水利枢纽施工控制网建设中若干问题的探讨

白国荣+柯卫宏

摘 要：利用GPS技术在水利枢纽施工控制网建设中经常会遇到通视条件差，布点位置局限，距离较近，观测条件差等问题，在施工控制网选点、观测、解算中如何避免无效观测，提高观测精度、验证和考证观测结果，本文通过项目实施对这些问题进行了分析，并在工程运用中得到了很好的实施。

关键词：控制网 选点 观测 处理 验证

中图分类号：TV523 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0031-02

某南疆水利枢纽建立施工控制网，测区位于山区陡峭，河道为山谷的狭隘区域，施工控制网主要为拦河坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔放空排沙洞、发电引水系统、电站厂房、生态基流发电系统、发电厂房等水利设施和施工道路开挖等施工所用，其中挡水建筑物、泄洪洞及发电洞进水口为1级建筑物；发电引水隧洞、电站厂房、生态发电引水洞及其厂房为2级建筑物；多数的洞室施工都是对向开挖，甚至还有施工支洞，例如发电引水隧洞长约6 km左右，包括进、出口还有2个施工之洞；各洞口的施工控制网布点位置局限，距离较近，观测条件不好，基本上三面环山，卫星的观测颗数及所构成的空间分布受到限制。

平面控制网基本网（首级控制）等级为二等，各控制点联测成为一整体，没有增设加密点；高程基本网为二等，加密为三等，平面点标石为混凝土观测墩（1.1～1.3 m高度），墩顶装有强制对中设备，观测墩的底座上埋有水准标志，便于施工控制网的使用。

使用的设备主要有Trimble双频GPS接收机8台套（标称精度：5 mm+0.5 ppm×D），日本Sokkia NET05智能型全站仪1套。（标称精度：0.5″，0.8 mm+1 ppm×D），用于边长的检测和验证。

执行的规范标准为《水利水电工程测量规范》（SL197-97）和《水利水电工程施工测量规范》（SL 52-93）。使用的处理软件为随机商用软件《Trimble Business Center》，和武汉大学编写的《科傻GPS数据处理软件》。

1 选点

施工控制网点通常密度较大、精度较高、使用频繁、受施工干扰大，有可能随工程开挖遭到破坏，此外还必须考虑施工的便利性和控制点必要性，尤其在水利枢纽区域还会遇到通视条件差，地质条件不稳定，点位之间距离较近，观测条件差、布点位置局限的状况，在本次在项目中更加突出这方面的情况，技术方案中，控制网点的平面位置采用的是GPS观测，测区又属于高山区，视场内障碍物的高度角的基本都大于15°、布设的点位根据施工、地形、地质和观测等条件太局限，部分点与点之间为了保持通视，距离很近，而且有个别点选在高压线或发射台（联通、电信）附近的情况。点位布设如图1所示。

图中从点号W21开始到W04沿公路两边一直有35 kV电线来回穿梭，造成W04、W09、W11、W13、W17等点距离高压线20～50 m不等，而且W16、W17附近有小功率的移动和联通发射塔（用于山区较小的无线电发射塔），对此又要保证施工控制点埋设的必要性还要保证其精度质量，必需对这些点进行验证，解决的方案是我们通过高精度的全站仪观测多组边长来考证成果的可靠性和准确性。

此外结合水利设施建筑物的特点，应该在建筑物轴线上布置控制点，便于常规设备的放样施工，但因选点条件有限及现代设备比较先进的特点，控制点埋设可不考虑建筑物轴线上设计点位，可以充分发挥控制点选埋的灵活性，但一定要考虑施工便利、破坏几率小、稳定且能满足观测的要求。

2 观测

对于山区作业，GPS观测可能遇到可见卫星数较少、障碍物的高度角影响；为了提高GPS网点可靠性和准确性就要增加观测时间、增加观测时段、增加重复设站次数保证多余的观测量；为了提高作业效率还要合理安排多台GPS作业、避免无效观测等情况，GPS观测前必需制定观测计划尤为重要。观测方案的合理性决定成果的可靠性和准确性，同时还要提高作业效率，节约成本，这都是本项目要着重考虑的问题。

（1）根据的测区的星历预报（可见卫星数），从中午13点开始到16点，卫星数在4～6颗，测区又位于山区，中午不适宜观测。

（2）为了增加GPS网可靠性，适当地增加了观测时段数（增加基线数），即增加了重复设站次数；规范规定每个点的观测时段数不低于2个，实际操作时平均每站均大于2个时段，增加的时段数主要是卫星数有可能较少的区域（山谷狭窄的地方）、或起算点和起算方位的控制点。

（3）为了提高GPS网的精度，延长了观测时间，规范的观测时间为90～120 min，实际上均大于120 min，以获得更多的同步观测时间和同步观测卫星；此外对于网中距离较近的点都进行了同步观测，获得它们之间的直接观测基线，有助于提高精度；同时在观测计划表中也要考虑同一建筑物的控制点尽可能在同一个观测时段内，如右岸的发电隧洞进口、施工之洞和出口控制点安排在一个时段内观测，同样其他的为一整体的建筑物也可安排在同一时段内，有助于精度的提高和顺利贯通，同时也进行了长边控制。

对于上述观测条件不太好的情况，例如W03点三面环山、也可以通过高精度的全站仪观测多组边长来验证。

3 数据处理

前期规划测量时按照规范规定投影长度变形值不大于5 cm/km可不做投影，测区实际投影变形值为4.7 cm/km，前期测量工作都在高斯面进行，但对于高精度的施工控制网都要求投影变形值为最小，实际测量边长=坐标成果反算边长，因此，观测边长应投影测区所选定的高程面上，而且使得本次成果能与前期规划的成果衔接或相差最小。本次施工控制网先引测了前期规划阶段的控制点，保证了成果的衔接，再利用引测的施工控制网点坐标，使用一定的投影方式进行投影计算，本项目是以测区中心的一点为投影中心，以距离较远的点位起算方向进行最小约束平差，实际项目操作为：以W18为投影中心，以W18-W30为起算方位角，进行最小约束平差，中央子午线为W18的经度，避免了成果不配套的问题，也减小了投影变形的差值。endprint