魯修澤 中國水利水電第七工程局有限公司第一分局 620860

淺談施工坐標(biāo)在立洲水電站的應(yīng)用

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工程施工中常因遇到不同的坐標(biāo)系統(tǒng)，增加了施工施測的難度。為了解決類似問題，結(jié)合實際工作就坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法和施工坐標(biāo)的應(yīng)用做了簡單的介紹以達(dá)到簡化施工施測的目的。

坐標(biāo)系；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；施工坐標(biāo)；編程；立洲水電站

1.引言

水利工程形式多樣，在具體的測量放線過程中，我們發(fā)現(xiàn)：每個建筑物開始施工時，業(yè)主除提供2～3個控制點的大地坐標(biāo)外，建筑物的軸線上還提供兩個點的大地坐標(biāo)。依據(jù)控制點測放軸線上兩點比較簡單，可是測放出這兩個軸線上的點后，再進(jìn)行細(xì)部測放，就必須依據(jù)細(xì)部點到軸線上點的方位角和距離推算出細(xì)部點的坐標(biāo)才能測放，比較繁瑣。特別是涉及大壩邊坡的超欠挖問題時，邊坡點距軸線的距離隨著高程的變化而變化，非常難以掌握。為此，針對建筑物細(xì)部尺寸點與軸線垂直或平行的特點，我們在具體工作中采用了與大地坐標(biāo)、建筑物相對應(yīng)的，僅供施工用的施工坐標(biāo)。這樣一來，一切困難就都應(yīng)刃而解了。

2.工程概述

立洲水電站壩址區(qū)位于四川省涼山彝族自治州木里藏族自治縣境內(nèi)博科鄉(xiāng)下游立洲巖子至八科索橋2.4km的河段，電站采用混合式開發(fā)，推薦樞紐工程由碾壓混凝土雙曲拱壩、壩身泄洪系統(tǒng)、右岸地下長引水隧洞及右岸龔家溝地面廠房組成。

正常蓄水位2088 m，最大壩高132 m（不包括墊座），電站裝機(jī)三臺，另壩后有一臺生態(tài)機(jī)組，多年平均發(fā)電量為15.35億 kw h，水庫總庫容1.897億 m3，正常蓄水位以下庫容1.787億 m3，調(diào)節(jié)庫容0.82億 m3，具有季調(diào)節(jié)性能，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，總裝機(jī)容量355 MW，兼顧下游生態(tài)用水。工程等別為二等，工程規(guī)模為大（2）型工程，擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電建筑物等主要建筑物為2級建筑物。

3.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

工程施工坐標(biāo)系統(tǒng)是為總平面設(shè)計而確定的獨立坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)軸的方向與設(shè)計建筑物的方向平行，坐標(biāo)原點虛設(shè)在總平面圖西南角而使建筑物的坐標(biāo)為正值。國家大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)是進(jìn)行國家大地測量或城市勘測設(shè)計所采用的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。在工程放樣過程中因測量條件、設(shè)計要求、工程特點，為了利用兩個不同坐標(biāo)的測量成果，往往需要進(jìn)行施工獨立坐標(biāo)系統(tǒng)與大地測量系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)換。

圖1 施工坐標(biāo)系

如圖1所示，在地形圖上，建筑物ABCD位置已確定，A、B為其軸線方向上兩點，圖解出它們的坐標(biāo)并反算出方位角 /。將AB方向作為施工坐標(biāo)系的X（或Y）方向，再在適當(dāng)位置取一點作為施工坐標(biāo)系的原點，通常取A點為坐標(biāo)原點，然后根據(jù)AB的設(shè)計距離，計算B點的施工坐標(biāo)。

施工坐標(biāo)系與測量坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式:

式中，X0，Y0為施工坐標(biāo)系原點在測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，R0為施工坐標(biāo)系統(tǒng)A軸正方向與測量坐標(biāo)系統(tǒng)X軸正方向的夾角。

