青山沖水庫工程施工控制網的設計與實施

陳艷會，陸日壯，趙慧

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222）

青山沖水庫工程施工控制網的設計與實施

陳艷會，陸日壯，趙慧

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222）

青山沖水庫是玉屏縣規(guī)劃建設的一座中型水庫，主要任務為向玉屏縣城供水、農村人畜供水和農田灌溉。為保證水庫工程和相關配套工程平高系統(tǒng)保持一致、確保項目各基礎建設順利實施，設計并實施了由18座觀測墩組成的三等GNSS施工控制網，為工程設計和施工提供了統(tǒng)一的施工基準。

水庫工程；施工控制網；設計；實施

1 前言

青山沖水庫位于貴州省銅仁地區(qū)玉屏縣城西北部邊緣的混寨河上，是玉屏縣規(guī)劃建設的一座中型水庫，壩址距離縣城約3km，主要任務為滿足玉屏縣城的經濟社會發(fā)展供水需求，改善當地農業(yè)灌溉條件，解決周邊農村居民的生活飲用水問題。水庫所在河流屬長江流域沅江水系舞陽河一級支流混寨河，水庫死水位為390.0 m，正常蓄水位為443.5 m，興利庫容1 171萬m3。

為保證水庫工程和相關配套工程平高系統(tǒng)一致、確保項目各基礎建設順利實施，設計并實施了由18座觀測墩組成的三等GNSS施工控制網，為工程設計和施工提供了統(tǒng)一的施工基準。

2 施工控制網的設計

2.1 布網設計

施工控制網平面坐標系統(tǒng)掛靠于1980西安坐標系的獨立坐標系，中央子午線為108°54′20″，投影面高程為446 m。測區(qū)內共有國家二等三角點3座，點名為米寨坡、棗子當、唐家屯，經過實地踏勘，棗子當和米寨坡2點可以使用，作為施工控制網起算點；唐家屯點位標芯丟失，作為檢核點。施工控制網起算點與該工程項目建議書階段和可研階段四等控制網起算點保持一致，坐標成果為3度帶。

觀測墩編號為QSC01—QSC18，其中右干管末端2座，編號為QSC01、QSC02；樞紐區(qū)6座，編號為QSC03—QSC08；無壓隧洞進出口各3座，編號為QSC09—QSC014；左干管與左支管相交處2座，編號為QSC15、QSC16；左干管末端2座，編號為QSC17、QSC18。施工控制網布網設計，如圖1所示。

圖1 施工控制網布網設計

2.2 觀測墩設計

控制點點位選在施工場地附近障礙物少、通視良好、交通便利、基礎穩(wěn)定、便于長時間保存的地方，點位的布設必須顧及場地情況、施工順序、放樣方法和使用頻率。為保證施工放樣觀測精度，采用帶強制歸心設備的標準混凝土觀測墩，現(xiàn)場澆筑制作。

觀測墩外形為直徑40 cm的圓柱形，柱高1.9 m，露出地面部分高1.2 m。觀測墩下澆筑底盤，底盤尺寸為1.1 m×1.1 m，高0.3m。為減小沉降誤差，底盤要求澆筑在新開挖的基巖上。觀測墩頂面配置帶強制歸心設備，為保護標志，標志中心加裝鐵質保護蓋盒。觀測墩規(guī)格尺寸，如圖2所示。

觀測墩澆筑完畢后，現(xiàn)場繪制GNSS點點之記。觀測墩正面噴繪“青山沖施工控制網”，背面噴繪“測量標志嚴禁搬動”，頂面印有編號和建造時間。施工控制網布設是工程技術設計的一部分，所有布設的控制點點位均要求繪制在施工設計總平面圖上。

圖2 觀測墩規(guī)格尺寸示意（單位/cm）

2.3 觀測方案設計

施工控制網布設成三等GNSS控制網，共由21個點組成，其中新布設觀測墩18座、聯(lián)測國家高等級三角點2個、聯(lián)測項目可研階段已有GNSS控制點1個。三等GNSS施工控制網采用靜態(tài)觀測方法，6臺天寶R8S接收機同步觀測。GNSS天線安置的對中允許誤差為1 mm（觀測墩采用強制對中，對中允許誤差為1 mm），天線高的量取精確至1 mm。觀測手簿內容填寫按照技術設計書要求如下進行：測站點名、接收機名稱（型號）、接收機編號、觀測者、開機時間、關機時間、時段號、天線高、日期。

（1）以國家高等級三角點為起算數據，獲取與國家1954年北京坐標系密切一致的成果，作為項目工程的平面控制基準。

（2）聯(lián)測項目可研階段已有GNSS控制點，維持施工控制網坐標成果與項目前期平面坐標系統(tǒng)一致，保證設計資料的延續(xù)使用性，減少不必要的坐標轉換工作。

GNSS控制網采用雙頻GNSS接收機同步觀測，以邊連接方式進行，以大地四邊形構成封閉式GNSS網環(huán)。多點同步觀測框架加強了GNSS網網型結構，確保了新建施工控制網的整體精度。

