引黄工程北干输水管线施工控制网设计

朱伟山

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 基本情况

1.1 工程概况

山西省万家寨引黄工程北干线（1号隧洞出口至大同南郊墙框堡水库）输水线路位于山西省北部，行政隶属朔州、大同。线路途经朔州市、山阴县、怀仁县、大同市，全长约120 km。

施工控制网作业区位于晋西北，是典型的丘陵地貌。地形特点为西北高、东南低。平均海拔1100 m以上。气候类型为塞外气候，冬、春两季风沙大，早、晚温差大。冬季冻土层较深，测区内冲沟较多，给外业施测带来较大困难。线路两侧分布有村庄，大忻线贯穿整个测区，交通较为便利。施工控制网最终的成果主要为山西省万家寨引黄工程北干输水线路及调蓄水库施工服务。

1.2 工程任务

本次工程任务是建立输水线路施工控制网。输水线路管线全长约120 km，包括调压阀室、调蓄水库等建筑设施。施工控制网用来控制输水工程的总体布置和各水工建筑物轴线之间的相对位置，满足施工放样的需要。考虑到通视和标段施工需要，计划做C级GPS点约130个，三等水准约200 km。

1.3 测区已有成果及兼容性评价

国家Ⅱ等三角点，Ⅱ苗山和Ⅱ奶奶庙以及1号洞控制点Ⅱ北干15等国家点，经查勘标石保存完好，未发现问题，可作为本次控制网的起算点（在使用前应对其成果进行检测，检测合格方可使用）。

国家Ⅰ等水准大榆线（山阴至大同段）和国家Ⅱ等水准店山线部分成果，已在引黄北干带状图测绘时多次使用，部分标石保存完好，可作为本次Ⅲ等水准的起算数据。

1.4 采用的坐标系和高程系

为保证与规划设计阶段的测量资料相吻合，本次施工控制网以规划设计阶段所改算的成果为起算数据。规划设计阶段的平面控制网情况：以Ⅱ苗山为原点，以苗山至北干15的方位为起算方位，以大同南郊西万庄作为检核点。高程投影面为1000 m。高程系统采用1956黄海高程系。

1.5 作业仪器及技术标准

作业仪器采用南方北极星9600GPS静态接收机（5+1ppm）6台（套）；Trimble的 DINI12电子水准仪2台（套）；拓普康全站仪（2″级）1台。

2 平面控制网测量方案设计

2.1 GPS平面控制等级确定

由于各种建筑物对放样的精度要求不同，须确定控制网的精度，依据《水利水电施工测量规范》，结合本工程的需要选取±30 mm为建筑物平面放样的精度要求，若平均边长为1 km，计算得边长相对精度为1/83000，则需建立C级GPS平面控制网保证建筑物的放样精度。

2.2 GPS平面控制布网原则

一是利用国家Ⅱ等三角点苗山和北干1号隧洞的平面控制点BG15作为控制的起算数据，布设C级平面控制网。

二是C级GPS网沿输水管线两侧布设，平均边长约1.5 km，每测站至少有一个方向通视，由于线路长，控制点多，点位编号分别以C050编号，如“C050，C051，C052等依次类推，本次控制范围为1号隧洞出口至大同南郊墙框堡水库，共布设130个控制点，其中包括满足水工建筑物放样的39个控制点（4个分水口、4个调节阀室、3个调蓄水库）。

2.3 GPS点的选点和标石埋设

C级GPS点位一般按平均边长约1 km左右在1∶10000地形图上设计选定，但考虑到通视等原因可稍作变动。

C级GPS点位应选在便于安置接收设备，可操作，视野开阔，质地坚硬，稳固可靠，远离树木和河流的地方。与旧点重合时，应在新点名后加注旧点名点号。与水准点重合时，应在新选点名后的括号内附上水准点等级和编号。

标石尺寸：下底400 mm×400 mm，上底200 mm×200 mm，高度500 m，桩顶有不锈钢标志，标石表面刻有点号，埋深0.5 m，与地表持平。

标石下有0.2 m捣固的土石层，标石埋设后均应四周夯实捣紧并在现场绘制点标记。

2.4 GPS外业数据处理

由于GPS外业数据采集量大，因此要求作业人员将每天接收机所采集的外业数据当天进行基线解算，发现问题及时解决。

基线解算和网平差计算采用随机软件包进行。

3 高程控制网测量方案设计

3.1 高程控制测量等级确定

根据已知高程点分布情况和布设的水准线路长度，依据《水利水电工程测量规范》《水利水电施工测量规范》《国家三、四等水准测量规范》高程控制采用三等精度水准测量，能较好地达到施工放样的要求。

3.2 高程控制测量布网原则

一是起算采用国家Ⅰ等水准大榆线和国家Ⅱ等水准店山线部分成果。二是由于输水线路较长约120 km，而且线路有部分水工建筑物，对高程精度要求较高，根据已知高程点分布情况和布设的水准线路长度，依据《水利水电工程测量规范》《水利水电施工测量规范》《国家三、四等水准测量规范》高程控制采用三等精度水准测量，才能达到施工放样的要求。

3.3 高程控制点的选点和标石埋设

由于输水线路较长，高程控制点尽量利用C级GPS平面控制点，当不满足需要时布设一定密度的高程控制点。点位应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方。

4 质量控制措施

4.1 GPS质量控制方案

首先，GPS观测前对作业人员进行培训，要求作业人员严格依据规范作业，减少人为的对点误差；其次，设计合理的控制网图形结构提高控制网的精度及可靠性；第三，做好星历预报，尽量避开观测卫星少、GDOP值大的观测时段；选择合适的站址测站远离大面积水域、陡坡，以防止多路径效应的影响；远离雷达、电视发射塔、微波站等电磁波辐射源，防止电磁波干扰。观测的最小高度角上不应有成片的障碍物。

4.2 高程质量控制方案

三等水准观测过程中，使用鉴定合格的仪器进行外业观测。严格按照规范作业，作业开始后应在出工前检测i角，避免在恶劣的天气下进行。

5 结论

本次施工控制网的外业测量大约耗时40 d，合理的设计方案和实施方法大幅提高了测绘外业工作效率和施工控制网的精度，满足了施工放样的需求，使设计方案和实施计划优化到最经济的范围，取得了良好的社会效益和经济效益。