水利工程測量的應(yīng)用技術(shù)分析

□劉 平(洛陽水利勘測設(shè)計有限責(zé)任公司)

水利工程測量的平面控制網(wǎng)精度及布設(shè)密度應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模及建筑物對放樣點位的精度要求確定。平面控制網(wǎng)的等級可采用國家二、三、四、五等，水利水電工程高程控制網(wǎng)的等級一般為二、三、四、五等，首級控制網(wǎng)的等級應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、范圍大小和放樣精度高低來確定，大型水利水電工程一般可采用二等，中型水利水電工程可采用三等，小型水利水電工程可采用四、五等。最末級高程控制點相對于首級高程控制點的高程中誤差，對于混凝土建筑物應(yīng)≤±10mm、對于土石建筑物應(yīng)≤±20mm。布設(shè)高程控制網(wǎng)時，首級網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)，加密時宜布設(shè)成附合路線或結(jié)點網(wǎng)。各等級高程點宜均勻布設(shè)在大壩上下游的河流兩岸。點位應(yīng)選在不受洪水、施工影響，便于長期保存和使用方便的地點。

1.水利工程設(shè)計階段的控制測量

控制測量分為平面控制測量和高程控制測量。平面控制網(wǎng)與高程控制網(wǎng)一般分別單獨布設(shè)，也可以布設(shè)成三維控制網(wǎng)。平面控制網(wǎng)常用三角測量、導(dǎo)線測量、三邊測量和邊角測量等方法建立。目前，由于GPS技術(shù)的推廣應(yīng)用，利用GPS建立平面控制網(wǎng)已成為主要的方法。高程控制網(wǎng)主要用水準(zhǔn)測量和三角高程測量方法建立。

1.1 常見水庫淹沒界線測量

測設(shè)移民線、土地征用線、土地利用線、水庫清理線等各種水庫淹沒、防護(hù)、利用界線的工作稱為水庫淹沒界線測量。水庫的設(shè)計水位和回水曲線的高程確定之后，即可根據(jù)設(shè)計資料在實地確定水庫未來的邊界線。水庫邊界線測設(shè)的目的在于測定水庫淹沒、浸潤和坍岸范圍，由此確定居民地和建筑物的遷移、庫底清理、調(diào)查與計算由于修建水庫而引起的各種賠償；規(guī)劃新的居民地、確定防護(hù)界線等。水庫邊界線測設(shè)的方法一般采用幾何水準(zhǔn)測量法和經(jīng)緯儀高程導(dǎo)線法進(jìn)行,界樁的坐標(biāo)一般采用RTK、導(dǎo)線進(jìn)行測量。如已建成的靈寶衛(wèi)家磨水庫的淹沒界線測量，就是先建立GPSD級網(wǎng)和四等水準(zhǔn)網(wǎng)做為基本控制網(wǎng)，然后采用幾何水準(zhǔn)測設(shè)界樁，最后使用RTK進(jìn)行界樁坐標(biāo)測量。

1.2 地質(zhì)勘察測量

配合水利工程地質(zhì)勘察所進(jìn)行的測量工作稱為地質(zhì)勘察測量。其基本任務(wù)是：為壩址、廠址、引水洞、水庫、堤線、料場、渠道、排灌區(qū)的地質(zhì)勘察工作提供基本測量資料；主要地質(zhì)勘探點的放樣；連測地質(zhì)勘探點的平面位置、高程和展繪上圖。根據(jù)地質(zhì)成圖不同的精度要求，一般應(yīng)用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、電磁波測距儀、RTK或手持GPS等進(jìn)行。

1.3 河道測量

為河流的開發(fā)整治而對河床及兩岸地形進(jìn)行測繪，并相應(yīng)采集、繪示有關(guān)水位資料的工作稱為河道測量。其主要內(nèi)容包括：平面、高程控制測量；河道地形測量；河道縱、橫斷面測量；測時水位和歷史洪水位的連測；某一河段瞬時水面線的測量；沿河重要地物的調(diào)查或測量。

2.水利樞紐工程的施工控制測量

水利工程測量是為水利規(guī)劃、設(shè)計、施工服務(wù)的，它是水利工程中的最基礎(chǔ)工作，其好壞直接影響設(shè)計流程中各項工作的效率。由于專業(yè)分工不同，設(shè)計人員在圖上劃線、選點、做工程的總體安排較為順手，而從圖上搬到實地就困難一些。測量人員接到規(guī)劃、設(shè)計線路圖后進(jìn)行外業(yè)選線前應(yīng)了解此項工程是可研、初設(shè)、施工那個階段的選線（這牽涉到選線的精度問題），另外，還要了解是排渠、灌渠、尾水渠還是主壩、副壩、圍堤、防洪堤，同時對渠道的設(shè)計流量及坡降、堤壩的設(shè)計斷面大小及頂部高程和筑壩材料、庫容及過洪流量都應(yīng)知道，這便于在野外選線遇地物、地貌變化不得不改變線路時做到維護(hù)規(guī)劃、設(shè)計意圖。

