溪洛渡拱壩測量檢測值精度研究

陳 艾，閔 忠

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 前 言

溪洛渡拱壩是一個上、下游曲率隨高程變化的雙曲拱壩，其拱圈線為拋物線，拱冠梁為擬合高次冪函數(shù)。它不同于一般的重力壩，具有壩高高(壩高285.5m)、表面呈曲面的特點?？刂凭W(wǎng)的布置、投影面的選擇、高程精度都將影響大壩平面結(jié)構(gòu)精度。目前針對高拱壩施工測量放樣及體形檢測精度誤差，現(xiàn)行規(guī)范對此沒有明確的規(guī)定。因此，很有必要對其影響大小、采取措施，以及放樣和檢測精度值進(jìn)行研究和分析。

總體而言，高拱壩測量精度主要受內(nèi)外兩方面誤差的影響。內(nèi)在誤差的影響有投影面的影響、拱圈線模板安裝、拱圈弦代弧的影響、拱冠梁中弦代弧的影響;外在誤差影響有測量儀器的精度、測量控制點離放樣點的距離及高差的影響、測量過程中儀器對中和照準(zhǔn)誤差及標(biāo)定誤差等的影響、三角高程精度對平面位置的影響等。

2 投影面對放樣坐標(biāo)的影響

當(dāng)采用精密全站儀用極坐標(biāo)法進(jìn)行臨時控制點加密或在放樣和檢測時，由于測量的距離直接在儀器內(nèi)轉(zhuǎn)換成測站高程面的平距，必然和實際要統(tǒng)一轉(zhuǎn)化的投影面產(chǎn)生一定的差異。考慮到拱壩最大壩高達(dá)285.5m，其測站不同高程面和到測量點距離的不同必將對測量點精度產(chǎn)生一定的影響。因此，有必要從理論上計算由于投影面差異對放樣(轉(zhuǎn)點)坐標(biāo)的影響值。具體計算差異值見表1。

表1 測站不同高程面到鏡站不同距離對坐標(biāo)的影響值

從表中可看出，由投影面帶來的投影誤差與測站到投影面的高差及測站點到放樣點距離成正比。因此，縮短測站點到測量點的距離以及測站點到投影面的高差能有效減小投影誤差。但由于測站到投影面高差在實際中很難控制，唯一能做到的就是對于離投影面超過100m以上高差，則盡可能將控制點設(shè)置在離測量點200m以內(nèi)，最大不超過300m，以盡可能降低投影誤差對體形結(jié)構(gòu)的影響。

3 拱圈線中3m弦替弧的影響

在實際拱壩施工過程中，采用3m×3.2m的寬大模板，而拱壩外觀體型結(jié)構(gòu)為曲面，不可避免以曲線的弦替代弧，將在弦中點產(chǎn)生一定的外矢距差。研究拱壩不同高程面外矢距大小對現(xiàn)場測量放樣和驗收有著重要的意義。大壩最大外矢距落在大壩曲率半徑最小的324.5m高程面。經(jīng)過計算，324.5m高程面拱圈線最大外矢距近似為10mm，400m高程面拱圈線最大外矢距近似為8mm(見圖1)。

圖1 大壩拱圈線模板安裝示意

由于該項誤差屬于大壩結(jié)構(gòu)性系統(tǒng)誤差，為了避免和盡可能地消除該項系統(tǒng)誤差被帶入測量誤差中，在大壩上、下拱圈線放樣時，統(tǒng)一規(guī)定放樣點在大模板的接縫處，驗收檢測時位置也選在大模板接縫處，以免隨意位置放樣和檢測帶來的結(jié)構(gòu)性誤差。

4 拱冠梁中3m弦代弧的影響

在大壩拱冠梁中，由于其上下面為高次冪函數(shù)曲線，同樣存在3m弦替代弧的情況。經(jīng)過對拱冠梁不同高程面計算，以3m高模板弦替代弧的外矢距影響很小，最大的地方不超過3mm。因此，其結(jié)構(gòu)性誤差對測量的影響不予以考慮，實際測量放樣和檢測位置仍在每塊大模板接縫處。

5 加密控制點精度影響值計算

對于經(jīng)常性使用的加密控制點埋設(shè)采用強制對中盤的標(biāo)墩進(jìn)行，采用兩點以上前方交會(邊角全測)或大地四邊形等進(jìn)行布設(shè)，并直接和高級控制點進(jìn)行聯(lián)測，等級采用國家四等，儀器采用TC2003(測角精度:±0.5″，測邊精度:±1mm+1×10－6mm)。經(jīng)計算，其控制點最弱點點位精度可優(yōu)于±3mm。

在實際放樣工作中，隨著大壩的逐步上升，先升塊和后升塊必然產(chǎn)生視線遮擋現(xiàn)象，如僅利用壩體周邊的幾個控制點放樣，必將產(chǎn)生一定困難，因此儀器臨時轉(zhuǎn)移到倉面放樣不可避免。此時，一般采取目前通用的轉(zhuǎn)點辦法即精密全站儀極坐標(biāo)法。具體做法是，分別重新后視不同的已知控制點設(shè)置方向來對未知點進(jìn)行多測回正倒鏡測量坐標(biāo)。

目前使用測量儀器精度為測角精度:±2″;測邊精度:±2mm+2×10－6mm。實際轉(zhuǎn)點測站采用標(biāo)墩(地面標(biāo))。前站采用棱鏡桿(棱鏡基座)。由于采用方法不同，測量點點位精度也將不一樣，具體精度計算見表2、3。

表2 極坐標(biāo)放樣精度計算(棱鏡桿+激光對中)

