全站儀在燕山水庫工程施工測量中的應用

□王長生 □李 潔（河南省燕山水庫管理局）

0 前言

燕山水庫樞紐工程位于河南省葉縣境內京廣鐵路以西保安鎮楊灣村老官寨水文站下游約1.60km處。水庫控制流域面積1169km2，總庫容9.25億m3。樞紐工程主要建筑物包括斜墻土石壩、溢洪道、泄洪（導流）洞和輸水洞及電站。大壩壩頂高程117.80m，壩長4070m，最大壩高34.70m。

由于該項目工程量大、施工難度高、質量要求高，如果采用普通經緯儀的測量方法來投射如此長距離軸線，需要布設多個臨時過渡測站點，不僅工作量大，而且精度低，容易出現誤差累積。為此，在該項目的施工測量工作中選用了GTS-330拓普康電子全站儀。

施工測量在燕山水庫樞紐工程中應用相當廣泛，歸納起來主要表現在如下幾個方面：

（1）依據施工總布置圖和有關的測繪資料，布設施工測量控制網；

（2）針對各標段不同的施工要求，進行輪廓點的放樣，并在施工中進行校核檢查；

（3）提供局部施工中所需的各種測繪資料；

（4）對已完工項目進行收方測量，并以此為依據進行工程量計算。

1 施工測量中應注意的事項

1.1 嚴格儀器的對中整平是確保山區測量精度的關鍵

燕山水庫主要建筑物除大壩外，其他均布置在右岸的小燕山上，地勢相對復雜，在實際測量中，施工單位選用GTS-330拓普康電子全站儀進行各施工項目中的測量工作。測量儀器是進行測量的必要工具，熟悉儀器性能，掌握儀器的使用方法及進行正確讀數，是每個測量者必備的基礎知識。誤差存在于一切測量之中，分析測量過程中誤差產生的原因，提出削減誤差的辦法，并對測量結果中未能消除的誤差做出估計，是工程測量中的一項重要工作。在工程測量作業中，首先要進行儀器的對中整平工作，然后再對施測部位進行測量，對中整平將直接影響到觀測結果的精度。而且這一影響也不能通過盤左、盤右兩個盤位的觀測得到消除，隨著視線的豎直角越大，影響也就越大。為了克服整平誤差的影響，GTS-330裝有雙向傾斜補差器，可測出X方向（視準軸方向）和Y方向（橫軸方向）的傾角，并自動對水平角和豎直角進行修正。實現傾斜補償的操作如下：

（1）用照準部水準管將儀器整平；

（2）旋轉照準部使望遠鏡的視準軸與任意兩腳螺旋（設為A、B腳螺旋）的連線平行，然后固定；

（3）按〔MENU〕鍵后再按〔P4〕（P↓）鍵兩次，按〔F1〕鍵現實參數組1，按〔F3〕鍵現實傾斜傳感器雙軸（V/H）傾斜/開。啟動x、y方向傾斜改正功能，顯示

傾斜傳感器：（雙軸）

（4）轉動A、B兩腳螺旋使X傾角值為0002′10″，然后轉動另一腳螺旋（設為C），使Y傾角值為0000′00″，嚴格整平結束；

（5）按〔ESC〕鍵，返回角度測量模式。

1.2 注重環境因素對測量成果的影響

GTS-330拓普康電子全站儀屬精密電子儀器設備，為了保證測量成果的真實、可靠，在燕山水庫實際施工測量中，測量人員從以下幾方面給予了特別注意。

（1）首先，檢查儀器電池電壓是否能保證本次測量工作任務的完成，同時考慮在氣溫較低的條件下作業時，將儀器預熱時間考慮在內；

（2）其次，全站儀的反射棱鏡等器具應按出廠要求配套使用，未經計量部門檢定，不得與其它型號的相應設備互換使用。同時，反射棱鏡背面應避免有其它反光物的干擾，鏡面不得有水珠或灰塵沾污；

（3）在測距作業中，應在成像清晰、穩定的情況下進行，雨、雪及大風天氣不應作業；

（4）晴天作業時，儀器必須打傘遮陽，不宜逆光觀測，嚴禁將主機鏡頭對準太陽；

（5）架設儀器后，測站、鏡站不得離人。

2 隧洞平面及高程控制測量精度的估算

燕山水庫泄洪（導流）洞全長210m，為城門無壓洞，洞徑6m×7.80m；輸水洞全長307m,為圓型有壓洞，洞徑3.50m，對洞室平面控制測量都有相當高的精度要求。

