光電全站儀在雙曲拱壩施工測量中的應用

李鎮云 鐘衛杰

1. 湖南省江華縣水利局 湖南 江華 425500；

2. 湖南柏帆建設有限公司 湖南 長沙 410000

1 工程概況

龍川水電站砼雙曲拱壩位于浙江省龍泉、景寧、慶元三縣市交境的鳳陽山脈岱根溪上游，壩址處河谷為對稱“V”型河谷，河床落差大，兩岸山體多為懸崖峭壁和原始森林，壩頂河谷寬度約200m，工地現場的外業測量通視條件很差；因地處深山老林，GPS信號非常弱。

龍川水電站砼雙曲拱壩工程由麗水市水利水電勘測設計院設計，拱壩設計采用浙江大學水工結構所“拱壩分析與優化程序系統”（ADAO：ADCAS&ADOPT）進行體型優化，選取混合線型；該拱壩壩項高程▽903.6m，最大壩高56.6m，拱冠梁底厚7.73m，壩頂厚2.18m，壩項弧長167.6m，厚高比1：0.137，弧高比2.961。

2 施工測量控制網

2.1 測量設備

投入的測量儀器設備：GTS光電全站儀一臺、反射棱鏡系統兩套、氣壓計一套、溫度計一套、CASIO程序計算器及其它配套設備。

2.2 布網原則及作用

因工程現場的河谷非常狹窄，河谷兩岸都是懸崖峭壁，現場通視條件非常差。根據雙曲拱壩施工工藝要求及施工地形通視條件，施工測量按不同高程梯段布置四級控制布網，第一級為大壩土石方測量控制網、第二級為▽855級基坑施工控制網、第三級為▽882級壩體施工控制網、第四級為▽930級壩體施工控制網。

第一級控制網用于前期大壩拱槽開挖施工測量，以業主單位移交的樞紐控制網中的S5、L31點為測量基準點，從該兩點出發在拱槽左右兩岸和壩址下游300米山坡上分別發展C01、C02、C03，三點均與基點S5通視?？紤]本控制網需同時用于700米輸水隧洞施工測量，所以在建網之前先期完成“隧洞進口”至“0#支洞”2400米復合導線控制測量。通過復合導線測量復測，樞紐網精度可靠；通過按四等光電測量完成第一級控制網的測量。

拱壩開挖施工完成后，為滿足大壩砼施工控制測量要求，根據地形特點及測量規范，從控制網基點S5、C02出發，在▽855m、▽882m、▽930m三個不同的高程梯段，按四等精度分別建立控制網，各高程梯段控制網之間分別完成聯測平差，形成了一套完整的立體控制體系，確保保證龍川電站雙曲拱壩完全在同一級控制系統下完成施測。

2.3 施測方法及精度控制

第一級控制網形成四邊形閉合環線；采用光電測距、測角、測高差；高程結合平面坐標綜合施測。各導線邊之間平距、高差、斜距、天頂距均四測回、正倒鏡儀器照準棱鏡讀數6次往返測量；各導線邊夾角正反各兩測回，正倒鏡讀數各6次施測。施測順序為：S5→C01→C02→C03→S5。導線控制網坐標成果平差計算按四邊形內角閉合差值分別配賦至各測角后計算坐標矢量值，坐標增量差按反號配賦原則平差。內角閉合差Wβ=-2.6’’，環線距離閉合差f=4mm，控制精度k=1/12.0萬。

第二級控制網按一條四等光電復合導線施測。因用于控制基坑砼施工測量的JK1號點布置在基坑上游偏左岸，JK2號點布置在基坑下游偏右岸，JK2號無法與起始點S5通視，但與C02通視。故從S5→JK1→JK2→C02，完成復合導線控制測量。施測方法同第一級控制網。

第三級控制網施測從S5出發，經▽882高程的BS1點至▽878高程的BS2點回至S5點，形成一閉合三角網。三角形各點位之間按四等級光電三角網精度控制施測；因本級控制網點之間距離均小于150米，故各點坐標采用簡易平差法計算，控制網精度達到k=1/15.4萬。為滿足大壩右岸▽878-▽882m高程區間的壩塊放樣要求，從第三級控制網中BS1點出發采用支導線法按四等級精度加密BS3點。

第四級控制網施測時，大壩壩體已上升至▽878高程，S5點已無法與C02點通視，故第四級控制網施測從S5出發，后視C01點，按逆時針方向，經至▽930m高程的BS5點回至S5點，形成四等級光電閉合三角網，并在S5點以上的懸崖底部（▽906m高程）采用支導線法按四等光電測距精度加密BS6點，并從BS6至BS4完成復合檢測。