表3 極坐標(biāo)放樣精度計算(基座+標(biāo)墩)

從以上計算可知，如果按常規(guī)測站到測量點距離為500m，測量放樣和檢測點位精度可優(yōu)于 ±10mm;當(dāng)采用極坐標(biāo)法進(jìn)行臨時控制點加密時，為確保臨時加密控制點點位精度優(yōu)于±6mm，在距離少于200m時，顧及到最大投影誤差的影響，采用兩測回取均值即可滿足要求;在距離為200～300m時，顧及到最大投影誤差的影響，采用四測回便可滿足點位精度優(yōu)于±6mm;在距離大于300m時，此時控制點加密成果應(yīng)將測量距離進(jìn)行投影改正計算。

6 高程誤差值對平面位置的影響

因拱壩拱冠梁為一分段高次函數(shù)擬合曲線，在不同高程段其上、下游面體形切線坡度不同，其平面位置的計算和高程密切相關(guān)，故高程精度將直接影響平面點點位精度。實際放樣和檢測過程，一般采用全站儀三角高程替代水準(zhǔn)高程，高程精度在±5～±20mm。拱冠梁切線坡度越緩，高程精度對平面精度的影響越大。具體影響計算值見表4。

表4 高程誤差值對平面點位精度的影響 mm

從表4可知，如果按三角高程精度±10mm進(jìn)行計算，由于高程精度影響平面精度最大為 ±4.1mm;如果按三角高程精度±20mm進(jìn)行計算，由于高程精度影響平面精度最大為±8.2mm。

7 拱圈線放樣精度的計算

對于以上各項測量精度影響值，其中由于投影面的影響、拱圈線和拱冠梁弦替弧的影響均屬于內(nèi)在誤差影響，其誤差為系統(tǒng)誤差，在實際工作中只能采用縮短測站到測量點的距離、固定放樣和檢測點位置的辦法予以消弱，并不能完全消除;而加密控制點精度、高程誤差精度對平面精度影響值屬于偶然誤差，其不僅受儀器精度的影響，還與測站到測點的距離、高差、氣象條件等有一定的影響，在實際工作中難以采取一定辦法來消除。因此，針對溪洛渡拱壩放樣精度，有必要進(jìn)行系列計算。

從加密控制點精度影響值計算結(jié)果可知，如果按常規(guī)測站到測量點距離為500m，測量放樣和檢測點平面精度可達(dá)到±10mm，高程誤差對平面精度最大影響值±8mm;按一般情況下投影面的影響值取±5mm，拱圈線和拱冠梁弦替弧的影響值取 ±5mm，最終測量點三維空間點位精度能夠達(dá)到±15mm。為了做到這點，在實際放樣過程中，務(wù)必確保標(biāo)定點后測量點的法向偏差小于±10mm，而高程精度則按目前儀器設(shè)備精度及距離，對于土建結(jié)構(gòu)物高程精度按小于±20mm控制;而對于金屬結(jié)構(gòu)高程精度根據(jù)其絕對精度要求不太高、相對精度要求高的特點，按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行。

8 拱圈線模板檢測精度的計算

依據(jù)溪洛渡大壩招標(biāo)文件技術(shù)要求及DT 5110－2000《水電水利工程模板施工規(guī)范》中相關(guān)要求，一般大體積混凝土模板和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板安裝的允許偏差見表5、6。

表5 一般大體積混凝土模板安裝的允許偏差 mm

除大體積混凝土以外的一般現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板安裝的允許偏差，應(yīng)符合表6的規(guī)定。

表6 一般現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板安裝的允許偏差 mm

由于進(jìn)行拱圈線驗收測量時，除了不可避免的測量誤差，還有模板在安裝過程中不可避免存在的安裝誤差影響。而目前現(xiàn)行規(guī)范均沒提及大壩模板驗收測量的具體要求。如果按模板安裝允許誤差或測量放樣允許誤差作為驗收測量允許誤差，均不妥當(dāng)。因此，針對溪洛渡工程，很有必要確定拱圈線驗收測量標(biāo)準(zhǔn)。

依據(jù)誤差傳播定理，模板驗收時測量誤差是由測量點誤差和安裝誤差組成，依據(jù)上述計算成果及規(guī)范允許值，其中綜合測量誤差按±15mm、安裝誤差為±10mm，則模板驗收允許誤差為=±18(mm)，也就是不大于±20mm，以此作為拱圈線模板驗收允許值。

9 混凝土澆筑后體形檢測允許值

由于大壩倉面混凝土為大體積混凝土，在澆筑過程中，振搗設(shè)備為大型振搗車，因此在澆筑過程中模板不可避免存在小量位移?？紤]到現(xiàn)行規(guī)范對拱壩混凝土澆筑后允許變形值沒有確切規(guī)定，為評定倉面混凝土澆筑后的體形質(zhì)量，有必要對其允許變形值進(jìn)行規(guī)定。

如果規(guī)定在混凝土澆筑過程中，模板允許最大變形值為 ±15mm、模板驗收時測量綜合誤差 ±20mm，則拱圈線及大壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)物混凝土澆筑后允許變形值為±25mm。

10 結(jié)束語

通過以上系列誤差分析及計算可知，最終確定拱壩平面放樣精度為±10mm，模板檢測驗收允許誤差值為±20mm，拱壩形體誤差為±25mm，是比較科學(xué)的允許范圍值。該計算成果與二灘水電站最終大量統(tǒng)計資料基本吻合。也就是說，如果模板最終檢測值不考慮測量誤差及模板的實際安裝誤差是不恰當(dāng)?shù)?，這勢必造成大量人工和花費大量時間進(jìn)行模板安裝的精調(diào)和過程的檢測。