维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第６期 三峡大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．６ ２００６年１２月 Ｊ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖ．（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｄｅｃ．２００６ 张河湾抽水蓄能电站上水库施工测量技术 万山雄 伍宁长 （１－中国葛洲坝集团公司，湖北宜昌４４３００２；２．三峡大学土木水电学院，湖北宜昌４４３００２） 摘要：根据工程实践，提出了用全站仪直接测量平距、高差来代替测斜距、天顶距作四等及四等以 下控制网测量的理论依据和方法，并以张河湾抽水蓄能电站施工控制网为例进行了比较计算．讨 论了多线型、多曲面复杂形体的施工放样和计量方法． 关键词：抽水蓄能电站； 控制测量； 施工放样； 工程计量 中图分类号：ＴＶ２２１．１ ・ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—９４８Ｘ（２００６）０６—０４９２—０４ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｕｒｖｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｕｐｐｅｒ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｏｆ Ｚｈａｎｇｈｅｗａｎ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｗａｎ Ｓｈａｎｘｉｏｎｇ Ｗｕ Ｎｉｎｇｃｈａｎｇ （１．Ｃｈｉｎａ Ｇｅｚｈｏｕｂａ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ８Ｌ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖ．，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４ ３００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈａｔ ｓｕｒｖｅｙ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｔｈｅ ｈｏｒ— ｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｈｅｉｇｈｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｙ ｔｈｅ ｔｂｔａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ｆｏｕｒｔｈ ｇｒａｄｅ ａｎｄ ｂｅｌｏｗ ｆｏｕｒｔｈ ｇｒａｄｅ ｃｏｎ— ｔｒｏｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ｓｌａｎｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｚｅｎｉｔｈ ｄｉｓｔａｎｃｅ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｎｅｔ— ｗｏｒｋ ０ｆ Ｚｈａｎｇｈｅｗａｎ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｍａｄｅ；ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｅｔｔｉｎｇ－－ｏｕｔ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ—ｕｌｉｎｅ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ—ｃｕｒｖｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｉＳ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｐｕｍｐｅｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ； ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｕｒｖｅｙ； ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｅｔｔｉｎｇ～ｏｕｔ； ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅａｓ— ｕｒｅｍｅｎｔ ｌ 工程概述 过精度估算，决定采用四等测边网进行控制网点加 密，如图１所示． 张河湾抽水蓄能电站位于河北省井陉县测鱼镇 附近的甘陶河干流上，电站总装机容量１００万ｋＷ． 其中，电站上水库位于下库左岸老爷庙山顶，坝顶高 Ｈ９ 程８１２ｍ，最大坝高５７ｍ，坝顶轴线长２ ８４２．９１ ｍ，库 容８００万ｍ ．相比于我国已建和在建抽蓄电站，开挖 工程量大、结构线型复杂，施工测量难度大． ２施工控制网的建立 根据施工现场地形条件和已有控制网点情况，经 图１ 四等测边控制网点图 收稿日期ｔ２００６—０８—３１ 作者简介；万山雄（１９６７一），男，高级工程师，主要研究方向为工程测量和测绘管理 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第６期 万山雄等 张河湾抽水蓄能电站上水库施工测量技术４９３ 在基础牢固、通视条件好、控制范围大且不会遭 测量高差中误差为３．２５ ｍｍ，即高差精度值为６．５ 到破坏的ＧＣ１、ＧＣ３、ＧＣ９建造３座混凝土标墩，与其 ｍｍ，取较短一条三角高程符合导线（ＺＨ１１、ＧＣ１０、 他网点以及业主提供的三等点ＺＨ９、ＺＨ１１、ＺＨ１２、 ＧＣ９、ＧＣ７、ＧＣ４、ＧＣ２、ＺＨ１５）长度１．４３３ ｋｍ计算高 ＺＨ１５组成三维测边加密控制网．该网使用ＬｅｉｃａＴ— 差允许闭合差２３．９ ｍｍ，故高差精度满足技术要求． ＣＲ４０２型全站仪（标称精度２＋２ ｐｐｍ）分时间段观测 高程导线最大高差中误差为２．０ ｍｍ（ＺＨ１ｌ— 网中所有边、高差和天顶距．边长观测值经加、乘常数 ＧＣ０１），最大高程中误差为３．１５ ａｒｍ（ＧＣ１２），也满足 改正和气象改正后归算到标心，天顶距经改化归算到 中误差设计值≤１０ ｍｍ的要求．上述精度指标说明测 标心并检查各项限差后进行三角高程导线网平差（折 边加密网观测质量较好． 光系数Ｋ值取０．ｉ０）． 表１边长中误差及最大点位误差 将改正后归算到标心的斜距进行倾斜改正，边长 备注 投影到６５０ ｍ高程面上，各项限差符合要求后，作整体 网平差．计算得到控制点成果，平差精度如表１所示． ２．１ ３．８ ４．３ ＧＣ７ １．４７ １／（２３万） 从平差结果可以看出，最大点位误差为４．３ ｍｍ， 将经气象改正后全站仪直接测得的平距、高差与 最大边长相对中误差为１／１０００００（ＧＣ１０一ＧＣ１１），均 经过归化及改正的平距、高差进行了比较．部分比较 满足技术规范要求．高程导线平差后计算每ｋｍ高程 成果如表２所示． 表２平距高差比较成果表 分析加密测边网数据比较结果，结合水布垭、龙 式中，Ｓ为经气象改正后的斜距；ｚ为天顶距观测值；ｋ 滩水电工程测量实践，认为在地形起伏不是很大的区 为测区大地折光系数ｌ尺为测区地球平均曲率半径；ｉ 域，当测距边长小于１ ０００ｍ时，完全可用相应精度全 为测站仪器高； 为觇标高． 