2.1 隧洞平面控制測量精度的估算

在泄洪洞及輸水洞的測量中，按照實際情況，洞內導線按設計等級施測。因洞內通視條件的限制及施工等多方面的影響，造成部分斷面未能按預定路線進行施測，針對這種情況，施工單位根據已施測的成果對該導線進行精度估算。

對直伸型隧洞，采用直伸支導線終點的點位誤差作為洞內橫向貫通中誤差：

MBz=±mSβ2n＋(mβρL)2n+1.53

式中：n—導線邊數；mβ—測角中誤差；ms—測邊相對中誤差；L—導線全長,km。

非直伸型隧洞用非直伸支導線終點的點位誤差作為橫向貫通中誤差：

MBf=±mSβ2n＋(mβρL)2∑Dy2

式中：n—導線邊數；mβ—測角中誤差；ms—測邊相對中誤差；L—導線全長,km；∑Dy2-導線重心到各導線點距離的平方和（導線重心為導線各點坐標X、Y值的平均值），m2。

對還未施測的導線點仍以設計擬定的點位計算出各相應數值，只要MBz，MBf值不大于洞內設計橫向貫通中誤差即可。

2.2 隧洞高程控制測量精度估算

根據公式計算高程傳遞終點的精度，該式中m△為：

式中：△—測段往返測高差不符值；R—測段長度；n—測段數。

這種高程控制測量精度的估算方法適用于水準測量及三角高程測量。

3 土石方量測方法的分析比較

土石方量的計算方法有方格網法，等高線法，斷面法和三角網法。在工程施工測量時，無論是方格網法還是斷面法，其工作量都比較大，而且方格網法或斷面法很難反映地形的實際特征，使得測出的土方量與實際的土方量有較大的出入。等高線法存儲數據量大，數據結構復雜且難以建立。而三角網法構成的系統性能最完善，并能克服地形起伏不大的地區產生冗余數據的問題，精度高于方格網法、等高線法及斷面法。先進的技術和測量設備是完成測量工作的保障。在計算機科學日益發展的今天，可以用計算機工程軟件來測算更準確的土方量，大大節省內外業工作量。線路土方、場地土方估算中應用數字地面模型原理，所有數字計算和邏輯判斷都由計算機軟件自動完成，并能使估算過程達到自動化和規范化水平。如在燕山水庫工程導流(泄洪)洞中進行的土石方開挖計量,首先在原地形及收方地形中建立數字模型；然后計算原地形中數字模型（頂高程）與收方地形中數字模型（底高程）相減的數字模型；通過底高程與頂高程相減的數字模型來計算工程量。即計算在原地形中的各坐標點對應在收方地形中各坐標點的高程，求得各坐標點相對應的坐標點高差；或者計算在收方地形中的各坐標點對應在原地形中各坐標點的高程，求得各坐標點相對應的坐標點高差。在土方計算圖中，用兩個圖的坐標點高差數據建立數字模型，繪制等高線。為了避免三角網跨過填挖方分界線，應加密0等高線的坐標高程點數據，并加入兩個圖的坐標點高差數據，重新建立數字模型，生成三角網。通過三角網來計算每個三棱錐的填挖方量，然后匯總合計得到指定范圍內填方和挖方的土方量。

4 結語

工程測量是工程建設中最基礎的工作之一，燕山水庫自前期開工建設期間，就著重此項工作，提前建立了燕山水庫測量控制網（二等），同時在施工期根據實際工作需要，又進行了測量控制網網點的補充。為燕山水庫測量工作的順利進行奠定了基礎。

需要有一支工作經驗豐富、裝備精良的測量隊伍。各參建單位都配備有豐富施工經驗的測量專業技術人員，在整個施工測量中起到了主導作用。

燕山水庫工程測量以聯合測量模式為主進行。即現場測量工作采用由業主、監理、設計、地質和承包人組成的聯合測量小組進行測量工作。測量數據共同簽認，計算成果獨立進行，相互校對，確保了測量資料的透明度，減少了因獨立測量產生的爭議。大大節約了人力、物力，提高了工作效率。

專業的測量人員配合先進的測量儀器是施工測量工作順利進行的保證。燕山水庫工程主要采用全站儀、水準儀、先進的測量成圖軟件技術，大大提供了工作效率和測量精度。

[1]陳桂忠.隧洞洞內控制測量及質量控制探討[J].鐵道勘測與設計，2007（6）.

[2]吳華兵，王巖，賈寶宏.隧洞洞內控制測量的探析[J].山西建筑，2007（9）.