王文昱

(浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002)

1 工程概況

曹娥江大閘樞紐工程是國家批準(zhǔn)實(shí)施的重大水利項(xiàng)目,是我國在河口地區(qū)建設(shè)的第一大閘,是浙東引水工程的標(biāo)志性工程和龍頭工程,位于浙江省紹興市,錢塘江下游南岸主要支流曹娥江河口,是《曹娥江流域綜合規(guī)劃》、《錢塘江河口尖山河段整治規(guī)劃》中的關(guān)鍵性工程,也是浙東引水工程的配水樞紐。

大閘工程由擋潮泄洪閘、堵壩、導(dǎo)流堤、閘上江道防洪堤腳加固工程等組成。擋潮閘總寬697 m,閘孔總數(shù)28孔,每孔20m,堵壩長785 m,導(dǎo)流堤長510 m,為大 (1)型水閘工程。與大閘配套的閘前大橋工程在大閘上游1 km處,大橋全長約2.2 km,包括主橋、引橋、引道3部分,為雙向8車道的城市橋梁,主橋采用4跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋。

曹娥江大閘樞紐工程于2003年10月1日動(dòng)工興建,2008年11月27日通過了下閘蓄水階段驗(yàn)收。同年12月18日曹娥江大閘正式下閘蓄水。

2 控制網(wǎng)方案設(shè)計(jì)和建立

根據(jù)工程規(guī)模,平面控制網(wǎng)的等級(jí)為二等,基準(zhǔn)系統(tǒng)采用與可行性研究階段一致。

由于曹娥江大閘、大橋工程所在地是新圍墾區(qū),地質(zhì)條件相當(dāng)差,區(qū)域沉降十分嚴(yán)重,因此,工程對(duì)高程方面有很高的要求,既要考慮到施工期間的用途,更要考慮到大閘、大橋建成后長期運(yùn)行使用的沉降變形觀測的需要,所以,確定高程控制為二等精度,采用 1985國家高程基準(zhǔn)。

2.1 平面控制網(wǎng)

2.1.1 網(wǎng)形布設(shè)研究

利用曹娥江河口附近在可行性研究階段所布置的點(diǎn)作為起算點(diǎn)和起算方向,布設(shè)獨(dú)立的GPS控制網(wǎng)。根據(jù)大閘、大橋的相互位置關(guān)系,同時(shí)考慮到河口兩岸的交通情況、施工通視條件及其他方面的因素,平面控制網(wǎng)在施工期間和竣工后作為變形測量的基礎(chǔ),左岸新設(shè)3點(diǎn),右岸新設(shè)2點(diǎn),網(wǎng)形布設(shè)見圖1。B4點(diǎn)的位置主要是由于大橋的原因,考慮到施工期間要與同一岸的B5通視,從而設(shè)在橋的下游。

2.1.2 觀測標(biāo)墩的建造

該地區(qū)地質(zhì)條件較差,右岸的2點(diǎn)觀測標(biāo)墩建在堤岸上,基礎(chǔ)下面每點(diǎn)打入15根2 m長直徑15 cm的松木樁,以減少標(biāo)石的沉降?；炷翗?biāo)墩基礎(chǔ)開挖至地表下1.1 m深,底部長0.8 m、寬0.8 m,地表上觀測墩底盤1.4 m×1.4 m,高0.2m,澆筑混凝土后插入4根螺紋鋼。底盤凝固后安上1.2 m觀測墩立柱模板,在其中綁扎鋼筋,加4根腰圈,強(qiáng)制對(duì)中盤的立柱與觀測墩中的第1圈腰圈連接,并用微調(diào)螺旋將強(qiáng)制對(duì)中盤整平。左岸B1觀測墩設(shè)立在1座老閘的頂上,另2點(diǎn)分別利用工程前期為了大閘樁基所設(shè)立的承載測試樁。因B3點(diǎn)位要吹填至堤頂?shù)母叱?故在樁上加高至與堤頂高再建造觀測墩。觀測墩表面貼紅色花崗巖,建設(shè)單位、測量單位、觀測墩編號(hào)和設(shè)立時(shí)間用金色字體刻在花崗巖朝向江道的一面。

