核电厂各阶段测量控制网的建立

摘要：在核电厂的建设过程中，从开始的规划可研阶段的测绘地形图，到建设初期阶段的土石方开挖计算，再到核岛、常规岛等主要构筑物建设的放线等，都需要建立控制网。这3种情形测量控制网的精度要求、样式规格要求是不同的，其测量方法也不相同。现结合项目实际作业流程，详细说明了在核电厂施工建设的各个阶段，不同类型的测量控制网建立过程中的常见问题及解决方法。

关键词：控制网;控制点;控制测量

0 引言

随着社会的进步，国内各种建设事业日新月异，在发展国防建设事业和空间地理信息技术中，在丰富和发展现代地球科学的有关研究中，以及在测绘工程行业的发展中，控制测量的地位和作用显得越来越重要。

笔者通过总结多年的实践经验，阐述了在核电厂施工建设的各个阶段，测量控制网的建立、测量过程。

1 测量控制网

1.1    测量控制网建立的目的

测量控制网是由合理分布的控制点以及采用适当的测量方法组成的网型。建立测量控制网的目的是为测图或工程建设的测区建立统一的平面控制网和高程控制网，作为进行各种细部测量的基准。

1.2    测量控制网分类

（1）按精度分：三等、四等、一级。

（2）按内容分：平面控制网、高程控制网。

（3）按方法分：常规网（三角网、水准网）、GPS网。

2 核电厂建设各阶段控制网的建立

本文以核电厂建设施工过程中所建立的测图控制网、首级测量控制网、次级测量控制网为例进行详细说明。

2.1    可研阶段测量控制网的建立

核电厂建设的可研阶段建立测图控制网：初勘阶段一般测绘地形图比例尺较小，范围比较大，测量控制网一般布设成三等或四等GPS网;而详勘阶段测绘地形图范围小，比例尺大，测量控制网一般布设成四等或一级GPS网。

2.1.1    测区坐标系统的选择

2.1.1.1    平面坐标系统

现阶段的工程项目都是采用2000国家大地坐标系。

中央子午线的选择：在满足规范要求的精度前提下，测量控制网都是采用国家正规的3°带中央子午线。当不能满足规范内对高斯投影长度变形的要求（通常不大于2.5 cm/km）时，就可以自定义中央子午线和投影基准面，建立任意带的独立高斯平面直角坐標系。目前核电厂项目建设多在沿海地区，设计的场坪多为10～20 m，所以投影面对边长投影变形的影响可以忽略不计。

其边长综合投影变形公式为：

式中：R为地球曲率半径;Ym为归算边两端点横坐标的平均值;Hm为测区高出WGS-84椭球面的平均大地高。

地理位置离中央子午线越远，纬度越低的地方控制点间的边长投影变形越大。比如山东某核电厂地理坐标为：东经121°23′15″，北纬36°42′35″。当中央子午线设置为120°时，经计算其边长投影变形值为18.9 cm/km，所以建立控制网时，把中央子午线设置为121°30′，经计算其边长投影变形值为0.1 cm/km，满足了核电厂工程测量规范的要求。

2.1.1.2    高程基准

目前都是采用1985国家高程基准。

2.1.2    控制网点选埋

以福建某核电厂可研阶段陆域地形测量控制网建立为例加以说明。本项目陆域地形测图是1：1 000、1：10 000同时进行，在整个1：10 000测图范围内建立了三等平面控制网，在1：1 000测图范围内加密了四等平面控制网。平面控制网布置示意图如图1、图2所示。

从布设平面控制网图形上看，控制点在测区范围布设比较均匀，并且联测的已知点分布比较合理。

2.1.3    控制网平面测量

三、四等GPS控制网平面施测采用华测T5型GPS接收机以静态定位方法进行观测。三、四等GPS控制测量作业执行了《核电厂工程测量技术规范》（GB 50633—2010）的基本技术要求，如表1所示。