站仪直接测量平距、高差来代替斜距、天顶距作四等 （２）中误差计算．分别对（１）、（２）式进行全微分， 及四等以下加密控制网测量．此方法原理及精度分析 得到： 如下： （１）全站仪平距Ｄ和三角高程高差ｈ计算公式 （单向观测）ｌ１ Ｄ—ｓｓｉｎｚ （１） 式中第一项可忽略不计，即有 ：ｓｃ。ｓｚ＋ （ｓｓｉｎｚ） ＋ 一 （２） ｄ。： （ｓｃ。ｓｚ） （４） ＩＤ 维普资讯 http://www.cqvip.com ４９４ 三峡大学学报（自然科学版） ２００６年１２月 而由 ｄ 一（ｃｏｓｚ＋ ＳＳｉｎ２ｚ）出＋ 方位角为ａＡＰ，现测得Ｐ点坐标为Ｐ（Ｘ 、Ｙ 、Ｈ ），则 Ｐ点到轴线实测距离为 Ｌ—ＤＡＰ×ｓｉｎ（ａＡＰ—Ｉ２ＡＢ） （８） 去（ ｚｓｉｎｚｃｏｓｚ￣ｓｓｉｎｚ）ｄ （５） ，／－／ ） 同理可得简化公式 ｄ＾一ｃｏｓｚｄ 一 ｓｉｎｚｄ：＋ｄ，一ｄ （６） ｌＤ 运用误差传播定律 ，将上述（４）、（６）式转化为中误 差形式，即 Ｄ＝＝＝ｍｚ￥ＣＯＳＺ （７） ＩＤ ｍ：一 ｃｏｓ２ｚ＋（ ） ｓｉｎ２ｚ＋ ＋ ｌＤ 取ｍ 一土２ｍｍ，ｍ 一±２．５”，ｍ —ｍ 一士１ ｍｍ， ｚ一７０。（式中，ｍ 、ｍ。为测距中误差；ｍ 为测角中误 差； 为仪器高中误差；ｍ 为觇标高中误差）．对于 高差观测而言，ｍ （对向）＝ （单向）／√２，按边长２００ ～１ ０００ ｍ计算平均边长相对中误差ｍ。／Ｄ及高差中 误差ｍ ，然后用２ｍ。／Ｄ和２ｍ 与四等网边长相对中 误差１：１０００００及水准、闭合限差±２０ ４－Ｃｍｍ（Ｌ为 水准路线长度，以ｋｍ为单位）进行比较，得到的结果 均满足限差要求ｌ３］． 众所周知，大型工程施工周期长，随着各项工作 的进展，有些控制网点会被破坏，有些可能失去使用 价值，更多时候则需要进行控制点的加密或复测以方 便施工测量，用全站仪直接测平距和高差作控制测 量，其工作效率比观测天顶距和斜距高得多Ⅲ． ３开挖与填筑施工放样 张河湾抽水蓄能电站主体工程上水库地貌呈东 北部高而西南部低形态，通过在东北部开挖库盆，在 西南部填筑修建堆石坝，最终形成一个人工水库．上 库坝顶轴线由直线和各种不同半径的圆曲线组成， Ｖ８１２ｍ以下边坡坡度库内侧为１：ｌ＿７５，库外侧为 １：１．５，因而边坡开挖或坝体填筑边坡表面一般为平 面和圆锥曲面，其相应的开挖、填筑结构边线不难找 出数学模型，放样计算的关键在于确定测量点对应坝 轴法线方向的桩号和偏距．通过在已知控制点设站或 采用解析法在边角后方交会任意点设站，实施测量点 的放样计算． （１）直线边坡放样基本思路和关键公式 如图２所示，Ａ、Ｂ为直线型开挖坝轴线上任意 两点，其三维坐标分别为Ａ（Ｘ 、ｙＡ、Ｈ ）、Ｂ（Ｘ 、Ｙ 、 Ｈ ），相应桩号为Ｋ 、Ｋ ，方位角为ａ ，直线Ａ、Ｐ Ｐ（ ，Ｙｅ，Ｈ ） 图２直线边坡放样 而根据相应坡比，，起算高程Ｇ和Ｐ点实测高程Ｈ ， 可计算出Ｐ点至轴线设计偏距： Ｓ—Ｊ×Ａｂｓ（Ｇ—ＨＰ） （９） 然后由Ｌ和Ｓ的差值将放样的点移至开挖结构边线 上． （２）圆曲线开挖放样基本思路和主要公式 ｙＰ，缉） 图３圆曲线边坡放样 如图３所示：在圆曲线型坝轴线上，Ａ（Ｘ 、ＹＡ、 Ｈ ）为起算点，其平面曲线的圆心坐标为Ｏ（Ｘ。、Ｙｏ）． 用任意测点法测得一点Ｐ（ｘ 、ｙ 、Ｈ ），则Ｐ点到开 挖坝轴线的距离Ｌ为 Ｌ—Ｄ —ＤｏＰ （１０） 式中，Ｄ 一￣／（ｘＡ—Ｘ０） ＋（ＹＡ—Ｙｏ） 即平面圆曲线 的半径；Ｄｏｐ一￣／（ｘ 一Ｘ０） ＋（ｙＰ—Ｙｏ） 即测点Ｐ 至平面圆曲线圆心的距离． 同理根据Ｌ和Ｓ的差值将放样的点移至结构边 线上．考虑到上库边坡开挖或坝体填筑坡面一般为平 面和圆锥曲面这一特点，通过建立三维空间数学模型 的方法也可以进行测量点的施工放样． 