水利水电工程施工控制网的技术特点及建立

张 涛

(商洛市水利水电勘测设计院 陕西 商洛 726000)

1 概述

工程控制网是工程项目的空间位置参考框架，是针对某项具体工程建设测图、施工或管理的需要，在一定区域内布设的平面和高程控制网。水利水电工程施工控制网一般分为枢纽区施工控制网、引水隧洞施工贯通测量控制网及长距离输水线路施工控制网。

2 水利水电施工控制网的特点

2.1 枢纽区施工控制网的特点

（1）水利枢纽工程控制面积较小，一般在1 km2～2km2范围内，对于大型水利枢纽工程其控制范围也不过10km2左右，因此多采用挂靠在前期测图控制网下的独立坐标系和高程控制系统。平面控制网数据处理时不考虑高斯投影改正，只进行高程投影改正计算，高程投影面选取在坝顶或1/2坝高处为宜；高程控制网可不进行正常水准面不平行改正及重力异常值测定，测段高差只需加入标尺尺长改正即可。

（2）水利枢纽工程多处在深山峡谷地带，受地形条件影响，施工控制点点位一般选设在河谷两岸较高的区域，为了满足坝体基础开挖及坝体浇筑放线测量的需要，应采用分级布网、逐层设点的方法在坝体不同高度处布设平面和高程控制点。图1为某一水库枢纽区平面控制网布设示意图，其中II01～II07为首级网，II08～II12为加密网。图2为大坝坝体施工高程控制点布设示意图，在大坝左右岸不同高度（约20m）处布设1个高程点作为工作基点，以满足大坝浇筑时进行高程放样。

（3）平面精度要求为最末级平面控制网相对于首级控制网的点位中误差不应大于±10mm，对于施工精度要求较低的工程项目，点位中误差可放宽至±20mm。高程控制测量精度为最末级高程控制点相对于首级高程控制点的高程中误差，对于混凝土建筑物不应大于±10mm，对于土石建筑物不应大于±20mm。采用精度估算的方式确定网型及施测等级。

图1 平面控制网布设示意图

图2 大坝坝体施工高程控制点布设示意图

（4）由于枢纽区施工控制网精度较高，加之受卫星高度角及部分边长较短等观测条件的影响，GPS测量方法难以满足精度要求，因此需要使用全站仪采用全测边角网的方法建立平面控制网。采用几何水准及光电测距三角高程测量建立高程控制网。同时需要建造混凝土观测墩以消除对中误差的影响。

2.2 输水隧洞施工贯通控制网的特点

（1）输水隧洞施工贯通测量控制网分为洞外控制网和洞内控制网两部分。洞外平面控制网多采用GPS网建立，洞内平面控制网采用光电测距导线进行施测；洞内、外高程控制网多采用几何水准方法建立。

（2）洞外控制网的测量等级选择见表1，洞内光电测距基本导线测量的等级应根据相向开挖长度、导线全长及导线最短平均边长进行选择，一般情况下，导线长度为1km～2km时施测四等导线，2km～3km时施测三等导线，3km～5km时施测二等导线。导线边长较短时为了提高测角精度，导线等级可选取较高一级进行施测。当导线长度大于5km时应进行精度估算，以保证隧洞贯通的顺利实现。

表1 洞外控制网等级选择

（3）进洞点需要建造混凝土观测墩；洞内导线宜进行两组独立观测或同时观测导线的左、右角或组成闭合线路，以确保测量成果的可靠性。

（4）应将隧洞进口、出口及施工支洞口处的控制点组成统一的控制网进行施测及数据处理，以保证整个控制网系统的统一性、精度的均匀性及尺度的一致性。数据处理时应进行高斯投影及高程投影改正。

2.3 输水线路施工贯通控制网的特点

（1）平面控制精度要求较低，而为了满足工程设计流量的实现，高程控制精度要求较高。具体等级选取可参照表2执行。

表2 控制测量基本规定

（2）输水线路距离一般较长，甚至有超长距离输水线路，此时高斯投影改正尤为重要，加之高程投影的影响，应建立具有抵偿面的平面控制网坐标系统，以取得与地面实际边长尺度比一致的控制网数据。

