水利水電工程測(cè)量誤差控制關(guān)鍵點(diǎn)分析

劉軍鋒 劉銀鳳 張?zhí)靷}(cāng)

（1.四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司 四川成都 610072 2.中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司 河南鄭州 450000）

水利水電工程測(cè)量誤差控制關(guān)鍵點(diǎn)分析

劉軍鋒1劉銀鳳2張?zhí)靷}(cāng)2

（1.四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司 四川成都 610072 2.中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司 河南鄭州 450000）

對(duì)于水利水電工程來說，測(cè)量技術(shù)在很大程度上影響著工程的施工質(zhì)量。在實(shí)際的水利水電工程測(cè)量過程中，由于多種因素的影響（包括儀器因素、操作人員的觀察力以及外部其他因素等等），必然會(huì)出現(xiàn)一定程度的測(cè)量誤差，這就需要對(duì)引起誤差的相關(guān)因素進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的措施對(duì)其進(jìn)行控制。本文主要對(duì)水利水電工程中引起測(cè)量誤差的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析，同時(shí)提出了相應(yīng)的注意事項(xiàng)，希望能夠?qū)λ姽こ虦y(cè)量有所幫助。

水利水電工程；測(cè)量誤差；關(guān)鍵點(diǎn)分析

引言

作為一項(xiàng)綜合性技術(shù)，工程測(cè)量技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目施工、規(guī)劃以及施工管理等各個(gè)環(huán)節(jié)都發(fā)揮著重要作用，并在各個(gè)領(lǐng)域得到普及應(yīng)用。在具體的工程建設(shè)過程中，工程測(cè)量的內(nèi)容主要包含控制、施工、地形、水下及竣工測(cè)量等各個(gè)環(huán)節(jié)。隨著經(jīng)濟(jì)及科技的發(fā)展，測(cè)量技術(shù)也取得了良好的發(fā)展成果。測(cè)量?jī)x器設(shè)備不斷的進(jìn)行更新、測(cè)量方法的不斷改進(jìn)以及全過程質(zhì)量管理等等都使得水利水電工程的測(cè)量水平上升到了新的高度，極大的促進(jìn)了我國(guó)水利水電工程質(zhì)量的進(jìn)步。與此同時(shí)，任何技術(shù)都不是完美無缺的，所以在水利水電工程測(cè)量過程中誤差的產(chǎn)生是在所難免的。例如在對(duì)某段距離進(jìn)行往返測(cè)量過程中，或者對(duì)某一角度進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)都會(huì)得到不同的結(jié)果。這就說明了測(cè)量結(jié)果不可避免的存在著誤差。因此，在水利水電工程中的距離、角度以及水準(zhǔn)觀測(cè)等方面要嚴(yán)格關(guān)注環(huán)境的影響，同時(shí)還要加強(qiáng)儀器的調(diào)平校準(zhǔn)，盡可能將人為誤差降到最低，從而提升測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，進(jìn)一步提升水利水電工程的建設(shè)質(zhì)量。

1 以隧道開挖為例闡述平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差分析

貫通前，有關(guān)隧洞的平面控制測(cè)量均由支導(dǎo)線組成。開挖后，首先要對(duì)支導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，其中主要包括施測(cè)等級(jí)以及誤差估算，這些工作均以洞內(nèi)施工方式（如單向還是雙向），開挖尺寸以及精度要求為基礎(chǔ)，為了后期測(cè)量方案和施工設(shè)備的選擇做鋪墊。

設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備工作主要有以下兩個(gè)方面：①將貫通面和開挖平面以圖紙的方式展示出來；②根據(jù)實(shí)際施工的洞內(nèi)環(huán)境，包括出渣和通視情況等對(duì)測(cè)量的影響在圖紙上確定導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)位置。橫向貫通的誤差主要由導(dǎo)線邊長(zhǎng)和測(cè)角組成，這兩方面的誤差對(duì)于隧洞的貫通精度帶來的影響很大，因此下面就橫向貫通中的誤差進(jìn)行分析。

