全站仪在燕山水库工程施工测量中的应用

□王长生 □李 洁（河南省燕山水库管理局）

0 前言

燕山水库枢纽工程位于河南省叶县境内京广铁路以西保安镇杨湾村老官寨水文站下游约1.60km处。水库控制流域面积1169km2，总库容9.25亿m3。枢纽工程主要建筑物包括斜墙土石坝、溢洪道、泄洪（导流）洞和输水洞及电站。大坝坝顶高程117.80m，坝长4070m，最大坝高34.70m。

由于该项目工程量大、施工难度高、质量要求高，如果采用普通经纬仪的测量方法来投射如此长距离轴线，需要布设多个临时过渡测站点，不仅工作量大，而且精度低，容易出现误差累积。为此，在该项目的施工测量工作中选用了GTS-330拓普康电子全站仪。

施工测量在燕山水库枢纽工程中应用相当广泛，归纳起来主要表现在如下几个方面：

（1）依据施工总布置图和有关的测绘资料，布设施工测量控制网；

（2）针对各标段不同的施工要求，进行轮廓点的放样，并在施工中进行校核检查；

（3）提供局部施工中所需的各种测绘资料；

（4）对已完工项目进行收方测量，并以此为依据进行工程量计算。

1 施工测量中应注意的事项

1.1 严格仪器的对中整平是确保山区测量精度的关键

燕山水库主要建筑物除大坝外，其他均布置在右岸的小燕山上，地势相对复杂，在实际测量中，施工单位选用GTS-330拓普康电子全站仪进行各施工项目中的测量工作。测量仪器是进行测量的必要工具，熟悉仪器性能，掌握仪器的使用方法及进行正确读数，是每个测量者必备的基础知识。误差存在于一切测量之中，分析测量过程中误差产生的原因，提出削减误差的办法，并对测量结果中未能消除的误差做出估计，是工程测量中的一项重要工作。在工程测量作业中，首先要进行仪器的对中整平工作，然后再对施测部位进行测量，对中整平将直接影响到观测结果的精度。而且这一影响也不能通过盘左、盘右两个盘位的观测得到消除，随着视线的竖直角越大，影响也就越大。为了克服整平误差的影响，GTS-330装有双向倾斜补差器，可测出X方向（视准轴方向）和Y方向（横轴方向）的倾角，并自动对水平角和竖直角进行修正。实现倾斜补偿的操作如下：

（1）用照准部水准管将仪器整平；

（2）旋转照准部使望远镜的视准轴与任意两脚螺旋（设为A、B脚螺旋）的连线平行，然后固定；

（3）按〔MENU〕键后再按〔P4〕（P↓）键两次，按〔F1〕键现实参数组1，按〔F3〕键现实倾斜传感器双轴（V/H）倾斜/开。启动x、y方向倾斜改正功能，显示

倾斜传感器：（双轴）

（4）转动A、B两脚螺旋使X倾角值为0002′10″，然后转动另一脚螺旋（设为C），使Y倾角值为0000′00″，严格整平结束；

（5）按〔ESC〕键，返回角度测量模式。

1.2 注重环境因素对测量成果的影响

GTS-330拓普康电子全站仪属精密电子仪器设备，为了保证测量成果的真实、可靠，在燕山水库实际施工测量中，测量人员从以下几方面给予了特别注意。

（1）首先，检查仪器电池电压是否能保证本次测量工作任务的完成，同时考虑在气温较低的条件下作业时，将仪器预热时间考虑在内；

（2）其次，全站仪的反射棱镜等器具应按出厂要求配套使用，未经计量部门检定，不得与其它型号的相应设备互换使用。同时，反射棱镜背面应避免有其它反光物的干扰，镜面不得有水珠或灰尘沾污；

（3）在测距作业中，应在成像清晰、稳定的情况下进行，雨、雪及大风天气不应作业；

（4）晴天作业时，仪器必须打伞遮阳，不宜逆光观测，严禁将主机镜头对准太阳；

（5）架设仪器后，测站、镜站不得离人。

2 隧洞平面及高程控制测量精度的估算

燕山水库泄洪（导流）洞全长210m，为城门无压洞，洞径6m×7.80m；输水洞全长307m,为圆型有压洞，洞径3.50m，对洞室平面控制测量都有相当高的精度要求。

