青山冲水库工程施工控制网的设计与实施

陈艳会，陆日壮，赵慧

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

青山冲水库工程施工控制网的设计与实施

陈艳会，陆日壮，赵慧

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

青山冲水库是玉屏县规划建设的一座中型水库，主要任务为向玉屏县城供水、农村人畜供水和农田灌溉。为保证水库工程和相关配套工程平高系统保持一致、确保项目各基础建设顺利实施，设计并实施了由18座观测墩组成的三等GNSS施工控制网，为工程设计和施工提供了统一的施工基准。

水库工程；施工控制网；设计；实施

1 前言

青山冲水库位于贵州省铜仁地区玉屏县城西北部边缘的混寨河上，是玉屏县规划建设的一座中型水库，坝址距离县城约3km，主要任务为满足玉屏县城的经济社会发展供水需求，改善当地农业灌溉条件，解决周边农村居民的生活饮用水问题。水库所在河流属长江流域沅江水系舞阳河一级支流混寨河，水库死水位为390.0 m，正常蓄水位为443.5 m，兴利库容1 171万m3。

为保证水库工程和相关配套工程平高系统一致、确保项目各基础建设顺利实施，设计并实施了由18座观测墩组成的三等GNSS施工控制网，为工程设计和施工提供了统一的施工基准。

2 施工控制网的设计

2.1 布网设计

施工控制网平面坐标系统挂靠于1980西安坐标系的独立坐标系，中央子午线为108°54′20″，投影面高程为446 m。测区内共有国家二等三角点3座，点名为米寨坡、枣子当、唐家屯，经过实地踏勘，枣子当和米寨坡2点可以使用，作为施工控制网起算点；唐家屯点位标芯丢失，作为检核点。施工控制网起算点与该工程项目建议书阶段和可研阶段四等控制网起算点保持一致，坐标成果为3度带。

观测墩编号为QSC01—QSC18，其中右干管末端2座，编号为QSC01、QSC02；枢纽区6座，编号为QSC03—QSC08；无压隧洞进出口各3座，编号为QSC09—QSC014；左干管与左支管相交处2座，编号为QSC15、QSC16；左干管末端2座，编号为QSC17、QSC18。施工控制网布网设计，如图1所示。

图1 施工控制网布网设计

2.2 观测墩设计

控制点点位选在施工场地附近障碍物少、通视良好、交通便利、基础稳定、便于长时间保存的地方，点位的布设必须顾及场地情况、施工顺序、放样方法和使用频率。为保证施工放样观测精度，采用带强制归心设备的标准混凝土观测墩，现场浇筑制作。

观测墩外形为直径40 cm的圆柱形，柱高1.9 m，露出地面部分高1.2 m。观测墩下浇筑底盘，底盘尺寸为1.1 m×1.1 m，高0.3m。为减小沉降误差，底盘要求浇筑在新开挖的基岩上。观测墩顶面配置带强制归心设备，为保护标志，标志中心加装铁质保护盖盒。观测墩规格尺寸，如图2所示。

观测墩浇筑完毕后，现场绘制GNSS点点之记。观测墩正面喷绘“青山冲施工控制网”，背面喷绘“测量标志严禁搬动”，顶面印有编号和建造时间。施工控制网布设是工程技术设计的一部分，所有布设的控制点点位均要求绘制在施工设计总平面图上。

图2 观测墩规格尺寸示意（单位/cm）

2.3 观测方案设计

施工控制网布设成三等GNSS控制网，共由21个点组成，其中新布设观测墩18座、联测国家高等级三角点2个、联测项目可研阶段已有GNSS控制点1个。三等GNSS施工控制网采用静态观测方法，6台天宝R8S接收机同步观测。GNSS天线安置的对中允许误差为1 mm（观测墩采用强制对中，对中允许误差为1 mm），天线高的量取精确至1 mm。观测手簿内容填写按照技术设计书要求如下进行：测站点名、接收机名称（型号）、接收机编号、观测者、开机时间、关机时间、时段号、天线高、日期。

（1）以国家高等级三角点为起算数据，获取与国家1954年北京坐标系密切一致的成果，作为项目工程的平面控制基准。

（2）联测项目可研阶段已有GNSS控制点，维持施工控制网坐标成果与项目前期平面坐标系统一致，保证设计资料的延续使用性，减少不必要的坐标转换工作。

GNSS控制网采用双频GNSS接收机同步观测，以边连接方式进行，以大地四边形构成封闭式GNSS网环。多点同步观测框架加强了GNSS网网型结构，确保了新建施工控制网的整体精度。