由相關(guān)誤差傳播原理可知，導(dǎo)線的測(cè)邊和測(cè)角這兩者相互獨(dú)立，因此，在橫向貫通誤差分析中，對(duì)于測(cè)角和測(cè)邊所引起的兩個(gè)誤差可以分開討論：

對(duì)于測(cè)角誤差引起的橫向貫通誤差myβ，另一方面，在測(cè)邊過程中的橫向貫通誤差用mys表示，最后，根據(jù)測(cè)邊和測(cè)角分別引起的橫向貫通誤差myβ和mys來計(jì)算貫通面上由于導(dǎo)線測(cè)量所引起的總的橫向貫通中誤差，用my表示。

2 水準(zhǔn)儀的誤差來源以及控制

水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)于水利水電工程來說具有非常重要的作用。水準(zhǔn)測(cè)量主要是通過幾何原理，通過水平視線對(duì)兩點(diǎn)之間的高差進(jìn)行測(cè)量。在水準(zhǔn)測(cè)量誤差中最主要的包括儀器誤差以及觀測(cè)誤差兩種：

2.1 儀器誤差

所謂的儀器誤差指的是水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)管軸與其望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸偏斜形成的一種誤差。通常情況下，都需要對(duì)儀器進(jìn)行校正之后才可以進(jìn)行測(cè)量，但是誤差仍舊無法避免。即便是水準(zhǔn)管軸處于水平的位置，水管內(nèi)的氣泡處于中心位置，然而望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸的狀態(tài)不可控制，這也是讀數(shù)誤差形成的原因，該種誤差與視距的長(zhǎng)度呈正比，觀測(cè)過程中可以利用中間法以及距離補(bǔ)償法進(jìn)行消除。

除此之外還具有水準(zhǔn)尺誤差，主要包括尺長(zhǎng)誤差、零點(diǎn)誤差以及刻劃誤差等等。所以在施工測(cè)量過程中要對(duì)所用水準(zhǔn)尺進(jìn)行相關(guān)檢查，盡量避免使用具有尺長(zhǎng)誤差以及刻劃誤差的標(biāo)尺。若只能使用此種標(biāo)尺，應(yīng)找到誤差的相關(guān)特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)的修正之后才可使用。對(duì)于水準(zhǔn)尺的零誤差來說，控制誤差的最主要方式就是在某一水準(zhǔn)測(cè)量段內(nèi)輪流使用兩根水準(zhǔn)尺，同時(shí)要將測(cè)段站數(shù)目設(shè)置為偶數(shù)，這樣可以很好的將高差消除，并且能夠降低刻劃誤差以及尺長(zhǎng)誤差的影響。

若是在觀測(cè)過程中水準(zhǔn)尺是垂直于視線歪斜進(jìn)行設(shè)置的，那么觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡的十字絲就比較容易的進(jìn)行調(diào)整，將歪斜進(jìn)行糾正。但若是水準(zhǔn)尺的歪斜方向和觀測(cè)視線方向相同或者方向相反時(shí)就不容易發(fā)現(xiàn)并調(diào)整，不管是通過前傾的方式還是向后傾斜的方式都不能消除尺上的讀數(shù)誤差，都會(huì)增大尺上的讀數(shù)。這是因?yàn)樗疁?zhǔn)尺的歪斜角以及尺上的讀數(shù)大小都會(huì)影響到讀數(shù)的大小，并且尺的歪斜度越大尺上的讀數(shù)就會(huì)越大。

2.2 觀測(cè)誤差

（1）符合水準(zhǔn)氣泡居中產(chǎn)生的誤差。由于符合水準(zhǔn)氣泡沒有嚴(yán)格的進(jìn)行居中使得望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸傾斜面產(chǎn)生讀數(shù)誤差，因此在觀測(cè)中要注意儀器的調(diào)平；