圖1 曹娥江大閘樞紐工程二等平面控制網(wǎng)略圖

2.1.3 控制網(wǎng)的施測

GPS觀測采用拓普康 (TOPCON HIPER)雙頻接收機(jī),其標(biāo)稱精度為(3+1)mm/km(規(guī)范規(guī)定為(5+2)mm/km)。在施測前對(duì)整個(gè)控制網(wǎng)的網(wǎng)形和同步觀測環(huán)圖形進(jìn)行了設(shè)計(jì),根據(jù)測區(qū)的平均經(jīng)、緯度和作業(yè)日期編制了衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表和根據(jù)時(shí)段要求的作業(yè)計(jì)劃進(jìn)度表[1]。

GPS靜態(tài)測量作業(yè)的基本技術(shù)要求和實(shí)測情況見表1。

表1 GPS靜態(tài)測量作業(yè)的基本技術(shù)要求和實(shí)測情況表

采用TOPCON-HIPER隨機(jī)軟件Pinnacle進(jìn)行平差計(jì)算。檢驗(yàn)同步環(huán)、異步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差及全長閉合差,檢驗(yàn)復(fù)測基線的長度較差。以所有獨(dú)立基線組成GPS網(wǎng)空間向量,先在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行三維無約束平差,然后進(jìn)行二維約束平差。全網(wǎng)用徠卡TC1800全站儀施測了2條基線邊,作為控制網(wǎng)擬合計(jì)算的邊長,以D5點(diǎn)作為起算點(diǎn),以D1作為方向計(jì)算各點(diǎn)坐標(biāo)成果。此平面控制網(wǎng)的建立,滿足了工程施工的需要。

2.2 高程控制網(wǎng)

2.2.1 高程控制網(wǎng)布設(shè)

由收集的資料分析,測區(qū)附近沒有高等級(jí)的國家基巖(或巖基)水準(zhǔn)點(diǎn),而普通水準(zhǔn)點(diǎn)都存在不同的沉降,經(jīng)過反復(fù)分析論證,決定采用距工程約40 km的巖層水準(zhǔn)點(diǎn)作為起始點(diǎn)。從實(shí)地對(duì)標(biāo)石的考證,該點(diǎn)穩(wěn)定可靠。在高程控制路線的中間有馬鞍山,距離曹娥江河口約20 km,在這個(gè)位置設(shè)立了2座巖層水準(zhǔn)標(biāo)石,作為以后高程控制的起算點(diǎn)。沿線的其他點(diǎn)設(shè)在橋、閘或房角上作為過渡點(diǎn)。

施工前在工程區(qū)共設(shè)6座水準(zhǔn)標(biāo)石,分別位于B1點(diǎn)下面水閘的閘肩、4個(gè)觀測墩的底座以及右岸錢塘江邊的閘上。

水準(zhǔn)線路布設(shè)為1條閉合路線,從已知的巖層水準(zhǔn)標(biāo)石出發(fā),途經(jīng)2座新設(shè)立的巖層水準(zhǔn)點(diǎn)、過渡點(diǎn)、大閘大橋工程區(qū)的水準(zhǔn)點(diǎn),最后閉合到已知點(diǎn),組成1個(gè)環(huán)形。其中河口兩岸通過跨河水準(zhǔn)測量方式聯(lián)接,其他路段采用直接水準(zhǔn)方式施測。

高程控制點(diǎn)的布置見圖2。

圖2 曹娥江大閘樞紐工程二等高程控制示意圖之一

2.2.2 高程控制測量

高程控制測量分為直接水準(zhǔn)測量和跨河水準(zhǔn)測量,直接水準(zhǔn)測量分為3個(gè)分段。內(nèi)業(yè)計(jì)算使用由武漢大學(xué)編制的科傻測量平差軟件進(jìn)行平差。

2.2.2.1 直接水準(zhǔn)測量

水準(zhǔn)測量采用蔡司Dini 12電子水準(zhǔn)儀,條形碼銦鋼水準(zhǔn)標(biāo)尺施測,它是高精度電子水準(zhǔn)儀,每公里往返測中誤差僅0.3mm,具有測量速度快、讀數(shù)客觀、精度高、測量數(shù)據(jù)便于輸入計(jì)算機(jī)和容易實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測量內(nèi)外業(yè)一體化的特點(diǎn)。

每個(gè)分段內(nèi)連續(xù)進(jìn)行所有測段的往測,隨后進(jìn)行返測,往返測的上下午測站數(shù)同午的站數(shù)控制在分段總站數(shù)的30%以內(nèi)[2]。視線長度、前后視距差、視距差累積、視線高等參數(shù)預(yù)先設(shè)置到儀器內(nèi)。根據(jù)氣象條件掌握好觀測時(shí)間,保證觀測質(zhì)量,提高成果精度。

