引汉济渭调水工程基础高程控制网复测方案的探讨

马安虎

（陕西省水利电力勘测设计研究院测绘分院 陕西 西安 710002）

1 引言

引汉济渭是将陕南汉江水通过全长100km的输水隧洞引入关中的跨流域调水工程。工程规划设计进入可行性研究阶段时，根据工程规模、特点和规划设计及施工需要，陕西省引汉济渭工程协调领导小组办公室于2010年4月至2010年10月安排建立了整个工程区域统一的、高精度的基础高程控制网，为规划设计和施工提供统一的高程控制基准和精度保障，确保了分期、分段分部位施工布设的秦岭隧洞段和将要开工的枢纽建筑物准确对接，并确保隧洞各施工段和枢纽水头分配符合设计要求，在建设和管理中起到了统一高程基准的重要作用。

随着秦岭各个勘探试验洞、黄金峡和三河口水利枢纽的四通一平、三河口水库库区公路改线等项目施工全面拉开，该网点将要频繁使用。但该网建成使用快5年，这5年工程区域自然和认为因素，影响它的功能和可靠性，其一是原布设的水准点经过5年来是否受施工或区域地壳变化等因素影响而发生沉降变形；其二是首次建网时黄三隧洞各个支洞位置未确定，现需建立该段洞线施工贯通高程控制基准；其三是越岭隧洞4#、5#支洞位置变动需要重新布设网点；其四是该网在使用过程中也发现人为因素造成部分标志丢失、破坏影响施工使用。为了保证工程区域高程基准的可靠性，补充和完善网形，给工程施工及时提供准确的高程基准，方便施工使用，需要进行复测，本文就复测中应解决的网形优化、复测与首次建网测量的成果对比分析和利用、秦岭隧洞越岭段4#--5#勘探试验洞间主洞施工贯通高程精度等几个关键技术问题探讨如下。

2 基本高程控制网的首次建网测量

基本高程控制以岭北西安市周至县境内的Ⅰ永汉40（I咸宝21）及Ⅰ永汉41（I咸宝22）、岭南汉中市西乡县境内的Ⅰ汉光19及Ⅰ汉光20基、安康市石泉县境内的I汉光 33（I西光 14）及 I汉光 34（I西光 15）等6个国家一等水准点作为起闭点，在工程区域布设了以汉中市佛坪县境内猫儿粱的Ⅱ周西25号水准点为结点的二等水准高程网，如图1所示，其中：经金水镇、翻越良心沟、连测汉江黄金峡水利枢纽布设的水准点；

图1 基本高程控制网索引图

（1）Ⅰ永汉 40（I咸宝 21）及Ⅰ永汉41（I咸宝22）至Ⅱ周西25（猫儿梁）之间的水准路线沿108国道布设，主要是连测秦岭隧洞岭北5#、6#、7#等3个支洞口和隧洞出口布设的水准点；

（2）Ⅱ周西25（猫儿梁）至Ⅰ汉光19及Ⅰ汉光20基之间的水准路线沿108国道

（3）Ⅱ周西 25（猫儿梁）至 I汉光 33（I西光 14）及 I汉光 34（I西光 15）之间的水准路线沿椒溪河至三河口，连测三河口水利枢纽布设的水准点；同时由三河口沿蒲河向秦岭隧洞 0#、0-1#、1#、2#、3#、4#支洞口布设水准支线，连测各个支洞口布设的水准点。

该高程网中主线路构成的3个附合路线、局部闭合环的高程闭合差均小于二等水准允许值，根据往返测高差较差计算得每千米水准测量的偶然中误差为±0.42mm/km，按整体网数据处理的最大高程中误差为±5.97mm，最大点间高程中误差为±2.55mm。

3 复测方案应考虑的几个关键技术问题

3.1 调整水准路线、优化网形

鉴于连接三河口水库枢纽与黄金峡水利枢纽之间的大坪隧道已经贯通，复测方案为：

起始于岭北一等水准点I永汉40，沿108国道经佛坪县猫儿梁，沿椒溪河到达三河口水利枢纽后，在大河坝镇设立结点，沿三河口至黄金峡的公路布设水准线路，再闭合于汉江南岸西乡县境内的国家一等水准点I汉光19，同时从该结点沿大河坝至石泉县的省道布设水准线路，闭合于石泉电站附近的国家一等水准点I汉光33，优化网形如图1所示。将建网时从猫儿梁水准结点及主线路经猫儿梁沿108国道至金水镇翻越金水梁的路线去掉。

这样，不仅缩短了联测黄金峡水利枢纽的水准路线长度，而且提高了整个网的高程精度。

3.2 使用基础高程控制成果能否满足越岭隧洞施工贯通高程精度

秦岭隧洞越岭段设计比降=1/3000,4#至5#支洞间施工贯通主洞设计高差10m,取其1/20作为测量允许误差即为±0.5m，对应的允许高程中误差为±0.25m。