在實際運用中如果一個點一個點的計算不僅計算量大，而且用時較長、容易出錯?？梢赃x用小巧玲瓏、便于攜帶和方便使用的CASIO fx-4800p編程計算器有針對性的進(jìn)行編程，達(dá)到快速計算的效果。

具體程序如下：

（說明：K=1運行大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)施工坐標(biāo)，K=2運行施工坐標(biāo)轉(zhuǎn)大地坐標(biāo)；A:坐標(biāo)方位角；

X，Y：轉(zhuǎn)換點坐標(biāo)；E，F(xiàn)：所建坐標(biāo)系原點；C，D：轉(zhuǎn)換后點坐標(biāo)）

施工坐標(biāo)在各項水利工程中都能很廣泛的應(yīng)用，但應(yīng)注意：同一個控制點在不同的建筑物施工坐標(biāo)系中有不同的施工坐標(biāo)，要注意區(qū)別使用。全站儀測量時，顯示的N、E、Z值，在不同的建筑物施工坐標(biāo)系中也有不同的意義。下面就以施工坐標(biāo)在立洲水電站中的應(yīng)用為例，來體會施工坐標(biāo)的靈活性和實用性。

圖2 立洲水電站EL2210馬道

4.施工坐標(biāo)的應(yīng)用

4.1 邊坡超欠

以立洲水電站EL2210馬道為例，左岸壩肩馬道寬4.5 m，右岸寬3.0 m,以1：0.1的坡比進(jìn)行開挖，平面圖如圖2所示。

已知馬道上各控制點的大地坐標(biāo)（見表1），實測一點P，判斷P點的超欠挖情況。以K3為原點，K4為方向點建立施工坐標(biāo)系（如圖3所示），靠河邊側(cè)為Y軸正方向，利用坐標(biāo)反算算出K3到K4的坐標(biāo)方位角及平距S，再依據(jù)實測點P的X、Y值運行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序，判斷是否在K3到K4邊坡及馬道范圍內(nèi)。如不在，則轉(zhuǎn)至上一馬道或下一馬道。

圖3 K3—K4施工坐標(biāo)系

表1 控制點坐標(biāo)表

亦可事先將測站點坐標(biāo)與后視點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到所建施工坐標(biāo)系中，則實測點P的坐標(biāo)為施工坐標(biāo)，然后依據(jù)施工坐標(biāo)判斷邊坡超欠挖。具體選用方法以現(xiàn)場實際情況而定。

例：

①實測點P的大地坐標(biāo)為：

②算得K3到K4的坐標(biāo)方位角為：

③平距為：

④轉(zhuǎn)換到K3—K4施工坐標(biāo)系后P點的施工坐標(biāo)為：

⑤根據(jù)設(shè)計馬道寬和邊坡坡比，由P點高程算得此高程處點的設(shè)計居中即Y值應(yīng)為：

⑥將算出的設(shè)計居中值與施工坐標(biāo)系中的Y值作比較，便可知道實測點的超欠挖情況，此例中P點超挖6公分。

4.2 臨時走索

木里河河流流向由S21°W轉(zhuǎn)S25°E，左岸臨河坡頂高程2687 m，河床高程1986 m，坡高700 m左右；右岸臨河坡頂高程3292 m，坡高約1300 m。壩址河谷斷面呈“V”或“U”型，在不同高程上形態(tài)有較大差異，2150 m高程以下河谷較為狹窄，河谷寬20～150 m，左岸自然邊坡坡角約67°，右岸75°；2150～2220 m高程坡度稍緩，自然坡度40～50°；2220 m以上坡度變陡，自然坡度在55°以上。

前期準(zhǔn)備過程中，要在大壩左右兩岸安裝臨時走索，并檢測、調(diào)試臨時走索弧垂，使其滿足設(shè)計施工要求。臨時走索弧垂可以理解為以錨索為支持物而懸掛起來的呈弧形的曲線，走索上任一點至兩端懸掛點連線的鉛垂距離，即為走索該點的弧垂。如圖4所示，用f表示。

