光电全站仪在双曲拱坝施工测量中的应用

李镇云 钟卫杰

1. 湖南省江华县水利局 湖南 江华 425500；

2. 湖南柏帆建设有限公司 湖南 长沙 410000

1 工程概况

龙川水电站砼双曲拱坝位于浙江省龙泉、景宁、庆元三县市交境的凤阳山脉岱根溪上游，坝址处河谷为对称“V”型河谷，河床落差大，两岸山体多为悬崖峭壁和原始森林，坝顶河谷宽度约200m，工地现场的外业测量通视条件很差；因地处深山老林，GPS信号非常弱。

龙川水电站砼双曲拱坝工程由丽水市水利水电勘测设计院设计，拱坝设计采用浙江大学水工结构所“拱坝分析与优化程序系统”（ADAO：ADCAS&ADOPT）进行体型优化，选取混合线型；该拱坝坝项高程▽903.6m，最大坝高56.6m，拱冠梁底厚7.73m，坝顶厚2.18m，坝项弧长167.6m，厚高比1：0.137，弧高比2.961。

2 施工测量控制网

2.1 测量设备

投入的测量仪器设备：GTS光电全站仪一台、反射棱镜系统两套、气压计一套、温度计一套、CASIO程序计算器及其它配套设备。

2.2 布网原则及作用

因工程现场的河谷非常狭窄，河谷两岸都是悬崖峭壁，现场通视条件非常差。根据双曲拱坝施工工艺要求及施工地形通视条件，施工测量按不同高程梯段布置四级控制布网，第一级为大坝土石方测量控制网、第二级为▽855级基坑施工控制网、第三级为▽882级坝体施工控制网、第四级为▽930级坝体施工控制网。

第一级控制网用于前期大坝拱槽开挖施工测量，以业主单位移交的枢纽控制网中的S5、L31点为测量基准点，从该两点出发在拱槽左右两岸和坝址下游300米山坡上分别发展C01、C02、C03，三点均与基点S5通视。考虑本控制网需同时用于700米输水隧洞施工测量，所以在建网之前先期完成“隧洞进口”至“0#支洞”2400米复合导线控制测量。通过复合导线测量复测，枢纽网精度可靠；通过按四等光电测量完成第一级控制网的测量。

拱坝开挖施工完成后，为满足大坝砼施工控制测量要求，根据地形特点及测量规范，从控制网基点S5、C02出发，在▽855m、▽882m、▽930m三个不同的高程梯段，按四等精度分别建立控制网，各高程梯段控制网之间分别完成联测平差，形成了一套完整的立体控制体系，确保保证龙川电站双曲拱坝完全在同一级控制系统下完成施测。

2.3 施测方法及精度控制

第一级控制网形成四边形闭合环线；采用光电测距、测角、测高差；高程结合平面坐标综合施测。各导线边之间平距、高差、斜距、天顶距均四测回、正倒镜仪器照准棱镜读数6次往返测量；各导线边夹角正反各两测回，正倒镜读数各6次施测。施测顺序为：S5→C01→C02→C03→S5。导线控制网坐标成果平差计算按四边形内角闭合差值分别配赋至各测角后计算坐标矢量值，坐标增量差按反号配赋原则平差。内角闭合差Wβ=-2.6’’，环线距离闭合差f=4mm，控制精度k=1/12.0万。

第二级控制网按一条四等光电复合导线施测。因用于控制基坑砼施工测量的JK1号点布置在基坑上游偏左岸，JK2号点布置在基坑下游偏右岸，JK2号无法与起始点S5通视，但与C02通视。故从S5→JK1→JK2→C02，完成复合导线控制测量。施测方法同第一级控制网。

第三级控制网施测从S5出发，经▽882高程的BS1点至▽878高程的BS2点回至S5点，形成一闭合三角网。三角形各点位之间按四等级光电三角网精度控制施测；因本级控制网点之间距离均小于150米，故各点坐标采用简易平差法计算，控制网精度达到k=1/15.4万。为满足大坝右岸▽878-▽882m高程区间的坝块放样要求，从第三级控制网中BS1点出发采用支导线法按四等级精度加密BS3点。

第四级控制网施测时，大坝坝体已上升至▽878高程，S5点已无法与C02点通视，故第四级控制网施测从S5出发，后视C01点，按逆时针方向，经至▽930m高程的BS5点回至S5点，形成四等级光电闭合三角网，并在S5点以上的悬崖底部（▽906m高程）采用支导线法按四等光电测距精度加密BS6点，并从BS6至BS4完成复合检测。