為檢測一、二、三、四級各控制網之間精度，我們將儀器架于第四級網中的BS4點分別對第一級網的C02和第三級網的BS1點進行復測，復測點位中誤差分別達到0.7mm和0.4mm，由此證明，整個控制網體系精度可靠。

3 施工放樣測量

3.1 拱壩開挖放樣測量

根據大壩設計參數，首先對設計院所提供的部分特征坐標進行復算，用于開挖放樣的徑向拱槽特征坐標根據設計參數，利用CASIO程序計算器編制程序加密計算至每2.0米高程斷面；加密計算坐標后，利用AutoCAD軟件在電腦內成平面圖復核計算坐標是否落在拱壩不同曲率半徑所對應的弧段上，當復核無誤并報監理審驗后方可用于施工放樣；加密特征點主要采用極坐標放樣法測放至地面以用于控制開挖深度；對于拱槽開口線測點測放，在施測現場根據上下游中點坐標及方位角，實測三維坐標，可反算出開挖邊線實地平面位置。

基于已建立的第一級控制網，我們在控制點布點施測時已充分考慮各點對主要建筑物的施測控制。開挖放樣主要采用極坐標法施測，高程主要用光電三角高程測量，放樣點在條件允許情況下附合至臨近基本控制點。

根據經監理審批的“大壩土石方開挖施工組織設計方案”，本工程因地形情況特殊，拱槽開挖采用了“先開挖先鋒槽，再進行保護層開挖”的方法。即首先通過爆破試驗獲得有關的第一手爆破參數，再從下至上先進行先鋒槽的開挖，待先鋒槽開挖完成后，從上至下進行保護層開挖。根據施工進度要求，大壩拱槽放樣分左右岸兩部分及河床分期進行，河床放樣在左右岸拱槽開挖之后。左右岸拱槽放樣按自下而上實施放樣，拱槽放樣主要是測放拱槽中心點、斷面加密點及預留2.0m保護層后開挖線，各放樣點作好詳細記錄，作為爆破鉆孔依據；各標準斷面中點鉛直向下計算開挖深度，邊坡按設計拱槽開挖坡比1:0.3沿徑向計算至開口線；施測完成后向鉆爆施工隊詳細交樁并提供各邊坡點平距、高差、斜距、坡比及坐標數據等，記錄計算表見下表。

爆破放樣記錄計算表

保護層開挖放樣，按加密計算的拱槽特征坐標，每2.0m設計徑向斷面測放拱槽中點及邊線點作為光面爆破開挖施工依據，保證拱槽開挖斷面形成徑向。

3.2 拱壩壩體放樣測量

雙曲拱壩施工測量程序流程如下：

設計坐標復算→同高程CAD平面成圖→放樣坐標捕捉成表→倉面測量放樣→成型砼檢測→CAD成圖復核

“設計坐標復算”方法與開挖加密特征坐標計算過程相同，采用CASIO程序計算器程序計算。

“同高程CAD平面成圖”主要是將復算無誤后的坐標錄入電腦后反映出不同砼澆筑層型體尺寸，根據立模及砼澆筑要求酌情加密放樣坐標點，并在平面圖內測算出澆筑層砼工程量和模板工程量。

“放樣坐標捕捉成表”是指將平面圖內的擬定放樣點（含立模、鋼筋、細部結構等）由“CAD”坐標文字轉換成“Word”表格，轉換后可用于施測的“放樣坐標計劃表”如下：

放樣坐標計劃表

表中N、E為放樣坐標。

倉面測量放樣是放樣的實施階段，主要利用GTS光電全站儀，綜合運用極坐標法和直角坐標法將放樣坐標測放至實地。

成型砼檢測與測量放樣同時進行，檢測記錄Z為實測高程，B為成型砼偏差，檢測記錄直接錄入放樣計劃表。

“CAD成圖復核”是指將復測后數據再次成圖，既作為成型砼的內業檢查，又作為竣工資料的一部分。

4 結束語

在龍川電站雙曲拱壩建設過程中，通過有效運用光電全站儀和電腦軟件，在不同的高程梯段建立了立體的、高精度的“多級控制網體系”；并制訂和執行了切實可行的“全站儀施工放樣測量方案”。龍川電站雙曲拱壩壩基開挖和主體混凝土放樣精度達到了規范要求，開挖后拱槽呈標準的徑向斷面，壩體成型后的外觀曲線偏差95%以上都在20mm以內。應用于龍川電站雙曲拱壩的“光電全站儀多級控制網體系”和“施工放樣測量方案”，對通視條件不好、GPS信號差的峽谷地形內的攔河壩工程，具一定的借鑒作用。