小水電工程地面控制測量的幾種有效方法_工程管理

1、小水電工程地面控制測量的幾種有效方法小水電工程按其布置的方式分為堤壩式、引水式和混合式3種。堤壩式電站屬于低水頭大流量型，大多位于水流平緩處，工程主要由大壩、壩后的廠房及庫區(qū)構(gòu)成，一般沒有引水隧洞，這種電站的測量工作比較簡潔，只需在壩址處建立掌握網(wǎng)，用以測量壩址和庫區(qū)地形圖，測繪工作相對(duì)比較簡潔;而引水式和混合式電站是高水頭式，它的結(jié)構(gòu)除大壩和廠房外，一般還有引水隧洞、壓力管等。這類電站傳統(tǒng)的地面掌握測量方法是建立小三角網(wǎng)，但目前由于GPS和全站儀(測距儀)的全面普及，傳統(tǒng)的小三角網(wǎng)掌握已完全被GPS測量或與EDM導(dǎo)線結(jié)合的方法所代替。本文結(jié)合多年來小水電工程的測量閱歷，著重介紹引水式或混合式

2、高水頭小水電工程的地面掌握測量。1、小水電工程的特點(diǎn)小水電一般裝機(jī)5000kW以下，整個(gè)工程由攔水壩、引水洞(支洞)、壓力管和廠房等組成。引水式或混合式小水電站多處于山地狹谷地帶，交通不便，林木茂密通視差，它的地面掌握測量工作相對(duì)于堤壩式電站更加簡單和困難。這種電站水頭多在30m以上，高的可達(dá)數(shù)百米，引水隧洞由一個(gè)或一個(gè)以上的洞組成，單個(gè)洞長一般小于2km，洞內(nèi)坡度0.2%，橫向貫穿允許限差為20cm，高程貫穿限差為5cm。小水電工程測量工作的主要內(nèi)容有建立平面和高程掌握網(wǎng)，測繪庫區(qū)、壩址、進(jìn)出洞口(中洞)、壓力管和廠房的數(shù)字化地形圖(庫區(qū)和其他區(qū)域的比例尺一般分別為1：2000和1：500)

3、，以及工程施工放樣。測區(qū)采納任意直角坐標(biāo)系和假定高程系，如是流域綜合開發(fā)，可用區(qū)域內(nèi)或國家統(tǒng)一的平面和高程系統(tǒng)。2、地面掌握測量2.1 GPS與EDM導(dǎo)線結(jié)合的方法對(duì)于高水頭的小水電工程，輸水隧洞的掌握是整個(gè)工程的核心。由于小水電工程處位于山地狹谷這種特別的位置，采納GPS測量往往受到地形條件的限制，不能直接在壩址、進(jìn)出洞口(支洞口)、廠房等關(guān)鍵位置上施測，而只能在四周山脊等開闊處選取合適的點(diǎn)，再用EDM導(dǎo)線延長至需要的位置上。在各施工區(qū)如壩址、洞口、廠房等處布點(diǎn)時(shí)，每處至少應(yīng)布設(shè)23個(gè)點(diǎn)，并使各相鄰點(diǎn)兩兩通視，最好能組成一個(gè)三角形。GPS觀測的時(shí)間依工程對(duì)點(diǎn)位的精度要求不同而不同，一般203

4、0分鐘即可，檢驗(yàn)測量成果精度的方法，通常有3種：用全站儀(測距儀)測量兩點(diǎn)間的平距與GPS二維約束邊進(jìn)步行比較(同一投影面上);用全站儀測量單角，與GPS坐標(biāo)反算角度值進(jìn)行比較;用GPS對(duì)原測點(diǎn)位在不同時(shí)間進(jìn)行重測等方法進(jìn)行檢驗(yàn)。GPS測量的二維精度牢靠，但高程精度偏低，其高程中誤差一般為±10cm，不能滿意施工要求而需重新布設(shè)一條具有四等精度的測距三角高程導(dǎo)線或水準(zhǔn)路線，這項(xiàng)測量工作特殊是在交通不便的山區(qū)，工作量也是特別大的。2.2 EDM三維導(dǎo)線測距導(dǎo)線作為小水電工程的地表掌握，也是特別合適的。一方面全站儀在生產(chǎn)單位已得到全面的普及，同時(shí)它又有良好的測角、測距精度，目前2秒級(jí)全站

5、儀每公里測距精度一般都在3+2ppm(mm)以內(nèi)，另一方面，測距導(dǎo)線選點(diǎn)的自由度大，能在所需要的地方布點(diǎn)，并能一次性完成平面和高程掌握測量。為提高隧洞的貫穿精度，削減壩址與廠房間的掌握點(diǎn)的數(shù)量，導(dǎo)線宜布設(shè)成直伸型。1)閉合導(dǎo)線：這種閉合導(dǎo)線的布設(shè)形式為狹長型(如圖1)，A為進(jìn)洞口掌握點(diǎn)，D為出洞口掌握點(diǎn)，1、2、6點(diǎn)為中間點(diǎn)，單號(hào)點(diǎn)與雙號(hào)點(diǎn)各構(gòu)成一條導(dǎo)線，選點(diǎn)時(shí)，應(yīng)使1與2，3與4等兩兩相鄰的點(diǎn)間距為2m以內(nèi)，并用鋼卷尺量出間距。 <CENTER</CENTER觀測時(shí)按閉合導(dǎo)線的要求施測，從A始按1、2、36挨次至D。水平角、豎直角、斜距的觀測及來回平距和高差的限差要求，視隧洞的長

