浅谈施工坐标在立洲水电站的应用

2010-10-27鲁修泽中国水利水电第七工程局有限公司第一分局620860

中国科技信息 2010年14期

关键词：马道方位角原点

鲁修泽中国水利水电第七工程局有限公司第一分局 620860

浅谈施工坐标在立洲水电站的应用

鲁修泽中国水利水电第七工程局有限公司第一分局 620860

工程施工中常因遇到不同的坐标系统，增加了施工施测的难度。为了解决类似问题，结合实际工作就坐标转换的方法和施工坐标的应用做了简单的介绍以达到简化施工施测的目的。

坐标系；坐标转换；施工坐标；编程；立洲水电站

1.引言

水利工程形式多样，在具体的测量放线过程中，我们发现：每个建筑物开始施工时，业主除提供2～3个控制点的大地坐标外，建筑物的轴线上还提供两个点的大地坐标。依据控制点测放轴线上两点比较简单，可是测放出这两个轴线上的点后，再进行细部测放，就必须依据细部点到轴线上点的方位角和距离推算出细部点的坐标才能测放，比较繁琐。特别是涉及大坝边坡的超欠挖问题时，边坡点距轴线的距离随着高程的变化而变化，非常难以掌握。为此，针对建筑物细部尺寸点与轴线垂直或平行的特点，我们在具体工作中采用了与大地坐标、建筑物相对应的，仅供施工用的施工坐标。这样一来，一切困难就都应刃而解了。

2.工程概述

立洲水电站坝址区位于四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县境内博科乡下游立洲岩子至八科索桥2.4km的河段，电站采用混合式开发，推荐枢纽工程由碾压混凝土双曲拱坝、坝身泄洪系统、右岸地下长引水隧洞及右岸龚家沟地面厂房组成。

正常蓄水位2088 m，最大坝高132 m（不包括垫座），电站装机三台，另坝后有一台生态机组，多年平均发电量为15.35亿 kw h，水库总库容1.897亿 m3，正常蓄水位以下库容1.787亿 m3，调节库容0.82亿 m3，具有季调节性能，开发任务以发电为主，总装机容量355 MW，兼顾下游生态用水。工程等别为二等，工程规模为大（2）型工程，挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电建筑物等主要建筑物为2级建筑物。

3.坐标转换

工程施工坐标系统是为总平面设计而确定的独立坐标系统，坐标轴的方向与设计建筑物的方向平行，坐标原点虚设在总平面图西南角而使建筑物的坐标为正值。国家大地测量坐标系统是进行国家大地测量或城市勘测设计所采用的平面直角坐标系统。在工程放样过程中因测量条件、设计要求、工程特点，为了利用两个不同坐标的测量成果，往往需要进行施工独立坐标系统与大地测量系统的相互转换。

图1 施工坐标系

如图1所示，在地形图上，建筑物ABCD位置已确定，A、B为其轴线方向上两点，图解出它们的坐标并反算出方位角 /。将AB方向作为施工坐标系的X（或Y）方向，再在适当位置取一点作为施工坐标系的原点，通常取A点为坐标原点，然后根据AB的设计距离，计算B点的施工坐标。

施工坐标系与测量坐标系的坐标转换公式:

式中，X0，Y0为施工坐标系原点在测量坐标系中的坐标，R0为施工坐标系统A轴正方向与测量坐标系统X轴正方向的夹角。

在实际运用中如果一个点一个点的计算不仅计算量大，而且用时较长、容易出错。可以选用小巧玲珑、便于携带和方便使用的CASIO fx-4800p编程计算器有针对性的进行编程，达到快速计算的效果。

具体程序如下：

（说明：K=1运行大地坐标转施工坐标，K=2运行施工坐标转大地坐标；A:坐标方位角；

X，Y：转换点坐标；E，F：所建坐标系原点；C，D：转换后点坐标）

施工坐标在各项水利工程中都能很广泛的应用，但应注意：同一个控制点在不同的建筑物施工坐标系中有不同的施工坐标，要注意区别使用。全站仪测量时，显示的N、E、Z值，在不同的建筑物施工坐标系中也有不同的意义。下面就以施工坐标在立洲水电站中的应用为例，来体会施工坐标的灵活性和实用性。

