雙曲拱壩快速測量放樣方法探討

【摘要】碾壓混凝土筑壩技術(shù)以其施工速度快、工期短等優(yōu)勢備受壩工界青睞，建壩周期相比同類的常態(tài)混凝土壩可以縮短1/3以上，可以說“快速”是碾壓混凝土筑壩技術(shù)的最大優(yōu)勢。而在雙曲拱壩施工中，壩體高度大，體型設(shè)計(jì)參數(shù)繁多，數(shù)學(xué)模型復(fù)雜多變，測量施工放樣及內(nèi)業(yè)資料整理計(jì)算量極大，傳統(tǒng)的測量方法已經(jīng)無法滿足工程施工需要。如何在保證壩體體型精確控制的前提下滿足碾壓混凝土的快速施工要求，對測量工作是一個(gè)技術(shù)難題。象鼻嶺項(xiàng)目測量技術(shù)人員在分析碾壓混凝土雙曲拱壩施工要求和技術(shù)特點(diǎn)下，經(jīng)過實(shí)踐總結(jié)驗(yàn)證，提煉出了一套適合于碾壓混凝土雙曲拱壩快速施工放樣的方法，該方法在貴州牛欄江象鼻嶺水電站中得以充分應(yīng)用，不僅提高了工作效率和測量精度，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為以后類似工程提供了借鑒、參考經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】拱壩；快速；測量；放樣；方法

1、前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，簡單、自動、直觀、系統(tǒng)、高效已成為測量行業(yè)的必然發(fā)展趨勢。特別是碾壓混凝土雙曲拱壩的施工過程中，由于采用碾壓混凝土施工，壩體可連續(xù)不間斷澆筑上升，加之雙曲拱壩體型復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的計(jì)算器計(jì)算能力已不能滿足施工進(jìn)度和精度的要求。如何快速、自動、系統(tǒng)、直觀地對壩體體型進(jìn)行控制，減少繁瑣而沉重的計(jì)算、記錄和資料整理工作，已成為測量工作人員的一種追求。

碾壓混凝土筑壩技術(shù)以其施工速度快、工期短等優(yōu)勢備受壩工界青睞，而在雙曲拱壩施工中，壩體高度大，體型設(shè)計(jì)參數(shù)繁多，數(shù)學(xué)模型復(fù)雜多變，測量施工放樣及內(nèi)業(yè)資料整理計(jì)算量極大，傳統(tǒng)的測量方法已經(jīng)無法滿足工程施工需要。如何在保證壩體體型精確控制的前提下滿足碾壓混凝土的快速施工要求，對測量工作是一個(gè)技術(shù)難題。

象鼻嶺水電站項(xiàng)目技術(shù)人員在分析碾壓混凝土雙曲拱壩施工要求和技術(shù)特點(diǎn)下，根據(jù)雙曲拱壩的體型參數(shù)，開發(fā)了《雙曲拱壩快速測量放樣系統(tǒng)V1.0》（計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)號2016SR041081）。該軟件適應(yīng)的編程語言為VB.NET，開發(fā)工具為Microsoft Visual Studio 2005，在掌上電腦及計(jì)算機(jī)上均可以運(yùn)行。利用VB net語言開發(fā)的掌上電腦版雙曲拱壩快速測量放樣系統(tǒng)軟件，采用測量儀器+掌上電腦的測量方式，在象鼻嶺水電站大壩工程中實(shí)現(xiàn)了快速智能測量，實(shí)時(shí)指導(dǎo)拱壩模板調(diào)整，實(shí)施效果經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2、方法特點(diǎn)

《雙曲拱壩快速測量放樣系統(tǒng)》是一套適合于各種拱壩型式放樣的測量軟件，采用測量儀器+掌上電腦的測量方式達(dá)到快速放樣的效果。它以掌上電腦為運(yùn)行載體，運(yùn)行快捷，操作簡單，使復(fù)雜的雙曲拱壩體型計(jì)算變?yōu)楹唵蔚氖止げ僮鳎蟠蠹涌炝爽F(xiàn)場施工放樣的速度和內(nèi)業(yè)資料的工作效率。

（1）使用靈活自由。該測量方法采用施工控制網(wǎng)加密分層布設(shè)技術(shù)，不僅解決了高拱壩施工測量精度控制要求，還可以在碾壓混凝土施工倉面快速設(shè)站進(jìn)行測量放樣，靈活自由，便于施工現(xiàn)場的溝通和指揮。

