淺談獅子坪水電站大壩工程施工控制測(cè)量

代川平

(二灘國(guó)際工程咨詢有限公司,成都,610072)

1 概述

獅子坪水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣境內(nèi)岷江右岸一級(jí)支流雜谷腦河上,為雜谷腦河梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)的龍頭水庫(kù)電站。電站裝機(jī)3臺(tái),單機(jī)容量65MW,總裝機(jī)容量195MW。主要建筑物有攔河大壩、泄洪洞、導(dǎo)流(放空)洞、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和地下廠房等。

攔河壩為碎石土心墻堆石壩,壩頂高程2544m,壩頂寬12m,壩頂長(zhǎng)310.14m,最大高度136m。壩基采用一道厚1.2m的混凝土防滲墻全封閉防滲,左右兩岸邊坡各設(shè)3條灌漿平洞進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理。平洞底高程分別為2544m、2475m和2410.5m。

本標(biāo)段主要施工項(xiàng)目為壩肩土石方開(kāi)挖、洞內(nèi)石方開(kāi)挖、混凝土澆筑、圍堰填筑和壩體填筑等。根據(jù)這些項(xiàng)目的施工特性及其精度指標(biāo)要求,測(cè)量控制工作側(cè)重點(diǎn)亦有所不同。

2 控制網(wǎng)復(fù)核與加密

設(shè)計(jì)單位在壩址區(qū)設(shè)有六個(gè)三等控制點(diǎn),左右兩岸各三個(gè),均為墩標(biāo)。該控制網(wǎng)成果見(jiàn)圖1。

圖1 設(shè)計(jì)控制網(wǎng)成果示意

根據(jù)相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和合同文件規(guī)定的要求,開(kāi)工前須對(duì)設(shè)計(jì)方提供的控制網(wǎng)成果進(jìn)行復(fù)核。同時(shí),由于控制點(diǎn)所處位置較高,施工過(guò)程中測(cè)量放樣難度較大,不便于操作,因此首要工作就是對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行加密。

2.1 方案設(shè)計(jì)

獅子坪水電站首部工程屬于Ⅱ等、大(2)型水利水電工程,攔河大壩級(jí)別為2級(jí)。故首級(jí)控制網(wǎng)為三等,加密控制網(wǎng)按四等布設(shè)。

四等邊角組合網(wǎng)測(cè)量使用瑞士產(chǎn)LeicaTCR702全站儀。該儀器測(cè)角標(biāo)稱精度為2″,測(cè)距標(biāo)稱精度為2mm+2ppm。

外業(yè)觀測(cè)采用測(cè)回法,水平角6測(cè)回、天頂距3測(cè)回,邊長(zhǎng)往返各2測(cè)回。技術(shù)要求如下:兩次照準(zhǔn)讀數(shù)差6″;半測(cè)回歸零差8″;一測(cè)回中2C較差13″;同方向值各測(cè)回互差9″。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)踏勘、埋設(shè)標(biāo)志

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的首級(jí)控制網(wǎng)成果、壩址區(qū)地形圖和樞紐總平面布置圖,在壩軸線上下游選擇地基穩(wěn)定、通視良好、交通方便且能長(zhǎng)期保存的位置,埋設(shè)具有強(qiáng)制歸心裝置的混凝土觀測(cè)墩。其平面位置見(jiàn)圖2。

圖2 加密控制網(wǎng)平面示意

2.3 外業(yè)觀測(cè)與內(nèi)業(yè)整理

水平角觀測(cè)采用方向觀測(cè)法,加密網(wǎng)控制點(diǎn)的高程采用三角高程光電測(cè)量,組成三角高程網(wǎng),天頂距采用中絲法對(duì)向觀測(cè)。

外業(yè)觀測(cè)的邊長(zhǎng)(斜距)經(jīng)氣象、加常數(shù)、乘常數(shù)改正后,再用各自整體平差后的三角高程將其轉(zhuǎn)化為水平距離。預(yù)處理完畢,即可通過(guò)商業(yè)平差軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算,從而得出加密控制點(diǎn)成果。

3 施工放樣

根據(jù)各控制點(diǎn)的三維坐標(biāo),運(yùn)用全站儀可以方便快捷地測(cè)設(shè)放樣點(diǎn)的平面位置?；痉椒ㄓ?直角坐標(biāo)法、極坐標(biāo)法、角度交會(huì)法、距離交會(huì)法等。下面以邊坡開(kāi)挖為例,闡述直角坐標(biāo)法在施工放樣中的應(yīng)用。

3.1 大地坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

獅子坪水電站采用獨(dú)立的大地坐標(biāo)系,壩軸線剛好為SN方向。為方便大壩施工和測(cè)量作業(yè),建立了施工坐標(biāo)系。具體方法如下:以左岸起點(diǎn)為原點(diǎn),垂直于壩軸線為X方向(上游為正),壩軸線方向?yàn)閅方向(右岸為正),組成左手坐標(biāo)系;高程仍采用原高程系統(tǒng)。

在這套施工坐標(biāo)系中,某一個(gè)點(diǎn)的X、Y值直觀地反映了該點(diǎn)的樁號(hào)及與壩軸線之間的距離,使對(duì)大壩的測(cè)量放樣和編寫(xiě)放樣程序都非常方便。同時(shí),該坐標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用,也給以后的驗(yàn)收工作帶來(lái)極大的方便。