图2 立洲水电站EL2210马道

4.施工坐标的应用

4.1 边坡超欠

以立洲水电站EL2210马道为例，左岸坝肩马道宽4.5 m，右岸宽3.0 m,以1：0.1的坡比进行开挖，平面图如图2所示。

已知马道上各控制点的大地坐标（见表1），实测一点P，判断P点的超欠挖情况。以K3为原点，K4为方向点建立施工坐标系（如图3所示），靠河边侧为Y轴正方向，利用坐标反算算出K3到K4的坐标方位角及平距S，再依据实测点P的X、Y值运行坐标转换程序，判断是否在K3到K4边坡及马道范围内。如不在，则转至上一马道或下一马道。

图3 K3—K4施工坐标系

表1 控制点坐标表

亦可事先将测站点坐标与后视点坐标转换到所建施工坐标系中，则实测点P的坐标为施工坐标，然后依据施工坐标判断边坡超欠挖。具体选用方法以现场实际情况而定。

例：

①实测点P的大地坐标为：

②算得K3到K4的坐标方位角为：

③平距为：

④转换到K3—K4施工坐标系后P点的施工坐标为：

⑤根据设计马道宽和边坡坡比，由P点高程算得此高程处点的设计居中即Y值应为：

⑥将算出的设计居中值与施工坐标系中的Y值作比较，便可知道实测点的超欠挖情况，此例中P点超挖6公分。

4.2 临时走索

木里河河流流向由S21°W转S25°E，左岸临河坡顶高程2687 m，河床高程1986 m，坡高700 m左右；右岸临河坡顶高程3292 m，坡高约1300 m。坝址河谷断面呈“V”或“U”型，在不同高程上形态有较大差异，2150 m高程以下河谷较为狭窄，河谷宽20～150 m，左岸自然边坡坡角约67°，右岸75°；2150～2220 m高程坡度稍缓，自然坡度40～50°；2220 m以上坡度变陡，自然坡度在55°以上。

前期准备过程中，要在大坝左右两岸安装临时走索，并检测、调试临时走索弧垂，使其满足设计施工要求。临时走索弧垂可以理解为以锚索为支持物而悬挂起来的呈弧形的曲线，走索上任一点至两端悬挂点连线的铅垂距离，即为走索该点的弧垂。如图4所示，用f表示。

图4 临时走索示意图

选一观测条件较好的地方，任意架站，测出锚索端A、B两点的坐标及高程，利用坐标反算算出A、B两点间的平距SAB及坐标方位角AB，计算出A、B两点间的高差△HAB，然后便可得到与水平方向的夹角θAB。

以A点为原点，B点为方向点建立施工坐标系，将走索上实测点P（X0、Y0、H）转换为施工坐标P（X、Y、H）。因河谷内风较大，走索不稳定，需根据转换后的坐标值Y判断所测点P是否在走索上，若Y＝0则开始计算其弧垂。

4.3 洞室开挖

为方便洞室开挖，施工放样时进行坐标转换，采用施工坐标。即将立洲水电站雅砻江坐标系转换为以洞室中心线为施工坐标系X轴，前进方向为坐标轴正方向；隧洞轴线的法线为Y轴，以前进方向右手侧为Y轴正方向，以隧洞进口0+000作为施工坐标原点的施工坐标系。

测放时，测站控制点和后视控制点全部输入以此坐标系换算的施工坐标，全站仪测量显示值N、E、Z就分别表示该点与进口的距离、与洞轴线的距离和高程。该点的桩号结合隧洞进口桩号和N值求得。

现以右岸2＃交通洞为例进行说明,控制点坐标见表2。

表2 2#交通洞控制点坐标表

对于Y1→Y2段，以Y1点为坐标原点，Y2为方向点建立施工坐标系，随开挖掘进沿洞壁布设施工导线控制点，如A、B两点，利用A、B两点进行施工放样。对于Y2→Y4段，其原点及坐标方位角均已发生改变，此时需将Y1→Y2的坐标系转换为Y2→Y4的坐标系，之前布设的施工导线点A、B的坐标也应进行相应的转换。

建立Y2→Y4的坐标系，算出Y1→Y2的距离S，则新原点的施工坐标为（-S，0），运行施工坐标系转大地坐标系程序，便可算出新原点的大地坐标。在Y1→Y2坐标系中算出A、B两点的大地坐标，然后再转换到Y2→Y4坐标系中算出其施工坐标A′、B′，便可用于以后Y2→Y4段的施工放样中。求新原点大地坐标时，亦可算出Y4→Y2的坐标方位角与Y1→Y2的距离，然后利用坐标正算公式求的。

测收隧洞断面时，固定住所测点的E值为0，前后移动棱镜，依次测得各点的N值、Z值，即可得到纵断面；而依据N值得到所测点的桩号，依据所测洞壁上点的E值、Z值，就可得到隧洞的横断面了。