GNSS控制网外业观测技术要求按《水利水电工程测量规范》（CSL197-2013）执行，主要技术参数见表1。

表1 施工控制网GNSS外业观测技术要求

3 施工控制网的实施

3.1 观测墩埋设

根据观测点位布设情况，组织6个人分成3个小组，采用拖拉机和人工抬扛的方式，将建筑材料运送到各个设计点位。埋设时，清除地表杂物及浮土，开挖至地下1 m深度，浇筑水泥混凝土底盘。绑扎钢筋网架，固定好标石，采用2 m高直径40 cm的钢制外模板控制尺寸，灌注混凝土时人工振捣密实。观测墩凝固稳定后拆模，外表刷白油漆，喷涂文字标识。观测墩实物，如图3所示。

图3 观测墩

3.2 施工控制网测量

施工控制网布设成三等GNSS控制网，以边连接方式进行，多个大地四边形构成封闭式的GNSS网环。9个人分成6个小组，现场采用6台天宝R9双频GNSS接收机同步观测，每天2个时段观测6个点，每个观测时段进行2次观测，每次至少2 h，中间不移动站点，以变更仪器高度形式进行。每天进行数据下载处理，包含多次重复边测量。

3.3 测量数据处理

3.3.1 基线处理

在野外数据采集前，做好GNSS星历预报，制定观测计划，保证数据采集的有效性。野外采集数据预处理使用随机数据处理软件，在计算机上完成，对当天采集的数据立即计算，通过残差分布图的显示分析，对观测质量不佳的数据予以剔除，对产生的周跳进行修复，确保外业数据的质量，全部基线解算按双差固定解解算。

3.3.2 数据平差计算

基线解算完毕后，对基线的质量进行检验，质量合格的基线用于后续处理。出现不合格的，则对基线进行重新解算。最终基线的质量检验满足同步环闭合差、异步环闭合差和重复基线较差等各项精度指标的要求。

GNSS网进行三维无约束平差后，以“枣子当”作为起算点，以“枣子当”到“米寨坡”方位角作为起算方向，采用一点一方位方法进行计算，以“唐家屯”为检查点，纳入1980西安坐标系进行二维约束平差。使用GNSS工具箱对控制点坐标进行高斯换带，换带中央子午线为108°54′20″，再将转换后的坐标投影至446 m高程面。

3.3.3 控制网精度统计

三等GNSS控制网最弱相邻点点位精度统计结果，见表2。

表2 三等GNSS控制网最弱相邻点点位精度统计

三等GNSS网最弱相邻点边长相对中误差精度统计结果，见表3。

表3 三等GNSS网最弱相邻点边长相对中误差精度统计

根据数据统计，平面控制网精度满足规范要求。

3.3.4 平差成果坐标转换

高程面的提升值采用辐射投影计算程序进行计算。计算参数如下：施工控制网网点QSC09正处于整个测区中心，即辐射投影计算以QSC09作为转换原点。①坐标投影高程面：446 m；②转换原点：QSC09，中央子午线为108°54′20″，中心纬度为27°16′30″，大地水准面差值为24.9 m；③QSC09坐标：X=3018 422.513，Y=590 044.311（1980西安坐标系，中央子午线为108°）；④QSC09坐标：X=3018 095.030，Y=500 380.854（挂靠于1980西安坐标系的独立坐标系，中央子午线为108°54′20″，该坐标由③中坐标采用GNSS工具箱坐标换带计算得来，进行辐射投影计算时采用该坐标作为中心点坐标）。

4 施工控制网成果外部检核

边长投影按辐射投影近似公式计算程序进行，控制网边长投影后，和现场高精度测距仪测定的边长（经过改正）在446 m高程面进行比较，依据《工程测量规范》（GB50026-2007），其限差不超过GNSS网相邻点间边长中误差的2倍，其中σ为基线长度中误差（mm）、a为固定误差（mm）、b为比例误差（mm/km）、D为平均边长（km）。根据仪器标称精度要求，a=10，b=5。坐标反算边长与全站仪实测边长比较，见表4。

表4 坐标反算边长与全站仪实测边长比较

从表4可得出检测边长较差均在限差范围，最大的差值不到限差的2/3，不存在明显的尺度误差。边长检测验证了GNSS施工控制网精度满足要求。

5 结语

综上，本项目从踏勘、资料收集、观测墩制作到三等GNSS测量，每道工序均进行过程和成果两级检查，保证了项目各工序、各阶段的成果质量。青山冲水库工程施工控制网布设方案合理、工作效率高，各项精度指标均满足规范要求。施工控制网的建立为整个工程施工奠定了坚实的基础，尤其是数据转换参数的建立更是节省了施工时间，为类似水利工程积累了实践经验。

[1]GB/T18314-2009，全球定位系统（GPS）测量规范[S].

[2]SL 197-2013，水利水电工程测量规范[S].

TV62+1；TV52

A

1004-7328（2017）06-0032-03

2017—07—10

陈艳会（1971—），女，高级工程师，主要从事水利水电工程设计工作。

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.06.008