大壩、廠房、船閘、鋼管道、機組、各種泄水建筑物（比如隧洞、水閘等）的主要軸線點均應(yīng)通過等級控制點進(jìn)行精確的測定。主要軸線點相對于鄰近等級控制點的點位中誤差對土建軸線應(yīng)＜17mm、安裝軸線應(yīng)＜10mm。軸線點的測設(shè)方法應(yīng)按等級控制網(wǎng)的要求進(jìn)行加密，并在事先進(jìn)行精度估算以確定作業(yè)方法和選用儀器的等級及型號。軸線點應(yīng)埋設(shè)固定標(biāo)志，主要軸線每條至少要設(shè)3個固定標(biāo)志。主要軸線點的測設(shè)步驟是：根據(jù)軸線點的設(shè)計坐標(biāo)值進(jìn)行初步實地定點，然后進(jìn)行精確測定該點的坐標(biāo)值并調(diào)整（當(dāng)實測坐標(biāo)值與設(shè)計坐標(biāo)值之差大于限值時,將該點改正至設(shè)計位置并重新進(jìn)行檢測，直至符合規(guī)定為止）。

放樣工作開始前應(yīng)詳細(xì)查閱工程設(shè)計圖紙，收集施工區(qū)平面及高程控制成果，了解設(shè)計要求與現(xiàn)場施工需要，根據(jù)精度指標(biāo)選擇放樣方法。對設(shè)計圖紙中的有關(guān)數(shù)據(jù)和幾何尺寸應(yīng)認(rèn)真檢核，確認(rèn)無誤后方可作為放樣的依據(jù)，尤其要注意施工區(qū)控制成果與設(shè)計圖紙坐標(biāo)、高程系統(tǒng)是否一致，防止出現(xiàn)較大失誤。所有放樣點線均應(yīng)有檢核條件，現(xiàn)場取得的放樣及檢查驗收資料必須進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)無誤后方能交付使用。水利水電施工中可采用GPS或全站儀直接進(jìn)行三維施工放樣。

3.確定工程進(jìn)行開挖階段的測量

水利水電工程開挖工程測量的內(nèi)容包括開挖區(qū)原始地形圖和原始斷面圖的測量，開挖輪廓點的放樣，開挖竣工后的地形測量、斷面測量及工程量測算。開挖輪廓點的點位中誤差可控制在30～100mm之間（精細(xì)部位應(yīng)精度高一點、粗糙部位精度可低一些）。開挖放樣高程控制點不應(yīng)低于五等水準(zhǔn)測量的精度，一般情況下可利用光電測距三角高程點。

金屬結(jié)構(gòu)及機電設(shè)備的安裝測量工作主要包括測設(shè)安裝軸線與高程基點、安裝點的放樣、安裝竣工測量等。金屬結(jié)構(gòu)與機電設(shè)備安裝軸線和高程基點應(yīng)埋設(shè)穩(wěn)定的金屬標(biāo)志且一經(jīng)確定在整個施工過程中不宜變動。安裝測量作業(yè)必須使用精度相當(dāng)于或高于1.5mm/km的水準(zhǔn)儀和2″經(jīng)緯儀或電子全站儀，量測距離的鋼帶尺必須經(jīng)過檢定并附有尺長方程式，高程測量必須相應(yīng)地使用因瓦水準(zhǔn)尺或紅黑面水準(zhǔn)尺以及有毫米刻度的鋼板尺。安裝測量的精度應(yīng)控制在3～10mm之間。

