浅谈水利工程的控制测量方法

浅谈水利工程的控制测量方法

发表时间：2018-12-24T15:16:30.517Z 来源：《防护工程》2018年第27期作者：刘龙江[导读] 测量工作在水电工程建设中起着重要的作用，水电工程按其布置的方式分为堤坝式、引水式和混合式３种。大唐广元风电开发有限公司

摘要：测量工作在水电工程建设中有着重要的作用。本文着重介绍了几种建立水电工程地面控制网的常用并有效的方法。关键词：工程测量控制网导线测量三角高程测量测量工作在水电工程建设中起着重要的作用，水电工程按其布置的方式分为堤坝式、引水式和混合式３种。堤坝式电站属于低水头大流量型，大多位于水流平缓处，工程主要由大坝、坝后的厂房及库区构成，一般没有引水隧洞，这种电站的测量工作比较简单，只需在坝址处建立控制网，用以测量坝址和库区地形图，测绘工作相对比较简单；而引水式和混合式电站是高水头式，它的结构除大坝和厂房外，一般还有引水隧洞、压力管等。这类电站传统的地面控制测量方法是建立小三角网，但目前由于ＧＰＳ和全站仪（测距仪）的全面普及，传统的小三角网控制已完全被ＧＰＳ测量或与ＥＤＭ导线结合的方法所代替。以下介绍几种建立小水电工程地面控制网的常用并有效的方法。

一、地面控制测量

（一）GPS与EDM导线结合的方法对于高水头的水电工程中输水隧洞的控制是具有不可低估的作用。由于水电工程一般都处于山地狭谷这种特殊的位置，采用GPS测量往往受到地形条件的限制，不能直接在坝址、进出洞口（支洞口）、厂房等关键位置上施测，而只能在附近山脊等开阔处选取合适的点，再用EDM测量微波建立导线延伸至需要的位置上。在各施工区如坝址、洞口、厂房等处布点时，每处至少应布设２～３个点，并使各相邻点两两通视，最好能组成一个三角形。此外，积极做好外业踏勘工作相当重要，点位应选在地面坚固，易保存处、视野应开阔等因素必须考虑。GPS观测的时间依工程对点位的精度要求不同而不同，一般情况下，实际观测时间保证有２０～３０分钟即可，检验测量成果精度的方法，通常有３种：用全站仪（测距仪）测量两点间的平距与GPS二维约束边长进行比较（同一投影面上）；用全站仪测量单角，与GPS坐标反算角度值进行比较；用GPS对原测点位在不同时间进行重测等方法进行检验。GPS测量的二维精度可靠，但高程精度偏低，其高程中误差一般为±10cm，不能满足施工要求而需重新布设一条具有四等精度的测距三角高程导线或水准路线，这项测量工作特别是在交通不便的山区，工作量也是非常大的。

(二)EDM三维导线

测距导线作为水电工程的地表控制方法的首选，是非常合适的。一方面全站仪在生产单位已得到全面的普及，同时它又有良好的测角、测距精度，目前２秒级全站仪每公里测距精度一般都在3+2ppm(mm)以内，另一方面，测距导线选点的自由度大，能在所需要的地方布点，并能一次性完成平面和高程控制测量。为提高隧洞的贯通精度，减少坝址与厂房间的控制点的数量，导线宜布设成直伸型。

1、三维导线的类型：可分闭合导线、双支导线、单支导线三种类型进行计算。

2、高程测量：水电工程的高程测量尽量在施测ＥＤＭ导线时同时完成。施测时按照规范要求严格进行，（施测方法后面有详细阐述）要特别注意各项限差要求，确保精度要求（特别是往返高差），以防返工。也可在条件较好时用水准测量的方法观测高差。

3、EDM三维导线的长度及精度估算地面导线的建立除了测图外，主要是为了指导隧洞的开挖并使之贯通，以及放样拦水坝、厂房及压力管等，其中最主要的是用于前者。根据贯通误差的来源与分配的原则，对于双向开挖的隧洞，地面控制对横向贯通的影响值为