2.1 隧洞平面控制测量精度的估算

在泄洪洞及输水洞的测量中，按照实际情况，洞内导线按设计等级施测。因洞内通视条件的限制及施工等多方面的影响，造成部分断面未能按预定路线进行施测，针对这种情况，施工单位根据已施测的成果对该导线进行精度估算。

对直伸型隧洞，采用直伸支导线终点的点位误差作为洞内横向贯通中误差：

MBz=±mSβ2n＋(mβρL)2n+1.53

式中：n—导线边数；mβ—测角中误差；ms—测边相对中误差；L—导线全长,km。

非直伸型隧洞用非直伸支导线终点的点位误差作为横向贯通中误差：

MBf=±mSβ2n＋(mβρL)2∑Dy2

式中：n—导线边数；mβ—测角中误差；ms—测边相对中误差；L—导线全长,km；∑Dy2-导线重心到各导线点距离的平方和（导线重心为导线各点坐标X、Y值的平均值），m2。

对还未施测的导线点仍以设计拟定的点位计算出各相应数值，只要MBz，MBf值不大于洞内设计横向贯通中误差即可。

2.2 隧洞高程控制测量精度估算

根据公式计算高程传递终点的精度，该式中m△为：

式中：△—测段往返测高差不符值；R—测段长度；n—测段数。

这种高程控制测量精度的估算方法适用于水准测量及三角高程测量。

3 土石方量测方法的分析比较

土石方量的计算方法有方格网法，等高线法，断面法和三角网法。在工程施工测量时，无论是方格网法还是断面法，其工作量都比较大，而且方格网法或断面法很难反映地形的实际特征，使得测出的土方量与实际的土方量有较大的出入。等高线法存储数据量大，数据结构复杂且难以建立。而三角网法构成的系统性能最完善，并能克服地形起伏不大的地区产生冗余数据的问题，精度高于方格网法、等高线法及断面法。先进的技术和测量设备是完成测量工作的保障。在计算机科学日益发展的今天，可以用计算机工程软件来测算更准确的土方量，大大节省内外业工作量。线路土方、场地土方估算中应用数字地面模型原理，所有数字计算和逻辑判断都由计算机软件自动完成，并能使估算过程达到自动化和规范化水平。如在燕山水库工程导流(泄洪)洞中进行的土石方开挖计量,首先在原地形及收方地形中建立数字模型；然后计算原地形中数字模型（顶高程）与收方地形中数字模型（底高程）相减的数字模型；通过底高程与顶高程相减的数字模型来计算工程量。即计算在原地形中的各坐标点对应在收方地形中各坐标点的高程，求得各坐标点相对应的坐标点高差；或者计算在收方地形中的各坐标点对应在原地形中各坐标点的高程，求得各坐标点相对应的坐标点高差。在土方计算图中，用两个图的坐标点高差数据建立数字模型，绘制等高线。为了避免三角网跨过填挖方分界线，应加密0等高线的坐标高程点数据，并加入两个图的坐标点高差数据，重新建立数字模型，生成三角网。通过三角网来计算每个三棱锥的填挖方量，然后汇总合计得到指定范围内填方和挖方的土方量。

4 结语

工程测量是工程建设中最基础的工作之一，燕山水库自前期开工建设期间，就着重此项工作，提前建立了燕山水库测量控制网（二等），同时在施工期根据实际工作需要，又进行了测量控制网网点的补充。为燕山水库测量工作的顺利进行奠定了基础。

需要有一支工作经验丰富、装备精良的测量队伍。各参建单位都配备有丰富施工经验的测量专业技术人员，在整个施工测量中起到了主导作用。

燕山水库工程测量以联合测量模式为主进行。即现场测量工作采用由业主、监理、设计、地质和承包人组成的联合测量小组进行测量工作。测量数据共同签认，计算成果独立进行，相互校对，确保了测量资料的透明度，减少了因独立测量产生的争议。大大节约了人力、物力，提高了工作效率。

专业的测量人员配合先进的测量仪器是施工测量工作顺利进行的保证。燕山水库工程主要采用全站仪、水准仪、先进的测量成图软件技术，大大提供了工作效率和测量精度。

[1]陈桂忠.隧洞洞内控制测量及质量控制探讨[J].铁道勘测与设计，2007（6）.

[2]吴华兵，王岩，贾宝宏.隧洞洞内控制测量的探析[J].山西建筑，2007（9）.