6、度分別依一或二級(jí)導(dǎo)線和四、五等EDM三角高程的要求。這種形式布設(shè)的導(dǎo)線點(diǎn)位坐標(biāo)不僅可以得到檢核和精度衡量，同時(shí)最大限度的削減了工作量。2)雙支導(dǎo)線：當(dāng)狹長的閉合導(dǎo)線中的某一點(diǎn)或幾點(diǎn)重合時(shí)，即成此類型(如圖2)。這種導(dǎo)線與閉合導(dǎo)線的觀測相同。一般地，這種導(dǎo)線可單雙站交替設(shè)置，在重合點(diǎn)上只需設(shè)置一次儀器或覘牌。計(jì)算既可按兩條支導(dǎo)線單獨(dú)進(jìn)行，也可按閉合導(dǎo)線的方法進(jìn)行計(jì)算(當(dāng)路線交叉時(shí) ，只能按雙支導(dǎo)線計(jì)算)，此外，還可以比較重合點(diǎn)以及終點(diǎn)的坐標(biāo)值而得到檢核。 <CENTER</CENTER上述兩種導(dǎo)線還可通過比較兩鄰近點(diǎn)的實(shí)測距離與它們的坐標(biāo)反算距離進(jìn)行檢核2。3)單支導(dǎo)線：當(dāng)引水洞較短

7、時(shí)(一般小于1.5km)，可布設(shè)成單支導(dǎo)線(如圖3)。觀測的內(nèi)容與各項(xiàng)精度指標(biāo)與上述兩類導(dǎo)線全都。為便于檢核，水平角觀測時(shí)應(yīng)對(duì)左右角各觀測一至二測回，圓周閉合差應(yīng)小于10秒。在進(jìn)行距離和高差觀測時(shí)，可用兩次儀高法觀測，以獲得兩組數(shù)據(jù)而得到校核。 <CENTER</CENTER4)高程測量：小水電工程的高程測量一般在施測EDM導(dǎo)線時(shí)同時(shí)完成。施測時(shí)根據(jù)四等或五等的三角高程要求進(jìn)行，要特殊留意各項(xiàng)限差要求，確保精度要求(特殊是來回高差)，以防返工。也可在條件較好時(shí)用水準(zhǔn)測量的方法觀測高差。3、EDM三維導(dǎo)線的長度及精度估算地面導(dǎo)線的建立除了測圖外，主要是為了指導(dǎo)隧洞的開挖并使之貫穿，以

8、及放樣攔水壩、廠房及壓力管等，其中最主要的是用于前者。依據(jù)貫穿誤差的來源與安排的原則，對(duì)于雙向開挖的隧洞，地面掌握對(duì)橫向貫穿的影響值為 <CENTER</CENTERMq為貫穿誤差，以Mq=10cm代入，Mq=5.8cm，即得地面導(dǎo)線最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差。對(duì)于上述的三種形式導(dǎo)線，都可用直伸支導(dǎo)線終點(diǎn)精度的估算方法來估算導(dǎo)線最弱點(diǎn)的精度。在任意平面直角坐標(biāo)系中，支導(dǎo)線由于沒有起算數(shù)據(jù)誤差和因起算數(shù)據(jù)誤差引起的誤差4，其最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差的計(jì)算如下式： <CENTER</CENTER依據(jù)大量的EDM一級(jí)導(dǎo)線測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，測距精度等于或高于5+5ppm的2全站儀的測距中誤差&#

9、177;5mm，測角中誤差約為±35，據(jù)此并依(1)式計(jì)算不同長度和邊數(shù)的支導(dǎo)線最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差M(如表1)。 <CENTER</CENTER從上表可以看出，當(dāng)導(dǎo)線的長度達(dá)到或超過2000m時(shí)，最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差達(dá)到或超過了5.8cm，也即在地面導(dǎo)線長度在2000m以內(nèi)時(shí)，可用單支導(dǎo)線(一級(jí)導(dǎo)線的觀測要求)掌握;當(dāng)長度在2000m以上時(shí)，應(yīng)用閉合或雙支導(dǎo)線作掌握，它們的最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為單支導(dǎo)線 <CENTER</CENTER4、結(jié)論1)GPS與EDM導(dǎo) 線相結(jié)合用于小水電工程的地面掌握測量，是一種效率高、平面精度高，并省力的好方法，但該法投入大，外業(yè)儀器多，高程精度欠佳。在高程精度要求稍低時(shí)(±10cm)，可直接用其成果，不需再進(jìn)行四等EDM三角高程測量。2)EDM三維導(dǎo)線是小水電工程測量中常用的方法，但布點(diǎn)時(shí)要盡量使導(dǎo)線成直伸狀，以提高精度削減橫向貫穿誤差。3)對(duì)于