3.2 邊坡開(kāi)挖輪廓線放樣

在獅子坪水電站大壩邊坡開(kāi)挖施工放樣中,由于使用了免棱鏡反射全站儀進(jìn)行作業(yè),故均采用三維坐標(biāo)法放樣。

首先,根據(jù)大壩的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斷面,在CASIOfx-4500系列可編程計(jì)算器里編制好具體放樣程序。在施工現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)位置(保證與加密控制網(wǎng)有較好通視,同時(shí)能夠觀測(cè)到大部分需放樣的施工區(qū)域——開(kāi)挖邊坡)架設(shè)好儀器,利用邊角后方交會(huì)等方法測(cè)算出測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)。

然后,利用免棱鏡激光反射全站儀直接測(cè)得開(kāi)挖邊坡上一點(diǎn)的三維坐標(biāo),將該三維坐標(biāo)輸入到計(jì)算器中,由程序計(jì)算出該點(diǎn)的設(shè)計(jì)樁號(hào)X、壩軸距Y和相對(duì)于開(kāi)挖輪廓線的差值。根據(jù)設(shè)計(jì)輪廓線移動(dòng)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位進(jìn)行計(jì)算,直至符合設(shè)計(jì)要求,并用醒目的標(biāo)記標(biāo)識(shí)在邊坡上。

以此類推,測(cè)設(shè)出一個(gè)一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)位,放樣出邊坡開(kāi)挖輪廓線。

3.3 斷面驗(yàn)收

隨著邊坡開(kāi)挖不斷進(jìn)行,為及時(shí)反映出邊坡的超、欠挖值等開(kāi)挖質(zhì)量情況,為后續(xù)驗(yàn)收提供資料,需對(duì)邊坡的開(kāi)挖斷面圖進(jìn)行測(cè)繪。

首先,測(cè)量出邊坡開(kāi)挖輪廓線,依據(jù)邊坡面積的大小進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)設(shè)。對(duì)于地形均勻變化不大的部位可以少測(cè),對(duì)于地形變化較大的應(yīng)加密測(cè)量,以能夠真實(shí)反映地形地貌為標(biāo)準(zhǔn)。

開(kāi)挖輪廓線測(cè)完后,根據(jù)樁號(hào)范圍確定出要測(cè)繪的橫斷面起始樁號(hào),一般為整數(shù)樁號(hào)(5m的倍數(shù))。然后,按一定順序逐個(gè)測(cè)量邊坡開(kāi)挖橫斷面的點(diǎn)位,每測(cè)一個(gè)點(diǎn)看它的樁號(hào)是否符合要求,若在整數(shù)樁號(hào)上,就將其三維坐標(biāo)存入全站儀內(nèi)存;若不在待測(cè)橫斷面的樁號(hào)上,則沿X方向前后移動(dòng)直至符合要求。一條斷面測(cè)量完畢后,再進(jìn)行下一條橫斷面的測(cè)量。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展和先進(jìn)測(cè)量?jī)x器的廣泛應(yīng)用,越來(lái)越多的新工藝、方法運(yùn)用到工程實(shí)踐中。獅子坪水電站工程浩大,施工工序繁而復(fù)雜,測(cè)量精度要求高。因此,在大壩工程施工測(cè)量中,依托免棱鏡反射全站儀,將新的測(cè)量工藝和方法加以靈活運(yùn)用,取得了較好的效果。具體方法如下:

4.1 導(dǎo)線測(cè)量和邊角后方交會(huì)的運(yùn)用

在邊坡開(kāi)挖時(shí),普遍采用了導(dǎo)線測(cè)量、邊角后方交會(huì)等方法。導(dǎo)線測(cè)量主要是通過(guò)在加密控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀,后視高一級(jí)的控制點(diǎn)來(lái)完成測(cè)量任務(wù),但必須是在已知的固定控制點(diǎn)上,靈活度不高。邊角后方交會(huì)則可以任意架站,只需要保證有三個(gè)控制點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)通視即可,這種方法既能夠保證測(cè)量精度要求,又大大提高了工作效率。

4.2 施工坐標(biāo)系的建立和運(yùn)用

獅子坪水電站大壩工程施工測(cè)量中,所有項(xiàng)目都采用了施工坐標(biāo)系統(tǒng),這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣、斷面驗(yàn)收等都非常方便,而且很直觀。尤其是在檢查邊坡超欠挖等質(zhì)量驗(yàn)收方面,能夠一目了然地將結(jié)果呈現(xiàn)在技術(shù)人員面前。

4.3 全站儀、可編程計(jì)算器的應(yīng)用

免棱鏡反射全站儀的使用,讓測(cè)量人員得以從繁重的外業(yè)觀測(cè)中解放出來(lái)。對(duì)于高邊坡測(cè)量作業(yè),只需架設(shè)一站或者幾站儀器,就可以完成測(cè)量工作,且基本上不需要跑尺員。

在施工放樣中,全站儀+可編程計(jì)算器已經(jīng)成為常規(guī)的作業(yè)模式。使用這種全數(shù)字化的作業(yè)模式,不僅使測(cè)量的內(nèi)業(yè)工作大為減輕,而且大大降低了由于手工操作而產(chǎn)生錯(cuò)誤的概率,使測(cè)量的質(zhì)量、效率都上了一個(gè)新臺(tái)階。