三、四等GPS控制网外业观测结束后，即把数据传入计算机，进行观测数据后处理，采用南方测绘GNSS数据处理软件，分别根据三、四等GPS控制网主要技术指标要求，对数据进行了基线处理、无约束平差和约束平差。

由表2可知，约束平差后，三、四等GPS控制网最弱边边长相对中误差满足规范要求。

测图控制网是测图的基础，高精度控制网的建立保证了地形图的准确性，成果获得了业主及后期施工单位的肯定。

2.2    前期阶段测量控制网的建立

核电厂建设的前期阶段需建立首级控制网，其目的是为核电厂的前期建设、土石方工程、附属工程的定位和次级控制网的建立提供依据。其测量方法多为GPS测量，其精度为最弱点点位中误差不超过2 cm。

2.2.1    首级测量控制网点选埋

核电厂首级网点坐标是由甲方确定后，用仪器准确地放样到实地上。首级网要求点位稳定，精度要高，所以控制点施工时要保证其基础坐落在基岩上，点位最好做成强制观测墩的样式，避免仪器产生对中误差。

2.2.1.1    首级测量控制网点基础施工

项目的厂址不同，地质条件不同，其基础的施工方法有：直接开挖、钻孔灌注桩、冲孔灌注桩。

2.2.1.2    首级测量控制网点强制观测墩施工

（1）基础直接开挖的观测墩的观测平台和基础直接一起浇灌，观测平台养护稳固后再进行上面观测墩的施工。

（2）基础是冲孔灌注桩的先浇筑观测墩，直接坐落在桩上，再浇筑平台。

强制对中板标志如图3所示，形状尺寸及配筋图如图4所示。

2.2.2    首级测量控制网测量

以河北某核电厂首控网为例，强制观测墩建立后养护了28天，确保控制点稳定后，用华测GPS以静态方式，用三等GPS网的精度指标测量了平面坐标，用天宝Dini03水准仪以三等水準精度测量了高程。

2.2.3    首级测量控制网维护

首级测量控制网建成后，关键是要对其进行维护。通过复测，及时更新坐标成果，保证控制网和建筑物的系统性、一致性。

河北某核电厂首控网建立后，时隔6个月进行了复测：外业观测结束后，根据观测结果，对网内控制点进行分析与评估，选取网内合理的点作为起算点，保证控制网系统的一致性。下面就平面控制和高程控制分别进行说明。

GPS控制网外业观测结束后，先对三维无约束平差基线边长进行分析，各基线相对首次测量边长中误差均小于1/70 000，符合规范对于边长相对中误差的规定。综合分析网形及两次测量基线边长差值，根据“长基线控制短基线”的原则选取基线长度较长的SJ02-SJ07作为起算边，该边的边长相对首次测量的中误差为1/387 153，满足规范对于约束点间边长相对中误差不超过1/150 000的规定。水准测量外业结束后，对各段高差进行了统计分析，复测的各段高差与首测的高差值均小于20（L单位为千米）。为了同平面控制测量起算点位保持一致，选取SJ02作为高程控制测量起算点，复测成果校差统计表如表3所示。

与首次测量成果进行比较，发现无论是坐标差值还是高程差值均小于启用新成果的规定值。由于首次测量成果已经在厂区建安施工中应用，因此此次复测后成果仍然采用首次测量成果。

2.3    核电厂次级控制网的建立

核电厂次级控制网是在首级控制网的基础上布设的，为满足核电厂主厂区内构筑物的施工定位和放线、设备安装、微网建立等，由覆盖于核岛、常规岛等主要厂房周围的多个强制观测墩组成独立网。其测量方法为边角网测量，其精度为最弱点点位中误差不超过2 mm。

