浅谈洞河水库双曲拱坝测量放样程序编写

郑明路

(中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710000)

1 工程概况

洞河水库枢纽工程位于汉阴县以东8 km的涧池镇境内，地处汉江北岸月河一级支流洞河下游，是一座以灌溉、供水为主，兼有发电和防洪等综合利用效益的Ⅲ等中型工程。水库总库容4627万m3，电站装机容量3430 kW，年发电量797.52万kW·h。

拦河坝为一座非对称碾压混凝土抛物线双曲拱坝,坝顶高程397.5 m,坝底高程332.0 m,最大坝高65.5 m,坝顶宽6.5 m，拱冠坝底厚15.750 m,各高程拱圈从拱冠至拱端逐渐变厚。坝顶上游弧长266.129 m,最大中心角88.03°,位于378.5 m高程；最小中心角55.05°,位于332.0 m高程。拱圈中心轴线在拱冠处，最大曲率半径右岸为127.958 m,左岸为121.473 m，最小曲率半径右岸为55.214 m,左岸为57.849 m。大坝宽高比3.53，厚高比0.24，上游面最大倒悬度0.24，下游面最大倒悬度0.20。

2 抛物线双曲拱坝的特点

拱坝是建筑在峡谷中的拦水坝，大坝成拱形，凸边面向上游，两端紧贴着峡谷壁，是一种在平面上向上游弯曲的曲线形大坝。拱坝适用于“V”字型、梯形型河谷中，拱坝应力条件较好，因弯曲形状，能把一部分水平荷载传给两岸。

双曲拱坝是大坝水平和竖直方向都成拱形，水平凸边面向上游，竖直拱形按各层拱圈曲率半径及拱厚，从坝顶至坝底逐渐减小，可大大减少坝体方量。

抛物线双曲拱坝是水平方向和竖直方向的坝体线型都是抛物线型。

3 抛物线双曲拱坝设计参数

拱坝体型主要控制曲线方程系数见表1，拱坝体型主要几何参数见表2。

表1 拱坝体型主要控制曲线方程系数表

4 程序编制思路与方法

由于水平方向和竖直方向都成抛物线型，拱坝轮廓线测量放线及施工较复杂。为了保证模板放样的精准度，外业测量放线使用徕卡TS06全站仪结合卡西欧CASIOfx-5800p编程计算器，在现场实现模板位置坐标测量实时校正。

卡西欧CASIOfx-5800p编程计算器在编辑程序时，首先编辑拱坝边缘值计算的程序。根据拱坝体型主要几何参数表(表2)将设计图给定的8个高程所对应的拱圈中心轴线拱端坐标值Xac，套用Xc=Rctanφ方程求出X左c、X右c，见表3。

表2 拱坝体型主要几何参数表

表3 拱圈中心轴线拱端坐标计算表

已知8个高程的拱圈中心轴线的拱端之间均为线性关系，内插出任意高程的中心轴线的拱端坐标值Xac，再由Xc=RctanΦ可得任意拱圈的半中心角Φ。现根据表一参数及以下方程进行卡西欧CASIO fx-5800p计算器编程。

①上游面曲线：YS=A1+B1Z+C1Z2+D1Z3

②左岸拱端的拱厚：TL=A2+B2Z+C2Z2+D2Z3

③拱冠梁处的拱厚：TC=A3+B3Z+C3Z2+D3Z3

④右岸拱端的拱厚：TR=A4+B4Z+C4Z2+D4Z3

⑤左岸拱圈中心轴线在拱冠处的曲率中心轨迹线：RL=A5+B5Z+C5Z2+D5Z3

⑥右岸拱圈中心轴线在拱冠处的曲率中心轨迹线：Rr=A6+B6Z+C6Z2+D6Z3

编程如下：

“H”？C：“GC=”:397.5-C→D◢

“YS=”:0-4.358049×10-1×D+1.414905×10-3×D2+4.21686×10-5×D3→E◢

“RL=”:121.473-1.420285×D+5.434413×10-3×D2+2.166878×10-5×D3→K◢

“RR=”:127.958-1.515181×D+3.885573×10-3×D2+3.498286×10-5×D3→N◢

Prog“ZYAGDZXXZ”←|

If C≥388 And C≤397.5：Then“ZGD=”:101.255+(112.205-101.255)÷9.5×(C-388)→L◢

“YGD=”:-(100.798+(112.108-100.798)÷9.5×(C-378.5))→M◢

Return:If End←|

半中心角Φ：

“BZXJ(Z)=”:tan-1(L÷K)→O◢

“BZXJ(Y)=”:tan-1(Abs(M)÷N)→P◢

根据Ta=A+BZ+CZ2+DZ3得出拱端拱厚Ta:

“TL=”:6.5+2.291433×10-1×D-6.762443×10-5×D2-9.680259×10-6×D3→F◢

“TC=”:6.5+2.334466×10-1×D-1.179395×10-3×D2-3.488635×10-6×D3→G◢

“TR=”:6.5+2.797388×10-1×D-3.553905×10-3×D2+3.069002×10-5×D3→H◢

经过以上程序操作便可得出左右坝段拱圈中心线的边缘值。例如：在计算器中输入坝顶高程397.5数字，按EXE键确认，计算器中会显示397.5高程处的相关参数。经计算397.5高程中上游线拱圈在拱冠出的y坐标为0，左岸拱端的拱厚TL为6.5 m，右岸拱端的拱厚TR为6.5 m，拱冠梁处的拱厚TC为6.5 m,左岸拱圈中心轴线在拱冠处的曲率半径为121.473 m,右岸拱圈中心轴线在拱冠处的曲率半径为127.958 m,左拱圈中心轴线拱端坐标值X左c为112.204 m，右拱圈中心轴线拱端坐标值X右c为119.214 m。

程序编写如下：

If Z=4:Then Goto4:If End←|

If W>0：Then“ZSBYZ=”:K×tan(0)+((G+(F-G))×sin(0))÷2◢

“ZSBYZ=”:E+G÷2+K×tan(0)2÷2-((G+(F-G))C×cos(o))÷2◢

E+G÷2+Ktan(W)m2÷2→U←|

G+(F-G)×(Y÷Q)2→V←|

T+(V×sin(W))÷2→X←|

If Abs(X-A)≤0.02：Then“Xu=”:X◢

“Yu=”:U-(Vcos(w))÷2◢

5 模板校正操作步骤

大坝设计参数存储到卡西欧fx-5800P存储卡中供计算过程中调用，其计算过程分为4步。

①输入实测高程得出该高程拱圈中边缘坐标值(Xac,Yac)、拱圈拱端处的中心线弧长Sa、拱圈拱冠梁拱厚TC和拱圈拱端拱厚Ta，其中拱圈中边缘坐标值作为计算器循环试算的限制值。例如：在计算器中输入坝顶高程397.5数字，按EXE键确认，计算器中会显示397.5高程处的相关参数，经计算397.5高程中上游线拱圈在拱冠出的y坐标为0，左岸拱端的拱厚TL为6.5 m，右岸拱端的拱厚TR为6.5 m，拱冠梁处的拱厚TC为6.5 m,左岸拱圈中心轴线在拱冠处的曲率半径为121.473 m,右岸拱圈中心轴线在拱冠处的曲率半径为127.958 m,左拱圈中心轴线拱端坐标值X左c为112.204 m，右拱圈中心轴线拱端坐标值X右c为119.214 m。

②输入现场实测的X值，计算器根据输入的X值判断指令来判断左右坝段。例如：现场左岸上游钢模板粗略支立好后，将棱镜放置可调模板顶部，使用全站仪进行实际测量，程序编写过程中将左坝段X定位为正数，右坝段X定位为负数。假设模板支立的棱镜测量的数测为X=45.673 m、Y=52.716 m，X为正数，说明此测量范围在左坝段，计算器中显示“X=?”将X=45.673 m数值输入计算器中。

③输入实测点处曲率半径与Y轴夹角的起始值Φ，根据实际情况先任意输入一个Φ值。例如：下一步计算器中显示“W=?”，输入一个任意角度45°。

④输入实际所需的上下游判别指令，计算出上游或者下游坐标值。例如：再下一步计算器中显示“Z=(4U,5D)?”，由模板实际支立位置，可知上游还是下游，因为观测的是上游，所以应输入“4”，将上游指令输入程序。

⑤对比实测Y值和计算Y值的差值，调整模板，调整后模板Y值满足模板支立规范要求，测量至此结束。例如：计算器经过计算得到Y=52.685 m，经对比，实测Y=52.716 m比计算出的Y=52.685 m大0.031 m，如果Y的差值大于1 cm，现场测量人员通知模板校核人员对模板进行调整。因为差值大0.031 m，那么模板应该往下游调整，如果实际测量结果小于计算结果，应该向上游调整模板，调整后使用全站仪继续观测调整后的模板X坐标值并输入计算器，直到计算出的Y值和实测的Y之间的差值小于1 cm,模板校核结束。

6 结语

通过测量检测程序的编制，彻底打破传统施工放样方法，使用全站仪与开发的程序相配合，摆脱了设计图纸对施工放样的条件限制，调整模板时，不受模板的位置及高程的影响，只要测出模板顶部任意一点的施工坐标，将坐标输入开发程序内，在短暂的数秒内即可判断出模板的偏差，为实现大坝连续上升提供了充分的快速检测保障。

在已浇坝体进行的竣工断面测量结果表明，坝体体型与设计体型符合较好，各种误差均在规范允许范围之内，成功地实现了双向曲率可调的要求，同时模板也实现了连续翻升快速施工的要求，所以本程序完全满足现场模板校核，控制大坝体型的要求。