越岭段4#至5#支洞间施工贯通主洞长度30km,其施工贯通超长，而4#支洞位于秦岭主峰南侧、5#支洞位于秦岭主峰北侧，4#支洞至5#支洞间直线翻越秦岭的水准作业方案难于实现。有专家建议考察采用光电测距三角高程方案直线翻越秦岭连测4#支洞至5#支洞间高程路线，虽然可以缩短长度，但作业人员通行和食宿保障难度非常大，需要砍伐树木破坏秦岭生态。

笔者认为：基础高程控制网连测4#支洞、5#支洞口高程的水准路线测量方案是由位于小王涧的5#支洞绕行108国道、经猫儿梁至三河口再到蒲河的4#支洞口，路线长度约L=200km，二等水准测量每千米水准测量的偶然中误差mΔ为±1.0mm/km，那么连测4#至5#支洞之间的基础高程控制网测量的高程中误差mh为：

因此，利用基础高程控制网的测量成果是可以保证4#至5#支洞间施工贯通高程精度的要求，勿需考虑沿洞顶翻越秦岭主峰的方案。

3.3 复测与首期测量的成果对比分析和衔接利用

工程施工采用首期测量成果已经4年多，那么，本次复测基础高程控制网测量成果与首次测量（2010年原测成果）成果如何衔接使用？复测后应首先判别水准点是否有点位发生沉降？需要进行如下两项的对比分析进行稳定性的检验。

（1）采用观测高差比较检验法。比较分析两点间复测高差与首次高差值的较差，当较差小于±6mm(L为测段长度，km)时，可认为两点相对稳定或变动不显著。当较差大于±6mm时应分析原因，必要时进行单程检测，当确认大于±6mm时，才能判断相关点位是否发生沉降或移动。

（2）采用水准点平差高程比较检验法。比较分析水准点平差高程的复测与首次值之差ΔH应小于：

式中：m1—首次测量该点数据处理后的高程中误差，mm；

m2—本次测量该点数据处理后的高程中误差，mm。

复测基础高程控制网的成果如何利用关系？复测基础高程控制网后需要解决的问题，这就涉及当复测后分析确认某些点沉降量较大，且在施工过程中又使用了这些点位时，应和设计、施工人员沟通是否影响设计水头，是否需要调整设计变更等；必要时，邀请地质人员现场查勘区域地形的稳定性问题。

如何利用复测后的成果，尤其是新旧成果如何衔接利用，待复测结果出来后认真进行分析，确定合适的复测成果利用原则。

4 复测方案的确定

复测优化网形是以岭北周至县城北的国家一等水准Ⅰ永乐环线的Ⅰ永汉40做为线路起点（Ⅰ永汉41做为校标点），途径周至～洋县的108国道到达猫儿粱后，再沿佛坪～到石泉的省道到达大河坝形成水准结点；其中一条是由该结点穿越大坪隧洞至良心沟的与首次建网测量留设的Ⅱ周西39水准点相连接向南抵达黄金峡坝址，再由黄金峡大坝下游的大车路上山又回到金桑公路至桑溪后，经跨越子午河（跨河水准）再沿子午镇至西乡县的公路途径碾子沟、段家营跨越汉江（跨河水准）到达西乡县附近，附合于国家一等水准点I汉光20基水准点（I汉光19为校标之用）；另一条是从该结点起、沿大河坝～石泉县的公路附合到石泉县附近的一等点Ⅰ汉光34水准点（以Ⅰ汉光33作为检校点）；水准路线在岭南岭北整个工程区域形成以大河坝为结点的“Y”字形水准网如图1所示。

主线路连测秦岭隧洞及两个枢纽水准点的布点观测方案如下：

（1）秦岭隧洞越岭段岭北各个施工支洞（出口、7#、6#、5#支洞）口附近的水准点仍采用首次测量的附（闭）合水准环形式复测。

（2）主线路途径秦岭隧洞越岭段椒溪河支洞口时应留设2～3个水准点，布设局部附（闭）合水准环联测。

（3）主线路途径三河口应留设2～3个水准点，再依次向 0#、0-1#、1#、2#、3#、4#支洞口等工程区域分别布设附（闭）合水准环复测。

（4）主线路途径三河口枢纽区时，应留设3～5个水准点，并在坝址下游2km左右的大河坝附近增设3个水准钢管标志，其中1个作为主线路的水准结点；

（5）主线路途径秦岭隧洞黄三段各个支洞口时，应留设不少于3个水准点，布设局部附（闭）合水准环联测；

（6）主线路途径黄金峡枢纽区时，仍按首次测量的附（闭）合水准环形式复测。

基础高程控制网复测应采用与首期测量相同的等级、同精度同型号的仪器、相同的观测方法。才能保障观测精度相统一。

5 结语

（1）引汉济渭调水工程基础高程控制网的复测方案设计，根据工程区域自然地理条件变化对水准路线网形优化不仅缩短观测工作量，而且有利于精度的提高。

（2）复测方案增补、完善基础网，不仅方便了施工使用，也保障了工程各分部位施工高程基准的准确衔接。

（3）随着工程建设进程，基础高程控制网成果还可以用于复杂地质条件区域垂直位移监测和研究，用于工程检测和验收，用于开发“数字引汉济渭工程”等，显现它的更多功能和更大作用。