2.3.1    次级测量控制网点选埋

次级控制网一般建立在核岛基坑的周边，便于核岛、常规岛的建设。要保证其基础坐落在基岩上，建成强制观测墩样式，建设方法同首级测量控制网施工方法一样。

2.3.2    次级控制网测量

次级控制网测量前，先做好优化设计，不仅可以提高网型精度，还可以减少作业时间。

以山东某核电厂次级控制网为例：

（1）优化前：初步观测方案共需进行方向观测49个，边长观测24个;点位误差最大值为1.6 mm，边长相对中误差最大为1/231 724，如图5（a）所示。

（2）优化后：共需观测方向35个，观测边长17个;点位误差最大值为1.1 mm，边长相对中误差最大值为1/242 209，如图5（b）所示。

由此可见，优化后精度没有降低，还提高了工作效率。

次级控制网的水平角及边长观测使用徕卡TC2003型（测角0.5″，测距1+10-6）全站仪。采用边角网形式，观测时除了符合规范的各项规定外，根据经验还要按以下要求进行：

（1）外业观测均在清晨和傍晚成像清晰、气流稳定的有利时间内进行。

（2）为减弱或消除度盘分划误差的影响，水平角观测各测回均匀地分配在度盘的位置上。

（3）次级控制网是在首级控制网的基础上建立的，所以起算边从首级网中选取适当的点作为起算点。因为次级控制网的相对精度要求高，所以不能直接利用两个已知点的坐标，应该分析后固定一个点的坐标，以这两个点的坐标计算该边的方位角。以固定点的坐标和计算出的方位角作为起算条件进行平差。

以山东某核电厂3号机组次级控制网为例，次级平面控制网选用SJ26的坐标及SJ26-SJ27的方位角作为平面起算数据，经测量计算出CJ205坐标，然后以SJ26和CJ205为次级控制网内坐标起算点，采用南方测绘平差易。

采用2005平差软件进行次级控制网内严密平差计算，平差后求得各点的坐标，如图6所示。

2.3.3    次级控制网复测

次级控制网同样需要维护，保证其系统性、一致性。

3 结语

随着建设行业的发展，测量专业逐渐成为工程建设的主题，而控制测量作为测量行业的基础，为工程建设的各个阶段服务，是实现工程规划、保证工程质量的重要手段。

核电厂3种建设施工阶段控制网的特点如下：

（1）测图阶段：测图控制网的建立能够满足测图精度即可，控制的范围是整个测区，范围较大，对点点通视情况要求不高，控制点的样式为普通样式。测量方式为GPS测量，作业周期短，建设费用最为经济。作业时注意选择中央子午线，防止投影变形引起的误差。

（2）建设前期阶段：首级测量控制网的精度要高于测图控制网，控制的范围是整个厂区，范围较小，至少要保证3个点间相互通视，便于检测，控制点的样式可以建设成普通控制点样式，也可以建设成强制观测墩样式，其基础要求坐落在基岩上。测量方式为GPS测量，作业周期短，建设费用比测图控制网要高。最好建立观测墩，保证点位的稳定性。建立后要注意对其进行维护。

（3）核电厂的建设阶段：次级测量控制网的精度要高于首级测量控制网，控制的范围是核岛周围重点建筑区域，范围最小，至少要保证3个点间相互通视，便于检测，控制点的样式建设成强制观测墩样式，其基础要求坐落在基岩上。测量方式为边角网，作业周期长，建设费用较高。次级控制网的建立，点位稳定，采取图形优化、观测时间的选择、仪器误差等措施保证控制网精度。

核电厂各阶段建立的控制网精度要求不同，关注事项不同，尤其是影响点位精度的因素，如投影变形、观测时间、观测方法、使用设备、网型等也不同，只有针对不同控制网进行不同的理论分析，在具体工程中得以应用，才能提高作业效率，节约工程成本。

[参考文献]

[1] 核电厂工程测量技术规范：GB 50633—2010[S].

[2] 肖复何.控制测量学[M].重庆：重庆大学出版社，1994.

[3] 杜金华.海阳核电厂首级测量控制网的建立与精度分析[J].测绘地理信息，2013，38（1）：46-48.

收稿日期：2021-03-29

作者简介：焦正华（1983—），男，河北邯郸人，高级工程师，研究方向：工程测量。