其中一个点作为极点建立极坐标系，将架设仪器控制点（即:极点）的坐标和极轴的方位角输入仪器中，在放样部位任意测点，计算测量点至放样点的横向和纵向的偏距，指挥司尺员移动，直到满足放样要求。

3.3.3 放样基本程序

1）根据现场情况和坝体上升时纵向的倾斜方向，预先确定放样点至预设某高程设计边线的距离，通常选择0m、0.2m、0.5m、1m。

2）对于基岩仓的上、下游面要对模板的上边线和下边线分别放样，见图3，其中图中黑线框为模板，实心点为放样点，空心点为模板上边线点；对于上升仓，先检测前一层砼浇筑形体，模板下边线以已有混凝土边线为准，只对模板上边线进行放样，见图4。

图3 基岩仓放样示意

图4 上升仓放样示意

3）放样过程中，在模板交汇处径向方向附近置镜，用编制好的程序计算置镜点至预设高程设计边线的径向距离，与预先选择的距离进行比较，当差值小于1cm时，指挥置镜员按差值的大小和方向确定点位并用带红色胶帽的钢钉做点。

4）当敲钢钉时，如发现点位可能不在正确位置时，要再置镜在钢钉顶部，重新测量钢钉的平面坐标并计算设计边线的径向距离，判断是否满足要求，否则拔出钢钉重新进行立模点的放样。

3.4 模板检测

坝面模板检测的方法与放样过程相似，直接测量每块模板上边线的端点，计算模板端点径向偏差。因上、下游面是曲面，在水平方向和垂直方向上均为曲线，而实际采用平面模板代替曲面。对于基岩仓模板检测时，需对模板的上、下边线分别进行检测，而上升仓只检测上边线，模板下边线以已浇混凝土边线为准。由于水平方向上用直线代替曲线，检测时对每块模板的接缝处都要检查，基本上每3m检测一个点。考虑到混凝土浇筑对模板产生影响，一般当模板相对设计位置大于10mm或小于20mm时，应指导作业人员调整模板，直至模板相对设计位置的偏差在［－20mm，＋10mm］内。

4 模板拟合精度分析及施工测量

4.1 模板拟合精度分析

由坝面抛物线方程可知:在同一高程面上，拱冠梁处曲率最大，等长直线的平面模板在拱冠梁处拟合的坝面形体偏差最大；拱端处曲率最小，等长直线的平面模板拟合的坝面形体偏差最小。

根据施工方案得知:大坝上、下游面使用3.3m×3m的悬臂模板，其中建基面以上4.5m左右采用组合钢模板。为了全面反映每个高程面上以平面代曲面的最大偏差，选取拱冠梁处横向3m，纵向每3m高差的上、下游曲面共386组数据来计算模板的拟合误差，拟合计算示意图见图5（该图为多卡模板立面投影图，为计算方便，设定投影后模板高和宽均为3m不变）。计算时，假设模板角点（1#、3#、7#、9#）均在设计位置，2#、4#、6#、8#点的坐标为对应两角点坐标的平均值；5#点的坐标为1#、9#两点或3#、7#两点坐标平均值。拟合精度统计情况见表1。

表1 模板拟合精度统计表

从表1中可看出，下游面拟合偏差较大，超过规范要求；上游面拟合差虽没有超过规范要求，但对大坝形体的影响也大。

4.2 施工测量措施

以平面代曲面的拟合误差较大，为了确保成型混凝土与设计面相对吻合并满足规范对大坝形体的要求，在施工模板校核时模板的调校位置采用折中方法控制，见图6，即模板端点相对设计位置向上游（下游模板）或下游（上游模板）方向偏离模板最大拟合差值的1／2，于是对于表1的最大偏差和拟合中误差均减半，即模板总体拟合中误差为±5.3mm。

图5 模板拟合示意

图6 下游模板折中定位法控制示意

由于多卡模板在混凝土浇筑过程中受力单一，整体性好，其引起的形体误差带有明显的系统性和变形值的先验性，一般情况下模板位移量为0～10 mm，在模板调校和检测时可对模板进行控制，另外再预留该部分变形引起的误差，能明显提高大坝混凝土的最终形体质量。

5 精度估算

大坝形体测量误差包括:模板定位测量误差、模板架立误差、模板以平代曲拟合误差。模板定位测量误差指模板检测时测量点相对于邻近基本控制点的误差。通常采用全站仪极坐标法进行模板检测，根据采用的全站仪标称精度，测量中误差用下式进行估算:

根据现场情况，仓位离临近基本控制点的距离一般不大于300m，取S＝300m，ρ＝206.625，ms＝±（2＋2×10－6D），mβ＝±2″，代入式（1），得

根据模板验收测量资料统计，按照测量放样点位架立模板的中误差Mj＝±2.2mm。模板以平代曲拟合中误差Md＝±5.3mm。

根据误差传递原理，由测量误差、模板以平代曲拟合误差和模板架立误差引起的大坝外观形体中误差为

将相应数据代入式（2），得

取2倍中误差作为混凝土形体误差的限差，则为±13.8mm，满足规范±20mm的要求。

6 形体检测及质量评价

针对锦屏一级高拱坝特殊体型结构，且拱坝高305m，如采用传统作业方法，待大坝竣工后再进行断面形体测量难度极大。在每仓仓面浇筑收仓后至下仓开始立模放样前，使用全站仪坐标法或免棱镜全站仪坐标法进行上仓成型混凝土的形体测量。测量完成后，计算形体偏差，编制形体测量报告，对于偏差较大的测重报告及时分析原因，为以后大坝形体控制提供借鉴，并采取积极有效的措施避免偏差累积。

利用测量中心从2010－11－09～2013－11－25记录50次812个检测点资料进行统计分析，形体检测偏差分析情况见表2。

表2 形体检测偏差分析表

从表2分析数据看，双曲拱坝的形体偏差中误差最大为±14.7mm，优于规范要求的±20mm，完全满足设计和规范的要求。

7 结束语

1）对于结构垂直高差较大的建筑物，为了保证施工测量精度，结合现场实际情况，采取分层布设施工控制网；

2）对于结构复杂的建筑物，施工放样前，必须先结合施工方案进行精度分析，根据精度情况编制施工测量方案；

3）施工测量时必须按照确定的施工测量方案进行作业。4）为了保证结构物的整体性和美观性，当精度分析成果不能满足设计及规范要求时，采取必要的措施。例如，在模板定位时，双曲拱坝采取折中的方法确定模板的位置，不仅为成型拱坝流畅的轮廓线条、美观的造型提供基础，而且为最终整个大坝的形体完全满足设计要求提供保证。

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