GNSS控制網外業(yè)觀測技術要求按《水利水電工程測量規(guī)范》（CSL197-2013）執(zhí)行，主要技術參數見表1。

表1 施工控制網GNSS外業(yè)觀測技術要求

3 施工控制網的實施

3.1 觀測墩埋設

根據觀測點位布設情況，組織6個人分成3個小組，采用拖拉機和人工抬扛的方式，將建筑材料運送到各個設計點位。埋設時，清除地表雜物及浮土，開挖至地下1 m深度，澆筑水泥混凝土底盤。綁扎鋼筋網架，固定好標石，采用2 m高直徑40 cm的鋼制外模板控制尺寸，灌注混凝土時人工振搗密實。觀測墩凝固穩(wěn)定后拆模，外表刷白油漆，噴涂文字標識。觀測墩實物，如圖3所示。

圖3 觀測墩

3.2 施工控制網測量

施工控制網布設成三等GNSS控制網，以邊連接方式進行，多個大地四邊形構成封閉式的GNSS網環(huán)。9個人分成6個小組，現(xiàn)場采用6臺天寶R9雙頻GNSS接收機同步觀測，每天2個時段觀測6個點，每個觀測時段進行2次觀測，每次至少2 h，中間不移動站點，以變更儀器高度形式進行。每天進行數據下載處理，包含多次重復邊測量。

3.3 測量數據處理

3.3.1 基線處理

在野外數據采集前，做好GNSS星歷預報，制定觀測計劃，保證數據采集的有效性。野外采集數據預處理使用隨機數據處理軟件，在計算機上完成，對當天采集的數據立即計算，通過殘差分布圖的顯示分析，對觀測質量不佳的數據予以剔除，對產生的周跳進行修復，確保外業(yè)數據的質量，全部基線解算按雙差固定解解算。

3.3.2 數據平差計算

基線解算完畢后，對基線的質量進行檢驗，質量合格的基線用于后續(xù)處理。出現(xiàn)不合格的，則對基線進行重新解算。最終基線的質量檢驗滿足同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差和重復基線較差等各項精度指標的要求。

GNSS網進行三維無約束平差后，以“棗子當”作為起算點，以“棗子當”到“米寨坡”方位角作為起算方向，采用一點一方位方法進行計算，以“唐家屯”為檢查點，納入1980西安坐標系進行二維約束平差。使用GNSS工具箱對控制點坐標進行高斯換帶，換帶中央子午線為108°54′20″，再將轉換后的坐標投影至446 m高程面。

3.3.3 控制網精度統(tǒng)計

三等GNSS控制網最弱相鄰點點位精度統(tǒng)計結果，見表2。

表2 三等GNSS控制網最弱相鄰點點位精度統(tǒng)計

三等GNSS網最弱相鄰點邊長相對中誤差精度統(tǒng)計結果，見表3。

表3 三等GNSS網最弱相鄰點邊長相對中誤差精度統(tǒng)計

根據數據統(tǒng)計，平面控制網精度滿足規(guī)范要求。

3.3.4 平差成果坐標轉換

高程面的提升值采用輻射投影計算程序進行計算。計算參數如下：施工控制網網點QSC09正處于整個測區(qū)中心，即輻射投影計算以QSC09作為轉換原點。①坐標投影高程面：446 m；②轉換原點：QSC09，中央子午線為108°54′20″，中心緯度為27°16′30″，大地水準面差值為24.9 m；③QSC09坐標：X=3018 422.513，Y=590 044.311（1980西安坐標系，中央子午線為108°）；④QSC09坐標：X=3018 095.030，Y=500 380.854（掛靠于1980西安坐標系的獨立坐標系，中央子午線為108°54′20″，該坐標由③中坐標采用GNSS工具箱坐標換帶計算得來，進行輻射投影計算時采用該坐標作為中心點坐標）。

4 施工控制網成果外部檢核

邊長投影按輻射投影近似公式計算程序進行，控制網邊長投影后，和現(xiàn)場高精度測距儀測定的邊長（經過改正）在446 m高程面進行比較，依據《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007），其限差不超過GNSS網相鄰點間邊長中誤差的2倍，其中σ為基線長度中誤差（mm）、a為固定誤差（mm）、b為比例誤差（mm/km）、D為平均邊長（km）。根據儀器標稱精度要求，a=10，b=5。坐標反算邊長與全站儀實測邊長比較，見表4。

表4 坐標反算邊長與全站儀實測邊長比較

從表4可得出檢測邊長較差均在限差范圍，最大的差值不到限差的2/3，不存在明顯的尺度誤差。邊長檢測驗證了GNSS施工控制網精度滿足要求。

5 結語

綜上，本項目從踏勘、資料收集、觀測墩制作到三等GNSS測量，每道工序均進行過程和成果兩級檢查，保證了項目各工序、各階段的成果質量。青山沖水庫工程施工控制網布設方案合理、工作效率高，各項精度指標均滿足規(guī)范要求。施工控制網的建立為整個工程施工奠定了堅實的基礎，尤其是數據轉換參數的建立更是節(jié)省了施工時間，為類似水利工程積累了實踐經驗。

[1]GB/T18314-2009，全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范[S].

[2]SL 197-2013，水利水電工程測量規(guī)范[S].

TV62+1；TV52

A

1004-7328（2017）06-0032-03

2017—07—10

陳艷會（1971—），女，高級工程師，主要從事水利水電工程設計工作。

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.06.008