張玉輝

摘要：測量工作在小水電工程建設(shè)中起著重要的作用。結(jié)合自身的測量經(jīng)驗，介紹了用ＧＰＳ與ＥＤＭ導(dǎo)線建立小水電工程地面控制網(wǎng)的幾種常用并有效的方法。

關(guān)鍵詞：小水電；工程；測量；方法；

中圖分類號：TV221文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3520（2014）-06-00253-02小水電工程按其布置的方式分為堤壩式、引水式和混合式３種。堤壩式電站屬于低水頭大流量型，大多位于水流平緩處，工程主要由大壩、壩后的廠房及庫區(qū)構(gòu)成，一般沒有引水隧洞，這種電站的測量工作比較簡單，只需在壩址處建立控制網(wǎng)，用以測量壩址和庫區(qū)地形圖，測繪工作相對比較簡單；而引水式和混合式電站是高水頭式，它的結(jié)構(gòu)除大壩和廠房外，一般還有引水隧洞、壓力管等。

一、小水電工程的特點

小水電一般裝機５０００ｋＷ以下，整個工程由攔水壩、引水洞（支洞）、壓力管和廠房等組成。引水式或混合式小水電站多處于山地狹谷地帶，交通不便，林木茂盛通視差，它的地面控制測量工作相對于堤壩式電站更加復(fù)雜和困難。這種電站水頭多在３０ｍ以上，高的可達(dá)數(shù)百米，引水隧洞由一個或一個以上的洞組成，單個洞長一般小于２ｋｍ，洞內(nèi)坡度０．２％，橫向貫通允許限差為２０ｃｍ，高程貫通限差為５ｃｍ。

小水電工程測量工作的主要內(nèi)容有建立平面和高程控制網(wǎng)，測繪庫區(qū)、壩址、進(jìn)出洞口（中洞）、壓力管和廠房的數(shù)字化地形圖（庫區(qū)和其他區(qū)域的比例尺一般分別為１：２０００和１：５００），以及工程施工放樣。測區(qū)采用任意直角坐標(biāo)系和假定高程系，如是流域綜合開發(fā)，可用區(qū)域內(nèi)或國家統(tǒng)一的平面和高程系統(tǒng)。

二、地面控制測量

（一）ＧＰＳ與ＥＤＭ導(dǎo)線結(jié)合的方法對于高水頭的小水電工程，輸水隧洞的控制是整個工程的核心。由于小水電工程處位于山地狹谷這種特殊的位置，采用ＧＰＳ測量往往受到地形條件的限制，不能直接在壩址、進(jìn)出洞口（支洞口）、廠房等關(guān)鍵位置上施測，而只能在附近山脊等開闊處選取合適的點，再用ＥＤＭ導(dǎo)線延伸至需要的位置上。在各施工區(qū)如壩址、洞口、廠房等處布點時，每處至少應(yīng)布設(shè)２～３個點，并使各相鄰點兩兩通視，最好能組成一個三角形。ＧＰＳ觀測的時間依工程對點位的精度要求不同而不同，一般２０～３０分鐘即可，檢驗測量成果精度的方法，通常有３種：用全站儀（測距儀）測量兩點間的平距與ＧＰＳ二維約束邊長進(jìn)行比較（同一投影面上）［１］；用全站儀測量單角，與ＧＰＳ坐標(biāo)反算角度值進(jìn)行比較；用ＧＰＳ對原測點位在不同時間進(jìn)行重測等方法進(jìn)行檢驗。ＧＰＳ測量的二維精度可靠，但高程精度偏低，其高程中誤差一般為±１０ｃｍ，不能滿足施工要求而需重新布設(shè)一條具有四等精度的測距三角高程導(dǎo)線或水準(zhǔn)路線，這項測量工作特別是在交通不便的山區(qū)，工作量也是非常大的。

（二）ＥＤＭ三維導(dǎo)線：測距導(dǎo)線作為小水電工程的地表控制，也是非常合適的。一方面全站儀在生產(chǎn)單位已得到全面的普及，同時它又有良好的測角、測距精度，目前２秒級全站儀每公里測距精度一般都在３＋２ｐｐｍ（ｍｍ）以內(nèi)，另一方面，測距導(dǎo)線選點的自由度大，能在所需要的地方布點，并能一次性完成平面和高程控制測量。為提高隧洞的貫通精度，減少壩址與廠房間的控制點的數(shù)量，導(dǎo)線宜布設(shè)成直伸型。

1、閉合導(dǎo)線：這種閉合導(dǎo)線的布設(shè)形式為狹長型，Ａ為進(jìn)洞口控制點，Ｄ為出洞口控制點，１、２、……６點為中間點，單號點與雙號點各構(gòu)成一條導(dǎo)線，選點時，應(yīng)使１與２，３與４等兩兩相鄰的點間距為２ｍ以內(nèi)，并用鋼卷尺量出間距。觀測時按閉合導(dǎo)線的要求施測，從Ａ始按１、２、３……６順序至Ｄ。水平角、豎直角、斜距的觀測及往返平距和高差的限差要求，視隧洞的長度分別依一或二級導(dǎo)線和四、五等ＥＤＭ三角高程的要求。這種形式布設(shè)的導(dǎo)線點位坐標(biāo)不僅可以得到檢核和精度衡量，同時最大限度的減少了工作量。