为检测一、二、三、四级各控制网之间精度，我们将仪器架于第四级网中的BS4点分别对第一级网的C02和第三级网的BS1点进行复测，复测点位中误差分别达到0.7mm和0.4mm，由此证明，整个控制网体系精度可靠。

3 施工放样测量

3.1 拱坝开挖放样测量

根据大坝设计参数，首先对设计院所提供的部分特征坐标进行复算，用于开挖放样的径向拱槽特征坐标根据设计参数，利用CASIO程序计算器编制程序加密计算至每2.0米高程断面；加密计算坐标后，利用AutoCAD软件在电脑内成平面图复核计算坐标是否落在拱坝不同曲率半径所对应的弧段上，当复核无误并报监理审验后方可用于施工放样；加密特征点主要采用极坐标放样法测放至地面以用于控制开挖深度；对于拱槽开口线测点测放，在施测现场根据上下游中点坐标及方位角，实测三维坐标，可反算出开挖边线实地平面位置。

基于已建立的第一级控制网，我们在控制点布点施测时已充分考虑各点对主要建筑物的施测控制。开挖放样主要采用极坐标法施测，高程主要用光电三角高程测量，放样点在条件允许情况下附合至临近基本控制点。

根据经监理审批的“大坝土石方开挖施工组织设计方案”，本工程因地形情况特殊，拱槽开挖采用了“先开挖先锋槽，再进行保护层开挖”的方法。即首先通过爆破试验获得有关的第一手爆破参数，再从下至上先进行先锋槽的开挖，待先锋槽开挖完成后，从上至下进行保护层开挖。根据施工进度要求，大坝拱槽放样分左右岸两部分及河床分期进行，河床放样在左右岸拱槽开挖之后。左右岸拱槽放样按自下而上实施放样，拱槽放样主要是测放拱槽中心点、断面加密点及预留2.0m保护层后开挖线，各放样点作好详细记录，作为爆破钻孔依据；各标准断面中点铅直向下计算开挖深度，边坡按设计拱槽开挖坡比1:0.3沿径向计算至开口线；施测完成后向钻爆施工队详细交桩并提供各边坡点平距、高差、斜距、坡比及坐标数据等，记录计算表见下表。

爆破放样记录计算表

保护层开挖放样，按加密计算的拱槽特征坐标，每2.0m设计径向断面测放拱槽中点及边线点作为光面爆破开挖施工依据，保证拱槽开挖断面形成径向。

3.2 拱坝坝体放样测量

双曲拱坝施工测量程序流程如下：

设计坐标复算→同高程CAD平面成图→放样坐标捕捉成表→仓面测量放样→成型砼检测→CAD成图复核

“设计坐标复算”方法与开挖加密特征坐标计算过程相同，采用CASIO程序计算器程序计算。

“同高程CAD平面成图”主要是将复算无误后的坐标录入电脑后反映出不同砼浇筑层型体尺寸，根据立模及砼浇筑要求酌情加密放样坐标点，并在平面图内测算出浇筑层砼工程量和模板工程量。

“放样坐标捕捉成表”是指将平面图内的拟定放样点（含立模、钢筋、细部结构等）由“CAD”坐标文字转换成“Word”表格，转换后可用于施测的“放样坐标计划表”如下：

放样坐标计划表

表中N、E为放样坐标。

仓面测量放样是放样的实施阶段，主要利用GTS光电全站仪，综合运用极坐标法和直角坐标法将放样坐标测放至实地。

成型砼检测与测量放样同时进行，检测记录Z为实测高程，B为成型砼偏差，检测记录直接录入放样计划表。

“CAD成图复核”是指将复测后数据再次成图，既作为成型砼的内业检查，又作为竣工资料的一部分。

4 结束语

在龙川电站双曲拱坝建设过程中，通过有效运用光电全站仪和电脑软件，在不同的高程梯段建立了立体的、高精度的“多级控制网体系”；并制订和执行了切实可行的“全站仪施工放样测量方案”。龙川电站双曲拱坝坝基开挖和主体混凝土放样精度达到了规范要求，开挖后拱槽呈标准的径向断面，坝体成型后的外观曲线偏差95%以上都在20mm以内。应用于龙川电站双曲拱坝的“光电全站仪多级控制网体系”和“施工放样测量方案”，对通视条件不好、GPS信号差的峡谷地形内的拦河坝工程，具一定的借鉴作用。