平面区域，由平面方程Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃｚ＋Ｄ＝０得 知，能够事先在施工图纸上根据相关设计数据，采用 三点法或四点法解算出方程系数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ的值，即 可通过任意测点的 ，Ｙ值，计算对应设计高程 ，再 与测点实际高程比较，将放样的点移至结构边线上． 曲面区域，如图４所示，在施工坐标系中由圆锥 曲面方程 Ｚ＝Ｚｏ±、 二 ×ｃｏｔＯ（１ １） 式中，（Ｘ０，Ｙｏ，Ｚｏ）为圆锥体顶点的三维坐标； 为圆 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第６期 万山雄等张河湾抽水蓄能电站上水库施工测量技术４９５ 锥体半锥角，可通过施工图纸的相关设计参数计算出 它们的值．然后根据实测Ｘ，ｙ值，解算设计高 ，比 较对应的实测高程，移动放样点到结构边线上． 图４圆曲面边坡放样 另外，在特定桩号区间内的放样或验收，如对于 库底平面和倾斜面，采用建立三维空问数学模型的方 法确定其设计面高程，也比断面线性内插更加简便． ４工程量计算 如前所述，张河湾抽水蓄能电站上水库施工的开 挖、填筑工程量在国内同类型工程中是最大的．鉴于 上库特殊的形体，工程计量怎样能够科学、合理，业主 和监理相当关注，施工单位也很重视．故采用的基本 思路是：用断面法 计算上库工程量． 在垂直于坝轴线方向分剖断面线．断面布置，基 本以设计提供的上水库开挖、填筑剖面位置图为准， 这样做断面设计线结构清楚．为避免断面线在圆弧区 域相交，造成计量的重复或遗漏，各方向断面在库盆 内侧的长度均只到达库底中间廊道轴线．因上库形体 圆弧段多，其开挖量主要集中在坝轴线的内侧，而填 筑部分则刚好相反，所以断面间距能否合理确定尤为 关键，否则工程量计算容易失真．经认真考虑，做法 是：直线段，间距以相邻两断面桩号数之差为准；曲线 段，断面间距点取断面线在库内侧端点到该断面开口 连线的中点（回填区为内侧端点到回填坡脚连线的中 点），以相邻两断面中点的连线长度为准．在开挖区域 ＫＩ＋０２０至Ｋ１＋２６０的断面布置及工程量计算间距 如图５所示． 解决了上述问题，在测制的１：２００数字化地形 图基础上，通过建立ＤＴＭ模型，利用成图软件相应 功能自动切取断面，将相同桩号的各期断面线及设计 断面线套绘在一起，根据解析法计算出各断面面积． 再利用Ｅｘｃｅｌ设置工程量计算表，将设计桩号以及相 对应的挖方和填方的面积、断面间距填入表中，由计 算机进行计算，求出各期工程量，最后汇总得到上水 库库盆开挖与回填总工程量． 图５断面布置示意图 ５建议和体会 （１）利用全站仪直接测得平距、高差数据参与平 差计算，要对所使用的仪器和相关设备严格检定，保 证仪器性能良好．正式测量前，须使仪器与外界温度 相适应．测量垂直角过大时，最好使镜站端的基座水 平气泡对向仪器．同时，边长、高差应进行往返测量， 并符合限差要求． （２）在工程测量实践中，大量运用线性方程、各种 函数解决施工放样问题，这是历来的传统．但不妨换 一种思路，如果能够根据工程实际情况采用三维空间 方程来建立放样、验收的数学模型，这样往往会取得 更好效果． （３）对于特殊复杂形体的工程量计算，最好结合 施工图纸，在施工项目前期与监理就合理计量的方 法、原则达成一致，并形成书面文件．因为工程项目各 方利益着眼点不同，在施工过程中甚至项目快结束时 再进行有关计量协商，会耗费测量人员大量时间和精 力，从而影响正常施工项目的开展． 参考文献： ［１］张凤举，张华海．控制测量学［Ｍ］．北京：煤炭工业出版 社，１９９９：１６７－１７０． ［２］崔希璋，於宗俦，陶本藻，等．广义测量平差［Ｍ］．北京： 测绘出版社，１９８２：４８—５Ｏ． ［３］彭荷生，荣燮阳．水电水利工程施工测量规范（ＤＩ ／ Ｔ５１７３～２００３）Ｉｓ］。北京：中国电力出版社，２００３：５４—５５， １２１—１３１． ［责任编辑王康平］