Mq为贯通误差，以Mq＝10cm代入，Mq＝5.8cm，即得地面导线最弱点的点位中误差。对于上述的三种形式导线，都可用直伸支导线终点精度的估算方法来估算导线最弱点的精度。从以上可以看出不同的测量控制导线布置有各自的特点：首先， GPS与EDM导线相结合用于小水电工程的地面控制测量,是一种效率高、平面精度高、并且省力的好方法，但是此种方法投入大，外业仪器多，高程精度欠佳。在高程精度要求不是很高时，可以直接使用其成果，不需要在进行四等EDM高程测量；其次， EDM三维导线是目前小水电工程控制测量中常用的办法，但由于其布点时要尽量使导线成直伸状，故受场地制约比较大；最后，对于地面控制导线长度小于1500m的短隧洞施工而言，单支导线是很好的选择，将其作为控制基线，不但省时省力，而且效益好。但要注意在进行单支导线测量时要注意自身的校核。

二、高程控制测量

在水利工程施工中，不可避免的会常常涉及到高程测量。传统的测量方法是水准测量、三角高程测量。随着全站仪的广泛使用，使用跟踪杆配合全站仪测量高程的方法越来越普及，使用传统的三角高程测量方法已经显示出了它的局限性。在这里推荐一种进行三角高程测量的新方法，这种方法既结合了水准测量的任一置站的特点，又减少了三角高程的误差来源，同时每次测量时还不必量取仪器高、棱镜高。使三角高程测量精度进一步提高，施测速度更快。下面就这一方法进行阐述。如果我们能将全站仪象水准仪一样任意置点，而不是将它置在已知高程点上，同时又在不量取仪器高和棱镜高的情况下，利用三角高程测量原理测出待测点的高程，那么施测的速度将更快。假设B点的高程已知，A点的高程为未知，这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。首先由（1）式可知:

HA=HB-(Dtanа+i-t) （2）上式除了Dtanа即V的值可以用仪器直接测出外，i,t都是未知的。但有一点可以确定即仪器一旦置好，i值也将随之不变，同时选取跟踪杆作为反射棱镜，假定t值也固定不变。从（2）可知：HA+i-t=HB-Dtanа=W （3）

由(3)可知，基于上面的假设，HA+i-t在任一测站上也是固定不变的.而且可以计算出它的值W。这一新方法的操作过程如下:

1、仪器任一置点，但所选点位要求能和已知高程点通视。

2、用仪器照准已知高程点，测出V的值，并算出W的值。（此时与仪器高程测定有关的常数如测站点高程，仪器高，棱镜高均为任一值。施测前不必设定。）

3、将仪器测站点高程重新设定为W，仪器高和棱镜高设为0即可。

4、照准待测点测出其高程。

下面从理论上分析一下这种方法是否正确。

结合（1），（3）

HB′=W+D′tanа′ (4)

HB′为待测点的高程；

W为测站中设定的测站点高程；

D′为测站点到待测点的水平距离；

а′为测站点到待测点的观测垂直角。

从(4)可知,不同待测点的高程随着测站点到其的水平距离或观测垂直角的变化而改变。将（3）代入（4）可知：

HB′=HA+i-t+D′tanа′ （5）

按三角高程测量原理可知

HB′=W+D′tanа′+i′-t′ (6)

将（3）代入（6）可知：

HB′=HA+i-t+D′tanа′+i′-t′ (7)

这里i′,t′为0,所以:

HB′=HA+i-t+D′tanа′ (8)

由(5),(8)可知,两种方法测出的待测点高程在理论上是一致的。也就是说我们采取这种方法进行三角高程测量是正确的。综上所述：将全站仪任一置点，同时不量取仪器高，棱镜高。仍然可以测出待测点的高程。测出的结果从理论上分析比传统的三角高程测量精度更高，因为它减少了误差来源。整个过程不必用钢尺量取仪器高，棱镜高，也就减少了这方面造成的误差。同时需要指出的是，在实际测量中，棱镜高还可以根据实际情况改变，只要记录下相对于初值t增大或减小的数值，就可在测量的基础上计算出待测点的实

际高程。现代的电磁波测距仪的发展异常迅速，不但其测距精度高，而且使用十分方便，可以同时测定边长和垂直角，提高了作业效率，因此，利用电磁波测距仪作三角高程测量已相当普遍。

结束语:实践证明，在水利工程施工中用光电测距三角高程是完全能够替代三，四，五等水准测量的，采用以上的测量工作方法，不但保证了测量的精度，同时也大大缩短了工作时间，降低了劳动强度，其优势是以前的水准测量工序不可比拟的，起到了事半功倍的效果。参考文献：

[1]陶元洲．单程双测导线测量［Ｊ］．《测量员》，1991.

[2]李青岳等．工程测量学［Ｍ］．北京：测绘出版社，1995（第二版）.