（2）水準(zhǔn)尺的傾斜誤差。在測(cè)量過程中要特別注意水準(zhǔn)尺是否處在直立狀態(tài)，因水準(zhǔn)尺寸傾斜導(dǎo)致較大測(cè)量誤差的出現(xiàn)，而且傾斜越厲害，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性影響也就越大。如果將水準(zhǔn)面用水平面來代替，其高程形成的誤差要比對(duì)高程測(cè)量過程中產(chǎn)生的誤差要大出許多。所以，在對(duì)高程進(jìn)行測(cè)量的過程中，即便是短距離也不要采用水平面替代水準(zhǔn)面的方式，同時(shí)要對(duì)地球曲率方面的因素予以充分考慮，并在具體測(cè)量過程中使用中間法有效消除；

（3）視差的影響。在測(cè)量過程中，視差的影響主要體現(xiàn)在十字絲和尺像存在不重合的問題，所以在讀數(shù)過程中由于位置的不同會(huì)對(duì)讀出的數(shù)據(jù)有較大影響；

（4）水準(zhǔn)尺估度產(chǎn)生的誤差。水準(zhǔn)尺估度主要受視線長(zhǎng)度以及望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)的影響，一旦這兩個(gè)方面的操作無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，則以及導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。

2.3 外界影響的誤差

（1）由于設(shè)備下沉造成的誤差。在水準(zhǔn)測(cè)量過程中，最為常見的誤差之一就是儀器設(shè)備下沉造成的誤差。此種誤差主要是因?yàn)閮x器設(shè)備放置環(huán)境造成的，尤其是放置在土質(zhì)比較松軟的區(qū)域，造成儀器腳架不夠穩(wěn)定，在測(cè)量時(shí)受到不同外部因素的影響，再加上自身的重力作用非常容易出現(xiàn)下沉的問題。

（2）轉(zhuǎn)點(diǎn)下沉引起的誤差。同儀器下沉的原理一樣，轉(zhuǎn)點(diǎn)也會(huì)出現(xiàn)下沉的現(xiàn)象，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了重要的影響。

3 角度誤差的來源以及注意事項(xiàng)

3.1 儀器誤差

儀器誤差主要包括兩方面內(nèi)容：①儀器加工制造方面的缺陷造成的誤差；②儀器調(diào)校缺陷造成的誤差。

3.2 觀測(cè)誤差

（1）對(duì)中誤差。儀器具有的對(duì)中誤差對(duì)角度測(cè)量具有較大影響，其和到目標(biāo)的距離成反比。因此在角度測(cè)量時(shí)，要尤其關(guān)注邊長(zhǎng)較短并且轉(zhuǎn)折角接近180°的對(duì)中情況；

（2）標(biāo)桿傾斜誤差。一般情況下在進(jìn)行角度測(cè)量時(shí)，常將標(biāo)桿立于目標(biāo)點(diǎn)上照準(zhǔn)標(biāo)志，若是標(biāo)桿傾斜并且對(duì)準(zhǔn)標(biāo)桿的上部位置時(shí)，就會(huì)使瞄準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)有較大的偏離從而造成目標(biāo)偏心誤差。因此在進(jìn)行水平角觀測(cè)時(shí)，標(biāo)桿要保持在豎直狀態(tài)，并且要用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)標(biāo)桿的底部往上移動(dòng)至棱鏡中心線；

（3）整平誤差。測(cè)量?jī)x器若是沒有很好的整平就會(huì)造成儀器豎軸以及橫軸的傾斜。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡繞著橫軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，視準(zhǔn)軸會(huì)掃出傾斜面。在用盤左盤右觀測(cè)過程中此誤差就會(huì)嚴(yán)重影響水平角的角值，不能采用正倒鏡的觀測(cè)方法進(jìn)行消除，因此觀測(cè)前一定要將儀器整平。

