大伙房水库输水工程的工程坐标计算与使用

鲁小红 乔利鹏

辽宁省大伙房水库输水工程系隧洞和管线工程,分两期进行:一期工程将浑江水经隧洞自流入苏子河,蓄水于大伙房水库,系隧洞工程。隧洞全长 85.3km,地理坐标为东经124°33′～125°20′,北纬 41°15′～ 41°45′。 二期工程由大伙房水库输水至辽宁省中部城市抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦 6个城市,以缓解工农业用水的紧张局面,输水方法采用地下隧洞与明挖深埋管线相结合的方式进行,输水路线总长260km,地理坐标为北纬40°41′～ 41°53′、东经 122°07′～ 124°05′,其中隧洞段长度 27.4km,位于抚顺市南郊,地理坐标为北纬 41°47′～ 41°53′、东经 123°47′～124°05′。

1 计算工程坐标的目的

为保证施工顺利进行和隧洞准确贯通,在施工过程中地面实际测量资料与控制测量成果反算资料一致,使长度高斯投影变形为最小,必须将中央子午线选在测区某一区域中央,高程归化面选用该区域的平均高程面的这种方法建立任意带直角坐标系(工程坐标系),计算一套或多套专供施工放样的坐标,即工程坐标。

2 计算工程坐标的依据

《工程测量规范》中规定测区内长度变形值(长度高斯投影变形值)不得大于2.5cm/km。而该输水工程(一期)相对于中央子午线126°,隧洞出口处高斯投影长度变形达到 14cm/km。(二期)工程相对于中央子午线123°,隧洞进口处高斯投影长度变形达到18cm/km,盘锦支线末端高斯投影长度变形达到6.5cm/km,可见采用高斯投影3°带北京 54坐标,不能满足施工放样的需要。

3 工程坐标系参数的选取

建立工程坐标系的条件是:各点在两个参考椭球上的大地经纬度B,L是相等的,各点间的方位保持不变,即地方参考椭球与1954年北京坐标系的参考椭球的关系为:

中心一致:X0=0,Y0=0,Z0=0。

轴向一致:εX=0,εY=0,εZ=0。

扁率相等:α地=α。

地方参考椭球与国家参考椭球仅在长半径上有一个变化值

即

其中,a地为地方参考椭球长半径;a为国家椭球长半径;e为第一偏心率;Bm为测区平均纬度;Hm为平均大地高;hm为平均正常高;ζm为平均高程异常;N为卯酉圈曲率半径。

4 工程坐标系中央子午线和投影面高程的选定

4.1 隧洞段中央子午线和高程投影面的选定

该输水工程(一期)主隧洞全长85.3km,地理坐标为东经124°33′～ 125°20′,北纬 41°15′～ 41°45′。 工程坐标系中央子午线设在测区的中央,其经度为东经124°56′30″,投影面高程=主洞底平均高程+测区平均高程异常值=211.9+63.5=275.4 m。

该输水工程(二期)隧洞段长度约27.4km,位于抚顺市南郊,地理坐标为北纬 41°47′～ 41°53′、东经 123°47′～ 124°05′。 工程坐标系中央子午线设在测区的中央,其经度为东经 123°56′00″。投影面高程=主洞底平均高程+测区平均高程异常值=87.5+59.6=147.1 m。

4.2 管线段中央子午线和高程投影面的选定

该输水工程(二期)管线段长度约232km,地理坐标为40°41′～41°47′、东经 122°07′～ 123°47′,须建立两套工程坐标系。

第1套:中央子午线 L1=123°22′,投影面高程 H1=36.0 m,控制区段为:主管线起点—鞍山大郑家;

第2套:中央子午线 L2=122°32′,投影面高程 H2=6.7 m,控制区段为:鞍山大郑家—营口、盘锦支线末端。

经建立以上工程坐标系,测区内的长度变形值均小于2.5cm/km。

5 计算工程坐标须注意的事项

5.1 计算工程坐标软件的采用

计算工程坐标的软件市面上有很多版本,由于编制软件时选择的数学模型和参数有微小的差异,导致最后的计算结果不一致,所以同一个工程切记采用同一个软件进行工程坐标计算。

5.2 工程坐标的调整

北京54坐标与工程坐标反算的输水路线长度会有微小的出入,由于可研与设计阶段均采用北京54坐标,重新修改北京54坐标已不现实,也没有必要。仅须对工程坐标进行微调,使调整后的工程坐标与北京54坐标反算的输水路线长度相一致。

6 工程坐标的使用范围

工程坐标仅用于输水路线轴线的放样,其他建筑物均可采用设计的北京54坐标进行施工放样。

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