圖4 臨時走索示意圖

選一觀測條件較好的地方，任意架站，測出錨索端A、B兩點的坐標(biāo)及高程，利用坐標(biāo)反算算出A、B兩點間的平距SAB及坐標(biāo)方位角AB，計算出A、B兩點間的高差△HAB，然后便可得到與水平方向的夾角θAB。

以A點為原點，B點為方向點建立施工坐標(biāo)系，將走索上實測點P（X0、Y0、H）轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)P（X、Y、H）。因河谷內(nèi)風(fēng)較大，走索不穩(wěn)定，需根據(jù)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值Y判斷所測點P是否在走索上，若Y＝0則開始計算其弧垂。

4.3 洞室開挖

為方便洞室開挖，施工放樣時進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，采用施工坐標(biāo)。即將立洲水電站雅礱江坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為以洞室中心線為施工坐標(biāo)系X軸，前進(jìn)方向為坐標(biāo)軸正方向；隧洞軸線的法線為Y軸，以前進(jìn)方向右手側(cè)為Y軸正方向，以隧洞進(jìn)口0+000作為施工坐標(biāo)原點的施工坐標(biāo)系。

測放時，測站控制點和后視控制點全部輸入以此坐標(biāo)系換算的施工坐標(biāo)，全站儀測量顯示值N、E、Z就分別表示該點與進(jìn)口的距離、與洞軸線的距離和高程。該點的樁號結(jié)合隧洞進(jìn)口樁號和N值求得。

現(xiàn)以右岸2＃交通洞為例進(jìn)行說明,控制點坐標(biāo)見表2。

表2 2#交通洞控制點坐標(biāo)表

對于Y1→Y2段，以Y1點為坐標(biāo)原點，Y2為方向點建立施工坐標(biāo)系，隨開挖掘進(jìn)沿洞壁布設(shè)施工導(dǎo)線控制點，如A、B兩點，利用A、B兩點進(jìn)行施工放樣。對于Y2→Y4段，其原點及坐標(biāo)方位角均已發(fā)生改變，此時需將Y1→Y2的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為Y2→Y4的坐標(biāo)系，之前布設(shè)的施工導(dǎo)線點A、B的坐標(biāo)也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。

建立Y2→Y4的坐標(biāo)系，算出Y1→Y2的距離S，則新原點的施工坐標(biāo)為（-S，0），運行施工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)大地坐標(biāo)系程序，便可算出新原點的大地坐標(biāo)。在Y1→Y2坐標(biāo)系中算出A、B兩點的大地坐標(biāo)，然后再轉(zhuǎn)換到Y(jié)2→Y4坐標(biāo)系中算出其施工坐標(biāo)A′、B′，便可用于以后Y2→Y4段的施工放樣中。求新原點大地坐標(biāo)時，亦可算出Y4→Y2的坐標(biāo)方位角與Y1→Y2的距離，然后利用坐標(biāo)正算公式求的。

測收隧洞斷面時，固定住所測點的E值為0，前后移動棱鏡，依次測得各點的N值、Z值，即可得到縱斷面；而依據(jù)N值得到所測點的樁號，依據(jù)所測洞壁上點的E值、Z值，就可得到隧洞的橫斷面了。

5.結(jié)語

在立洲水電站施工放樣過程中，依據(jù)圖紙的設(shè)計參數(shù)信息，適時的使用施工坐標(biāo)，同時合理的運用CASIOfx一4850P計算器可以簡化和減少施工難度，不僅觀測數(shù)據(jù)形象直觀，更可直接利用觀測數(shù)據(jù)反映超欠挖情況，提高了放樣的速度，達(dá)到事半功倍的效果。筆者認(rèn)為施工坐標(biāo)的使用可在類似工程施工中作為參考和推廣。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.028