4 以隧洞內(nèi)控制測(cè)量為例的精度估算和增加貫通精度的措施

雖然根據(jù)上述原則對(duì)設(shè)計(jì)等級(jí)進(jìn)行了合理的選取，但是由于實(shí)際施工環(huán)境下，由于現(xiàn)場(chǎng)條件以及其他的一些因素的干擾，可能導(dǎo)致原有擬定方針路線無法按照既定計(jì)劃來實(shí)施，在這種情況下，就必須對(duì)原定方案進(jìn)行修改，對(duì)修改后的導(dǎo)線進(jìn)行精度估算。

針對(duì)實(shí)際情況中出現(xiàn)的不同隧洞類型，我們要采用相應(yīng)的估算方法，這里不做過多闡述，下面我們具體闡述增加貫通精度的措施：

（1）保證各點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算準(zhǔn)確無誤，除此之外，對(duì)一些投影的計(jì)算要嚴(yán)格規(guī)范；

（2）測(cè)量過程中，必須滿足規(guī)范中相關(guān)等級(jí)限差要求。注意相關(guān)儀器的參數(shù)設(shè)置是否正確，如是否有氣泡偏離及儀器存在縫隙等，保證棱鏡基座的正確安放。除此之外，應(yīng)該盡量選取三聯(lián)腳架法進(jìn)行相關(guān)測(cè)量。

（3）隧洞的開挖過程中，即時(shí)注意導(dǎo)線點(diǎn)的增設(shè)，臨時(shí)點(diǎn)最好不要超多三個(gè)。經(jīng)常核查隧洞的開挖軸線及尺寸是否正確。

（4）最好采用等邊直伸型來對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行布設(shè)并且盡量選取長(zhǎng)導(dǎo)線。

5 嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行測(cè)量

水利水電工程施工中要有較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖紙，相應(yīng)的施工人員要嚴(yán)格遵照?qǐng)D紙上的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工放線操作。在正式施工之前，首先要對(duì)整體的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行熟悉、了解和掌握，充分理解圖紙的設(shè)計(jì)意圖，對(duì)于水利水電工程的整體位置以及相互之間的關(guān)系進(jìn)行熟悉，明確了解工程的測(cè)量精度，事前準(zhǔn)備好測(cè)量過程中所需要的儀器設(shè)備等，熟悉施工測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)以及工程進(jìn)展情況。對(duì)于工程各個(gè)部位的尺長(zhǎng)進(jìn)行認(rèn)真的核對(duì)校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)進(jìn)行上報(bào)并且快速處理，以保證整體工程準(zhǔn)時(shí)高質(zhì)量的完成。

6 閉合導(dǎo)線測(cè)量

筆者嚴(yán)格按照閉合導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)的要求進(jìn)行測(cè)量，首先對(duì)路線進(jìn)行踏勘選點(diǎn)及立標(biāo)志，接著用鋼尺量導(dǎo)線的邊長(zhǎng)（量水平距離），然后依次測(cè)量每一個(gè)角度，并將所測(cè)得的數(shù)據(jù)記錄。在完成了外業(yè)后，我們進(jìn)行較為復(fù)雜的內(nèi)業(yè)計(jì)算：

（1）角度閉合差的計(jì)算與調(diào)整，計(jì)算角度閉合差：n邊形閉合導(dǎo)線內(nèi)角和的理論值∑βth=（n-2）×180°=（5-2）×180°=540°