2.2.2.2 跨河水準(zhǔn)測量

曹娥江下游沒有橋梁,如果通過直接水準(zhǔn)接測量兩岸的水準(zhǔn)點(diǎn),則需要繞行80 km,這樣一來會(huì)增加大量的工作量,同時(shí)會(huì)影響施測成果精度。于是考慮在水準(zhǔn)路線中進(jìn)行2次跨河光電測距三角高程測量。根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求[3],二等跨河光電測距三角高程測量的最大視線長度為600 m,而曹娥江河口的江面寬度一般都在1 500 m左右,但當(dāng)時(shí)大閘圍堰已建成,這樣在河中間的圍堰處到對(duì)岸的江面已經(jīng)大大的變窄了。經(jīng)過實(shí)地的踏勘選線與測量,在圍堰處的江面寬度正好小于600 m,并且此處視線距水面的高度大于3 m,而兩岸堤的高差只有0.2 m,這些都能很好地滿足規(guī)范的要求,決定進(jìn)行二等跨河水準(zhǔn)測量。

(1)跨河水準(zhǔn)網(wǎng)的選擇及布設(shè)?？绾铀疁?zhǔn)網(wǎng)的選擇及布設(shè)見圖3,在圖中A、B、C、D點(diǎn)埋設(shè)固定的混凝土水準(zhǔn)標(biāo)石,E、F點(diǎn)埋設(shè)簡易水準(zhǔn)標(biāo)石。

圖3 二等跨河水準(zhǔn)示意圖

(2)跨河水準(zhǔn)測量。二等跨河水準(zhǔn)測量所采用的儀器是Leica TC1800全站儀,配套的Leica棱鏡及覘板,量高桿及水準(zhǔn)尺。用二等水準(zhǔn)接測同一岸的A、B、E(另一岸為D、C、F)之間的高差,然后在任一點(diǎn)架設(shè)儀器,在本岸相鄰點(diǎn)豎立水準(zhǔn)尺,將望遠(yuǎn)鏡調(diào)至90°讀取水準(zhǔn)尺的讀數(shù),然后將望遠(yuǎn)鏡調(diào)制270°再讀取水準(zhǔn)尺的讀數(shù)。這樣就可以通過2點(diǎn)間的高差及水準(zhǔn)尺的讀數(shù)計(jì)算出測站點(diǎn)的儀器高。覘標(biāo)高使用量高桿量取,首先用量高桿量出基座光學(xué)對(duì)點(diǎn)器底部玻璃板的高度,再加上在室內(nèi)量取出的基座光學(xué)對(duì)點(diǎn)器底部玻璃板至棱鏡中心長度就可以得到覘標(biāo)高。在A點(diǎn)用中絲法以6個(gè)測回觀測對(duì)岸C、D覘板的天頂距ZAC、ZAD,再測邊長SAC、SAD。測完4測回邊長后搬至B站。B站測完后,儀器和覘牌互相調(diào)岸,分別在D和C觀測A、B。這樣完成了1組往返測。同理可完成另一組往返測。

使用上述方法再觀測大地四邊形EBCF。

(3)跨河水準(zhǔn)計(jì)算。對(duì)所測邊長進(jìn)行各種改正計(jì)算,計(jì)算相關(guān)2點(diǎn)間的高差。大地四邊形用武漢測繪科技大學(xué)編制的科傻測量平差軟件進(jìn)行平差,以距離平方的倒數(shù)為權(quán)。

3 控制網(wǎng)的復(fù)測與深層基岸標(biāo)的建立

平面控制網(wǎng)首次觀測后,根據(jù)工程地區(qū)的地質(zhì)條件以及施工的進(jìn)展,在1.5 a后又進(jìn)行了復(fù)測。前后2次成果進(jìn)行了對(duì)比,除B3點(diǎn)坐標(biāo)有34mm偏差外,其他各點(diǎn)2次坐標(biāo)差均在10 mm以內(nèi),經(jīng)分析B3是由于點(diǎn)吹填加高的原因產(chǎn)生一定的位移。