地下洞室測量包括根據(jù)貫通測量設(shè)計要求建立洞內(nèi)、外平面與高程控制，進(jìn)行洞室施工放樣，測繪洞室開挖和襯砌斷面、計算開挖和填筑工程量等。水工隧洞開挖的極限貫通誤差橫向應(yīng)控制在100mm以內(nèi)、縱向應(yīng)控制在200mm以內(nèi)、豎向應(yīng)控制在50mm以內(nèi)，當(dāng)在主斜洞內(nèi)貫通時縱向誤差按橫向誤差的要求執(zhí)行，對于上、下兩端相向開挖的豎井其極限貫通誤差應(yīng)不超過±200mm。在進(jìn)行貫通測量設(shè)計時可取極限誤差的1/2作為貫通面上的貫通中誤差，應(yīng)根據(jù)隧洞長度對各項測量中的誤差進(jìn)行分配，洞外測量三向誤差應(yīng)控制在20mm以內(nèi)、洞內(nèi)測量三向誤差應(yīng)控制在30mm以內(nèi)。工程開工前應(yīng)根據(jù)隧洞的設(shè)計軸線擬定平面和高程控制略圖，按規(guī)定的精度指標(biāo)進(jìn)行預(yù)期誤差的估算，以便確定洞外和洞內(nèi)控制等級及作業(yè)方法。

洞外平面控制測量可布設(shè)GPS網(wǎng)、光電測距導(dǎo)線網(wǎng)、測角網(wǎng)、測邊網(wǎng)或邊角網(wǎng)。洞內(nèi)平面控制測量一般布設(shè)地下導(dǎo)線，地下導(dǎo)線分為基本導(dǎo)線（貫通測量用）和施工導(dǎo)線（施工放樣用）。

3.1 施工場地地形測量

施工場地的地形測量一般用于場地布置、土地征購、建基面驗收的新建、改建工程。測圖比例尺除建基面驗收應(yīng)采用1∶200外，其它可根據(jù)工程性質(zhì)、設(shè)計及施工要求在1∶500～1∶2000范圍內(nèi)選擇。較大范圍的1∶500～1∶2000比例尺地形測量應(yīng)按《水利水電工程規(guī)劃設(shè)計階段測量規(guī)范》有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。1∶200和小范圍內(nèi)的1∶500～1∶2000比例尺地形測量，應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。

3.2 疏浚及渠堤施工測量

疏浚及渠堤施工測量主要工作包括施工控制系統(tǒng)建立；渠堤中心線定線；細(xì)部輪廓點放樣；施工過程中的水上、水下地形及斷面測量；工程量計算；工程竣工驗收測量等內(nèi)容。

3.3 施工期間的外部變形監(jiān)測

水利水電工程施工期間的外部變形監(jiān)測包括為保證施工安全而進(jìn)行的臨時性變形監(jiān)測及水工建筑物的永久變形監(jiān)測工作，應(yīng)按照《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。施工期間的外部變形監(jiān)測的內(nèi)容包括施工區(qū)的滑坡觀測、高邊坡開挖穩(wěn)定性監(jiān)測、圍堰的水平位移和沉陷觀測、臨時性的基礎(chǔ)沉陷（回彈）和裂縫監(jiān)測等，相對于工作基點的各項監(jiān)測位移量中誤差應(yīng)不低于±3.0mm。變形觀測的基點應(yīng)盡量利用施工控制網(wǎng)中的控制點，不敷應(yīng)用時可建立獨立的相對控制點（其精度應(yīng)不低于四等網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)）。

4.竣工測量

水利水電工程竣工測量的內(nèi)容包括主要水工建筑物基礎(chǔ)開挖建基面的1∶200～1∶500地形圖（高程平面圖）或縱、橫斷面圖；建筑物過流部位或隱蔽部位的形體測量；外部變形監(jiān)測設(shè)備埋設(shè)安裝竣工圖；建筑物的各種重要孔、洞的形體測量（比如電梯井、倒垂孔等）；施工區(qū)竣工平面圖（視需要測繪）?？⒐y量的精度可參照相關(guān)規(guī)范，一般應(yīng)不低于放樣精度。竣工測量應(yīng)隨著施工的進(jìn)程進(jìn)行（按竣工測量的要求逐漸積累竣工資料，尤其適用于隱蔽工程、水下工程以及垂直凌空面的竣工測量），待單項工程完工后再進(jìn)行一次性的測量。對需要進(jìn)行竣工測量的部位應(yīng)事先與設(shè)計、施工管理單位協(xié)商確定測量項目（防止漏測）。

工程施工技術(shù)和測繪全球定位系統(tǒng) (GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)、遙測（DCS）技術(shù)的不斷發(fā)展，使水利工程測量的應(yīng)用技術(shù)、方法和測量理論產(chǎn)生了較大的變化，水利工程測量技術(shù)正朝著測量數(shù)據(jù)采集和處理的自動化、實時化和數(shù)字化方向發(fā)展，這極大地提高了測量工作的效率和準(zhǔn)確性，減少了測量工作人員的勞動強度。

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