（3）应将沿线渡槽、箱涵、隧洞等水工建筑物处的控制点纳入到输水线路控制网，在此基础上在各大型建筑物处建立相对独立的局部控制网，建立具有“整体系统统一、局部精度较高”特点的输水线路控制网。

3 工程控制网的建立方法及过程

3.1 控制网建立方法

无论是枢纽区施工控制网、引水隧洞施工贯通测量控制网还是长距离输水线路施工控制网，其建立的方法为：平面控制通常采用诸如边角网、附合或闭合导线及导线网等形式的常规的大地测量方法；随着空间定位技术的迅速发展，采用GPS测量方法建立工程控制网具有更好的优越性，但在峡谷等隐蔽地区，受顶空遮挡因素影响，也有它的局限性。因此，布网方案要因地制宜的选取。高程控制网建立可根据地形地貌等自然地理条件，采用几何水准、光电测距三角高程等。

3.2 控制网的建立过程

（1）资料收集：施工控制网是一个承上启下的控制网，既是测图控制网的延续，又是监测网的基础，它的主要作用是将设计图纸上的建筑物通过施工放样测量的方法投到地面上。因此，在建网前要充分收集项目前期规划设计阶段留设的测图控制网的成果资料、建筑物布置图以及施工组织设计报告等基础资料。

（2）精度确定：根据建立控制网的目的、要求和控制范围，参照相关规范的规定，确定控制网的测量精度。

（3）选点及控制网设计：结合收集到的基础资料，首先在图上进行规划，然后根据现场实际情况确定点位，确定控制网的图形、决定参考基准（起始点）及投影面高度，并根据控制网图形和观测精度进行目标成果的精度估算与分析，并与预定的要求相比较，作必要的方案修正。枢纽区施工控制网一般要进行精度估算，以确定最弱点点位中误差能否满足精度要求，同时衡量控制网的可靠性因子，确保控制网有足够的可靠性。输水隧洞施工贯通控制网需要估算洞内、外控制网测量误差在贯通面对横向、纵向及竖向的影响，以此确定洞外、洞内控制等级及作业方法。

（4）标志设立：枢纽区施工控制网网点多建造混凝土观测墩；输水隧洞施工贯通控制网需在隧洞进出口、支洞口（一般各布设4点）建造混凝土观测墩，其他控制点埋设混凝土基本标石即可。设站点（或进洞点）至放样点间高差不宜大于10°。高程控制点可埋设基岩水准标石或混凝土水准标石，对于大坝宜均匀在坝轴线上下游的左、右岸且不受洪水影响，对于隧洞应分布在隧洞进出口、支洞口且于开挖隧洞底板高程基本接近；每一个单项工程部位或洞口应布设2个高程点。

（5）观测及数据处理：按照控制网设计时确定的网型、观测方法进行观测，按观测数据评定观测精度。最后进行成果处理、平差计算，平差值及目标成果的精度评定，编制测量报告（技术总结）。

4 建立控制网应注意的问题

（1）在控制网的建立过程中，除了外业测量、内业计算的仪器设备和人员的技术素质作为必要条件以外，控制网的优化设计起着十分重要的作用，主要是对控制网的精度、可靠性、及经济性进行评估，即技术方案要科学、经济、合理。

（2）重视各控制网间的延续性，即坐标、高程系统的一致性，尽量避免随意改变坐标、高程系统。确需改变时应建立不同系统间的相互转换关系。

（3）枢纽区施工控制网应尽可能将坝轴线纳入到网中并作为网的起始方位边，输水隧洞施工贯通控制网的起始方位边应选在隧洞轴线方向，最大限度保证建筑物轴线放样的精度。

（4）基本网（首级网）一般布设在施工区域以外稳定区域，以便长期保存，加密网（工作基点网）应尽可能靠近建筑物，以减小放样时设站、照准及气象等因素的影响。

（5）采用GPS测量方法建立平面控制网时，对网中较短的边长应进行直接观测。对于部分基线边因误差或因故不能按GPS测量方法进行施测时，在平差处理时可以用其他方法测量的边长数据（不低于相应精度要求）代替，采用与地面网联合平差的方法进行数据处理，其原则是应使平差计算精度更高。陕西水利

[1]《水电水利工程施工测量规范》（DL/T 5173—2012）[S].

[2]《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T5178—2003）[S].

[3]《水利水电工程测量规范》（SL197-2013）[S