高程控制網(wǎng)以馬鞍山巖層水準(zhǔn)標(biāo)石作為起算點(diǎn)進(jìn)行了多次復(fù)測,通過對(duì)各次水準(zhǔn)測量成果的對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)各點(diǎn)都存在不同程度的沉降,右岸大堤每年的沉降量在40～50 mm,2個(gè)原有水閘每年的沉降量為12～18 mm,位于施工區(qū)內(nèi)的大閘樁基承載測試樁上的曹2點(diǎn)每年的沉降量為18 mm,而曹3在第2次測量時(shí)就發(fā)現(xiàn)巨大的沉降(達(dá)180 mm),原因是該點(diǎn)所在區(qū)塊于2004年下半年完成吹填至堤頂?shù)耐?使整個(gè)區(qū)域連同曹3一起下沉。以后的時(shí)間段內(nèi),該點(diǎn)的下沉速率也要比其他各點(diǎn)大得多。

針對(duì)這一情況,為滿足工程施工以及建成后工程監(jiān)測和管理工作,大閘管委會(huì)于2006年7月在曹娥江的左右岸分別建設(shè)了1座深層基巖水準(zhǔn)標(biāo),左岸基巖標(biāo) (曹左基)在100.13 m見基巖,106 m以下為完整基巖,其巖性為砂巖,保護(hù)管下入位置在107.97 m,標(biāo)桿下入深度為120.69 m;右岸基巖標(biāo) (曹右基)在96.54 m見基巖,100 m以下為完整基巖,其巖性為凝灰?guī)r,保護(hù)管下入位置在103.03 m,標(biāo)桿下入深度為120.10 m。2座基巖標(biāo)標(biāo)桿均進(jìn)入完整基巖超過10 m[4]。

2006年9月閘前大橋貫通后尚未通車時(shí),自馬鞍山巖層水準(zhǔn)標(biāo)石用二等水準(zhǔn)接測了曹娥江兩岸各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程(見圖4)。

4 精度統(tǒng)計(jì)

4.1 平面控制網(wǎng)精度

2004年5月,二等GPS平面控制網(wǎng)的最弱相鄰點(diǎn)邊長相對(duì)中誤差為1/383 000＜1/250 000(規(guī)定);

圖4 曹娥江大閘樞紐工程二等高程控制示意圖之二

2005年12月,二等GPS平面控制網(wǎng)的最弱相鄰點(diǎn)邊長相對(duì)中誤差1/287 000＜1/250 000(規(guī)定)。

4.2 高程控制網(wǎng)精度

各次水準(zhǔn)測量的精度見表2。

表2 各次水準(zhǔn)測量的精度表

由于采用了先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備,對(duì)工程控制網(wǎng)進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的實(shí)施,控制網(wǎng)各次測量的精度完全達(dá)到了規(guī)定的要求,為大閘樞紐工程的建設(shè)提供了重要的基礎(chǔ)資料。

5 結(jié) 語

曹娥江大閘樞紐工程控制網(wǎng)技術(shù)路線合理嚴(yán)謹(jǐn),實(shí)施手段先進(jìn),數(shù)據(jù)處理正確。在布網(wǎng)設(shè)計(jì)、觀測墩建造、水準(zhǔn)點(diǎn)造標(biāo)、GPS觀測、水準(zhǔn)測量、數(shù)據(jù)處理及復(fù)測等各個(gè)環(huán)節(jié)均精心設(shè)計(jì)、嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)施,成果質(zhì)量優(yōu)秀。布設(shè)的強(qiáng)制對(duì)中觀測標(biāo)墩和深層基巖水準(zhǔn)標(biāo)石,為工程施工建設(shè)以及竣工后的變形監(jiān)測打下很好的基礎(chǔ)。本測量控制網(wǎng)的研究和實(shí)施可供類似區(qū)域的工程建設(shè)借鑒,并具有一定的推廣性。

[1]劉基余,李征航,王躍虎.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用 [M].北京:測繪出版社,1999.

[2]國家測繪局測繪標(biāo)準(zhǔn)化研究所.GB 12897—91國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范 [S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1992.

[3]中國葛洲壩水利水電工程集團(tuán)有限公司.DL/T 5173—2003水電水利工程施工測量規(guī)范 [S].北京:中國電力出版社,2003.

[4]史君超,李娟,方智.浙江省曹娥江大閘樞紐工程深層基巖標(biāo)建設(shè) [M]//浙江省水利學(xué)會(huì),浙江省水力發(fā)電工程學(xué)會(huì).地方水利技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐 (第10輯).北京:中國水利水電出版社,2007.