由于觀測(cè)水平角不可避免地含有誤差，致使實(shí)測(cè)的內(nèi)角之和∑βm不等于理論值∑βth，兩者之差為角度閉合差，用fβ表示，即：

fβ=∑βm-∑βth=∑βm-（n-2）×180°=540°00′50″-（5-2）×180°=+50″

（2）計(jì)算角度閉合差的容許值，根據(jù)圖根導(dǎo)線角度閉合差的容許值fβp的計(jì)算公式得：

計(jì)算檢核：∑vβ=-10″-10″-10″-10″-10″=-50″=-fβ

（4）計(jì)算改正后的水平角

βi改=β2+vβ=80°27′18″+（-10″）=108°27′08″

（5）推算各邊的坐標(biāo)方位角

α23=α12+180°+β2=335°24′00″+180°+180°27′08″=623°51′03″-360°=263°51′08′″

（6）坐標(biāo)增量的計(jì)算及其閉合差的調(diào)整

①計(jì)算坐標(biāo)增量

△x12=D12cosα12=201.60m×cos335°24′00″=±183.30m

△y12=D12cosα12=201.60m×sin335°24′00″=-83.92m

用同樣的方法，計(jì)算出其它各邊的坐標(biāo)增量值

②計(jì)算坐標(biāo)增量閉合差∑△xm=-0.30m，∑△ym=-0.08m

③計(jì)算導(dǎo)線全長(zhǎng)閉合差WD和導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差

④調(diào)整坐標(biāo)標(biāo)增量閉合差

然后用同樣的方法，計(jì)算出其它各導(dǎo)線邊的縱、橫坐標(biāo)增量改正數(shù)，

（7）計(jì)算改正后的坐標(biāo)增量

△x12改=△x12+Vx12=+183.30m+0.05m=+183.35m

△y12改=△y12+Vy12=-83.92m+0.02m=-83.90m

接著用同樣的方法，計(jì)算出其它各導(dǎo)線邊的改正后坐標(biāo)增量

（8）根據(jù)起始點(diǎn)1的已知坐標(biāo)和改正后各導(dǎo)線邊的坐標(biāo)增量，依次推算出各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)：

x2=x1+△x′12=500.00m+183.35m=683.35m

x3=x2+△x′23=685.35m+（-28.14m）=655.21m

x4=x3+△x′34=655.21m+（-235.68m）=419.53m

x5=x4+△x′45=419.53m+（-111.54m）=307.99m

最后推算起始點(diǎn)1的坐標(biāo)其值與原坐標(biāo)值相等（307.99m+192.01m=500.00m），所以此成果合格。

7 結(jié)束語

在水利水電工程測(cè)量過程中，一般情況下都是通過增加時(shí)間或者采用更多步驟來降低或消除測(cè)量方面的誤差。不管是環(huán)境方面的因素還是人為方面的因素都應(yīng)該采取相應(yīng)措施盡力避免其發(fā)生。因此在實(shí)際的測(cè)量工作中，只有通過對(duì)儀器熟練操作以及基本知識(shí)的熟練掌握才能提升觀測(cè)的速度。同時(shí)要采取較為規(guī)范的方法，嚴(yán)格按照正確的步驟進(jìn)行執(zhí)行才能獲得相對(duì)正確的結(jié)果。測(cè)量中，要認(rèn)真觀測(cè)，對(duì)于測(cè)量的結(jié)果要反復(fù)的校核，最大程度降低測(cè)量誤差，確保水利水電工程的順利實(shí)施。

[1]《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》（SL.52-93）.

[2]程 亮.水利水電工程測(cè)量誤差控制要點(diǎn)分析[J].科技風(fēng)，2014（21）：33～37.

[3]陳 靜.水利水電工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（04）：73～76.

[4]曹宏彬.水利水電工程測(cè)量中高等級(jí)GPS控制網(wǎng)精度評(píng)定[J].海河水利，2005（05）：69～73.

[5]李栓國(guó).水利水電工程平面控制測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的建立[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2008（04）：21～24.

TV221

A

1004-7344（2016）18-0107-02

2016-5-20

劉軍鋒（1985-），男，助理工程師，大專，主要從事工程測(cè)量技術(shù)等相關(guān)工作。

劉銀鳳（1982-），女，助理工程師，大專，主要從事工程管理等相關(guān)工作。

張?zhí)靷}(cāng)（1984-），男，助理工程師，本科，主要從事工程管理等相關(guān)技術(shù)工作。