（2）工作效率高。將全站儀有線串行接口通訊改造為無線藍(lán)牙通訊，通過藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)掌上電腦與全站儀的指令及數(shù)據(jù)傳輸，減少了傳統(tǒng)測量工作的操作步驟，提高了測量工作的效率并避免了手工數(shù)據(jù)輸入錯誤的發(fā)生。

（3）測量控制過程直觀、快捷、精準(zhǔn)。利用《雙曲拱壩快速測量放樣系統(tǒng)》軟件對壩體體型進(jìn)行測量控制，使復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算變?yōu)楹唵蔚氖止げ僮鳎庇^、快捷、精準(zhǔn)。

（4）進(jìn)行測量內(nèi)業(yè)資料整理，可實(shí)現(xiàn)任意壩面位置參數(shù)的快速、批量計(jì)算，進(jìn)而形成CAD圖形。

3、工藝原理

（1）根據(jù)壩址地形，按高度合理地分層布置施工加密控制網(wǎng)，在觀測墩上架設(shè)棱鏡（局部采用反射片進(jìn)行補(bǔ)充），采用全站儀后方交會的方法在碾壓混凝土倉面進(jìn)行自由設(shè)站。

（2）對全站儀通訊端口進(jìn)行改造，對于本身自帶藍(lán)牙功能的全站儀，只需開通串行端口即可，本身不帶有藍(lán)牙功能的全站儀，采用“數(shù)據(jù)線+藍(lán)牙收發(fā)器”來實(shí)現(xiàn)儀器的藍(lán)牙通訊功能。

（3）根據(jù)雙曲拱壩體型設(shè)計(jì)參數(shù)，開發(fā)《雙曲拱壩快速測量放樣系統(tǒng)》軟件的PDA（掌上電腦）版及PC版，利用軟件進(jìn)行測量外業(yè)的施工放樣和內(nèi)業(yè)資料整理。

4、操作要點(diǎn)

（1）軟件參數(shù)設(shè)置

①體型參數(shù)設(shè)置不可改動，必須與設(shè)計(jì)圖中參數(shù)一致，并定期進(jìn)行檢查復(fù)核。

②全站儀通訊端口參數(shù)必須與《雙曲拱壩快速測量放樣系統(tǒng)》軟件的PDA（掌上電腦）版保持一致，以便快速無誤連接藍(lán)牙。

③軟件使用過程中避免點(diǎn)選與實(shí)際需求不匹配功能（如鎖高、縮邊、棱鏡高等），防止實(shí)際放樣與放樣需求造成偏差。

④隨時(shí)檢查全站儀測量數(shù)據(jù)與PDA測量數(shù)據(jù)保持一致，以免不確定因素造成測量數(shù)據(jù)讀取錯誤。

（2）控制網(wǎng)的建立

根據(jù)水電站施工測量控制布網(wǎng)原則，采用兩級控制的方法，即施工首級控制網(wǎng)及施工加密控制網(wǎng)。施工首級控制網(wǎng)一般由業(yè)主單位提供，施工單位按規(guī)范要求做好相應(yīng)保護(hù)和復(fù)測。在首級施工控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，施工單位需要根據(jù)實(shí)際施工需要對控制網(wǎng)進(jìn)行加密。

①執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

《水電水利工程施工測量規(guī)范》DL/T5173-2012；

《國家三，四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》GB12898—91；

《國家三角測量規(guī)范》GB/T 17942-2000；

《中、短程光電測距規(guī)范》GB/T 16818-1997；

②加密控制網(wǎng)設(shè)計(jì)及布設(shè)

施工加密控制網(wǎng)等級應(yīng)根據(jù)首級施工控制網(wǎng)的精度及《水電水利工程施工測量規(guī)范》DL/T5173-2012中施工放樣的相關(guān)規(guī)定，并對比最末級控制網(wǎng)相對于同級起始點(diǎn)或鄰近高一級控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差等因素來確定。一般來說，大型水利水電工程施工控制網(wǎng)點(diǎn)選用二等，其它采用三等即可滿足施工需要。

平面加密控制網(wǎng)隨著大壩澆筑高度上升逐層進(jìn)行加密，大壩每上升50m左右，布設(shè)一層控制點(diǎn)，大壩左右岸、上下游均要分布到位。根據(jù)實(shí)際施工條件，距離大壩不超過400m，可以直接進(jìn)行放樣，起算點(diǎn)為大壩首級控制網(wǎng)點(diǎn)。

