水利工程测量概述

第三章水利工程测量

3－1 水利工程测量概述

水利工程测量是水利工程建设中不可缺少的一个组成部分，无论是在水利工程的勘测设计阶段，还是在施工建造阶段以及运营管理阶段，都要进行相应的测量工作。

在勘测设计阶段，测量工作的主要任务是为水工设计提供必要的地形资料和其它测量数据。由于水利枢纽工程不同的设计阶段，枢纽位置的地理特点不同，以及建筑物规模大小等因素，对地形图的比例尺要求各不相同，因而在为水利工程设计提供地形资料时，应根据具体情况确定相应的比例尺。

例如，对某一水系（或流域）进行流域规划时，其主要任务是研究该水系的开发方案，设计内容较多，涉及区域范围广，但对其中的某些具体问题并不一定作详细的研究。为使用方便，一般要求提供大范围、小比例尺的地形图，即流域地形图。在水利枢纽的设计阶段，随着设计的逐步深入，设计内容比较详细。因此对某些局部地区，如库区、枢纽建筑区等主体工程地区，要求提供内容较详细、比例尺较大、精度要求较高的相应比例尺地形图。

由于为水利工程设计提供的地形图是一种专业性用图，因此在测量精度、地形图所示的内容等方面都有一定的特殊要求。一般来讲，与国家基本图相比，平面位置精度要求较宽，而对地形精度要求有时较严。当设计需用较大的比例尺图面时，精度要求可低于图面比例尺，即按小一级比例尺的精度要求施测大一级比例尺地形图。

在勘测设计阶段除了提供上述地形资料外，还应满足其它勘测工作的需要。如地质勘探工作中的各种比例尺的地形底图，联测钻孔的平面位置和高程，测定地下水位的高程；在水文勘测工作中测定流速、流向、水深，以及提供河流的纵横断面图等；此外，还需要为各种

专用输电线、运输线和附属企业、建筑材料场地提供各种比例尺的地形图及相应的测量资料。

在水利枢纽工程的施工期间，测量工作的主要任务是按照设计的意图，将设计图纸上的建筑物以一定的精度要求测设于实地。为此，在施工开始之前，必须建立施工控制网，作为施工放样的依据。然后根据控制网点并结合现场条件选用适当的放样方法，将建筑物的轴线和细部测设于实地，便于施工人员进行施工安装。此外，在施工过程中，有时还要对地基及水工建筑物本身或基础，进行施工中的变形观测，以了解建筑物的施工质量，并为施工期间的科研工作收集资料。在工程竣工或阶段性完工时，要进行验收和竣工测量。

一个水利枢纽通常是由多个建筑物构成的综合体。其中包括有挡水建筑物（常称为大坝），它的作用大，在它投入运营之后，由于水压力和其它因素的影响将产生变形。为了监视其安全，便于及时维护和管理，充分发挥其效益，以及为了科研的目的，都应对它们进行定期或不定期的变形观测。观测内容和项目较多，用工程测量的方法观测水工建筑物几何形状的空间变化常称之为外部变形观测。通常包括水平位移观测、垂直位移观测、挠度观测和倾斜观测等。从外部变形观测的范围来看，不仅包括建筑物的基础、建筑物本身，还包括建筑物附近受水压力影响的部分地区。除外部变形观测之外，还要在混凝土大坝坝体内部埋设专用仪器，检测结构内部的应力、应变的变化情况，称其为内部变形观测；这种观测常由水工技术人员完成。在这一时期，测量工作的特点是精度要求高、专用仪器设备多、重复性大。

由上所述可以看出：在水利枢纽工程的建设中，测量工作大致可分为勘测阶段、施工阶段和运营管理阶段三大部分。在不同的时期，其工作性质、服务对象和工作内容不完全相同，但是各阶段的测量工作有时是交叉进行的，例如，在设计阶段为进行施工前的准备工作，亦着手布置施工控制网；而在施工期间，为了掌握施工质量，要测定地基回弹、基础沉降等，这就是变形观测的一部分内容；在工程阶段性竣工或全部完工之后，要进行竣工测量，绘制竣工图等，这其中又包括了测图的工作内容。而它们所采用的测量原理和方法以及仪器又基

本相同。所以我们不能将各阶段的测量工作绝对分开，应看成是一个互相联系的整体。

水利工程测量贯穿于水工建设的各个阶段，是应用测量学原理和方法解决水工建设中相关的问题。由于近几年来，测绘仪器正向电子化和自动化方面发展，精度也在不断提高。各种类型的全站仪已使测角、量边完全自动化，尤其是瑞士徕卡生产的ATC1800I测量机器人，使变形观测完全自动化。它能自动寻找目标、自动观测、自动记录，真正实现了测量外业工作的自动化。同时，随着空间技术的发展，全球定位系统（GPS）精度不断提高，它可以提供精密的相对定位，特别是它不要求地面控制点之间互相通视，且可以大量减少施工控制网中的中间过渡控制点，这在水利工程测量中将发挥极大的作用，也为水工建筑物的变形观测提供远离建筑物的基准点创造了条件。

3－2 施工控制网的布设

勘测阶段在水利枢纽建筑区所布设的控制网，主要是为测绘大比例尺地形图服务，控制网的设计精度，取决于测图比例尺的大小，点位采用均匀分布。因此，控制点的密度、精度及点的分布，都不能满足施工放样的要求。在施工时必须重新建立施工控制网。

分析水工建筑物放样的精度要求，可以看出有以下两个特点：一是松散性：一个水利枢纽建筑物可以分成不同的整体，各部分（如大坝、溢洪道、船闸等）之间具有松散的联系。不仅如此，在松散联系的各部分内部，如电站中各机组之间，它们的联系也是松散的；我们可以利用这些松散部位作误差调整或吸收误差。二是整体性：一些相互关联的水工结构物之间和金属结构的建筑物都具有较高的相对精度要求，需尽可能采用相同的控制点或建筑物轴线、辅助轴线进行放样。

根据水工建筑物放样要求的上述特点，在考虑布设施工控制网时，首先应划分工程部位

的松散区段和整体区段：将闸门区段、水电厂房、船闸段、溢洪段等作为整体区段，而将这些建筑物的连接处作为松散区段；以有金属结构联系的建筑物划分为整体区段，否则为松散区段；因此，应先区分开各部分对放样精度的不同要求，然后确定设计方案。

根据所划分的整体区段的多少、彼此相距的远近、面积的大小，以及所占整个施工区面积的比例，来考虑施工控制网的布设方案。如果整个区段相距较近，且合并面积占整个施工区面积的比例较大，而整个主要建筑区的面积又不大（1km2左右）时，可考虑采用全面提高整个施工控制网精度的方案，采用这种布网方案的控制网精度，需根据整体性要求最高的建筑物来设计。当整体性区段彼此相距较远，或整体性建筑物虽相距较近，但它们联系后的面积较大时，则以不合并为宜。此时，整个施工场地的控制网可只考虑放样各整体性区段的轴线（即：只考虑绝对精度），而对局部的整体性区段则通过加密控制网来进行放样；根据首级控制网（基本网）的精度（取决于仪器设备）及欲放样的整体性区段的放样要求，来决定加密控制网作为附合网或独立加强网（即在精度上高于首级控制）。

根据上述施工控制网的特点与水工建筑物对放样精度要求的特点，施工控制网布设时应遵循如下原则：

一、施工控制网应作为整个工程技术设计的一部分，所布设的点位应画在施工设计总平面图上，以防止标桩被破坏。

二、点位的布设必须顾及施工顺序和方法、场地情况、对放样的精度要求、可能采用的放样方法以及对控制点使用的频繁性等；以考虑放样精度要求高的主要建筑物密集处为主。一般来说，由于上游的点位随着坝身的升高，上、下游间通视将被阻挡而使一部分点位失去作用，故在布网时点位的分布应以坝的下游为重点；但为了放样方便，布点时仍应适当照顾上游。

三、河面开阔地区的大型水利枢纽以分级布设基本网和定线网为宜。对于高山狭谷、河