高程控制網(wǎng)布設(shè)采用三等水準(zhǔn)聯(lián)測2個(gè)平面控制點(diǎn)，其余網(wǎng)點(diǎn)采用光電三角高程代替三等水準(zhǔn)測量，為所有平面控制點(diǎn)提供三等水準(zhǔn)精度的高程。放樣可采用三角高程直接放樣。

觀測墩的選點(diǎn)、埋設(shè)、觀測以及計(jì)算等均按照相應(yīng)測量規(guī)范要求執(zhí)行。

（3）放樣前準(zhǔn)備

①設(shè)置及人員配置

A.測量設(shè)備采用帶有免棱鏡測量功能的全站儀，免棱鏡測量距離不小于400m，測量精度要滿足施工要求。

B.全站儀要開通串行通訊端口，以用于與掌上電腦的數(shù)據(jù)傳輸。為便于施工現(xiàn)場操作，減少數(shù)據(jù)線的纏繞，可將掌上電腦與全站儀的連接更改為藍(lán)牙連接。對于不帶藍(lán)牙功能的全站儀，需增設(shè)串口藍(lán)牙造配器，將數(shù)據(jù)線連接改造成藍(lán)牙無線連接。

C.掌上電腦硬件要求：選用HP4700，CPU 624MHz，ROM128M，RAM64M，4.0寸顯示屏分辨率640×480。

D.測量需要配置測量隊(duì)長1名，測量內(nèi)業(yè)1名，外業(yè)施工測量每組配測量人員2名，工作組數(shù)按現(xiàn)場需要配置。

E.測量人員均要持證上崗。

②測量軟件研發(fā)

根據(jù)雙曲拱壩的體型參數(shù)，開發(fā)了《雙曲拱壩快速測量放樣系統(tǒng)V1.0》（計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)號2016SR041081）。該軟件適應(yīng)的編程語言為VB.NET，開發(fā)工具為Microsoft Visual Studio 2005，在掌上電腦及計(jì)算機(jī)上均可以運(yùn)行。

《雙曲拱壩快速測量放樣系統(tǒng)V1.0》可實(shí)現(xiàn)掌上電腦（或計(jì)算機(jī)）與全站儀的藍(lán)牙無線通訊，進(jìn)而通過掌上電腦（或計(jì)算機(jī)）對全站儀進(jìn)行操控測量。安裝該軟件的掌上電腦可自動接收全站儀觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算雙曲拱壩任意高程面壩體參數(shù)并生成圖形圖片，批量計(jì)算任意高程面逐樁的大地坐標(biāo)和施工坐標(biāo)，對放樣數(shù)據(jù)計(jì)算和放樣日志自動記錄，實(shí)測任意點(diǎn)位分析等功能，結(jié)合全站儀免棱鏡測量功能，實(shí)時(shí)指導(dǎo)拱壩模板立模，可大幅度提高測量放樣計(jì)算速度，滿足雙曲拱壩快速立模的需要。

5、結(jié)語

象鼻嶺水電站碾壓混凝土雙曲拱壩在施工測量時(shí)，每一組外業(yè)需2人即可完成作業(yè)，且僅需要點(diǎn)擊兩次掌上電腦就完成了壩體體型偏差的計(jì)算（時(shí)間約為5秒），大大加快了施工測量的速度，減少了測量人員的投入，滿足了碾壓混凝土快速筑壩的要求，同時(shí)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)良好履約，象鼻嶺水電站于2017年4月26日開始蓄水，2017年7月底電站兩臺機(jī)組相繼并網(wǎng)發(fā)電，2017年10月大壩全線封頂。本項(xiàng)目運(yùn)用的測量儀器+掌上電腦的測量方式，大大的擴(kuò)展了全站儀的計(jì)算性能，不僅僅適用于雙曲拱壩，還適用于其他所有的野外測量工作，測量人員只需要對掌上電腦上的測量軟件進(jìn)行深度開發(fā)利用，還可以開發(fā)出更多的、適用面更廣的測量軟件，即能進(jìn)行常規(guī)測量工作，也能進(jìn)行針對性的特需開發(fā)。未來，掌上電腦、平板、智能手機(jī)將代替可編程計(jì)算器，大幅度的擴(kuò)展測量數(shù)據(jù)的深度加工和利用，測量工作將會更加集成化和智能化，智能測量技術(shù)將擁有更廣泛的應(yīng)用前景。