2、雙支導(dǎo)線：當(dāng)狹長的閉合導(dǎo)線中的某一點或幾點重合時，即成此類型。這種導(dǎo)線與閉合導(dǎo)線的觀測相同。一般地，這種導(dǎo)線可單雙站交替設(shè)置，在重合點上只需設(shè)置一次儀器或覘牌。計算既可按兩條支導(dǎo)線單獨進(jìn)行，也可按閉合導(dǎo)線的方法進(jìn)行計算（當(dāng)路線交叉時，只能按雙支導(dǎo)線計算），此外，還可以比較重合點以及終點的坐標(biāo)值而得到檢核。上述兩種導(dǎo)線還可通過比較兩鄰近點的實測距離與它們的坐標(biāo)反算距離進(jìn)行檢核〔２〕。

3、單支導(dǎo)線：當(dāng)引水洞較短時（一般小于１．５ｋｍ），可布設(shè)成單支導(dǎo)線。觀測的內(nèi)容與各項精度指標(biāo)與上述兩類導(dǎo)線一致。為便于檢核，水平角觀測時應(yīng)對左右角各觀測一至二測回，圓周閉合差應(yīng)小于１０秒。在進(jìn)行距離和高差觀測時，可用兩次儀高法觀測，以獲得兩組數(shù)據(jù)而得到校核。

4、高程測量：小水電工程的高程測量一般在施測ＥＤＭ導(dǎo)線時同時完成。施測時按照四等或五等的三角高程要求進(jìn)行，要特別注意各項限差要求，確保精度要求（特別是往返高差），以防返工。也可在條件較好時用水準(zhǔn)測量的方法觀測高差。

三、ＥＤＭ三維導(dǎo)線的長度及精度估算

地面導(dǎo)線的建立除了測圖外，主要是為了指導(dǎo)隧洞的開挖并使之貫通，以及放樣攔水壩、廠房及壓力管等，其中最主要的是用于前者。根據(jù)貫通誤差的來源與分配的原則［３］，對于雙向開挖的隧洞，地面控制對橫向貫通的影響值為

Ｍｑ為貫通誤差，以Ｍｑ＝１０ｃｍ代入，Ｍｑ＝５．８ｃｍ，即得地面導(dǎo)線最弱點的點位中誤差。對于上述的三種形式導(dǎo)線，都可用直伸支導(dǎo)線終點精度的估算方法來估算導(dǎo)線最弱點的精度。在任意平面直角坐標(biāo)系中，支導(dǎo)線由于沒有起算數(shù)據(jù)誤差和因起算數(shù)據(jù)誤差引起的誤差〔４〕，其最弱點的點位中誤差的計算如下式

根據(jù)大量的ＥＤＭ一級導(dǎo)線測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，測距精度等于或高于５＋５ｐｐｍ的２″全站儀的測距中誤差≤±５ｍｍ，測角中誤差約為±３″〔５〕，據(jù)此并依（１）式計算不同長度和邊數(shù)的支導(dǎo)線最弱點的點位中誤差Ｍ（如表１）。

從上表可以看出，當(dāng)導(dǎo)線的長度達(dá)到或超過２０００ｍ時，最弱點的點位中誤差達(dá)到或超過了５．８ｃｍ，也即在地面導(dǎo)線長度在２０００ｍ以內(nèi)時，可用單支導(dǎo)線（一級導(dǎo)線的觀測要求）控制；當(dāng)長度在２０００ｍ以上時，應(yīng)用閉合或雙支導(dǎo)線作控制，它們的最弱點的點位中誤差為單支導(dǎo)線

四、結(jié)論

（一）ＧＰＳ與ＥＤＭ導(dǎo)線相結(jié)合用于小水電工程的地面控制測量，是一種效率高、平面精度高，并省力的好方法，但該法投入大，外業(yè)儀器多，高程精度欠佳。在高程精度要求稍低時（±１０ｃｍ），可直接用其成果，不需再進(jìn)行四等ＥＤＭ三角高程測量。

（二）ＥＤＭ三維導(dǎo)線是小水電工程測量中常用的方法，但布點時要盡量使導(dǎo)線成直伸狀，以提高精度減少橫向貫通誤差。

（三）對于地面控制導(dǎo)線長度小于１５００ｍ的短隧洞，單支導(dǎo)線作為它的地面控制測量方法，是個很好的選擇，不但省時省力，而且效益好。該法在近幾年省內(nèi)外的小水電工程的隧洞施工中被作者多次應(yīng)用，效果非常好，貫通誤差均在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)。單支導(dǎo)線的測量要注意自身的校核，如測左右角，雙儀高法重測等。

參考文獻(xiàn)：

[１]潘寶玉等.城市一、二級ＥＤＭ導(dǎo)線適宜長度的探討［Ｊ］《地礦測繪》,１９９４

[２]本書編寫組.測量學(xué)［Ｍ］.北京:測繪出版社,１９９１年（第三版）

[３]李青岳等.工程測量學(xué)［Ｍ］.北京:測繪出版社,１９９５（第二版）

[４]陶元洲.單程雙測導(dǎo)線測量［Ｊ］.《測量員》,１９９１

[５]中海達(dá)測繪儀器公司.中海達(dá)ＧＰＳ數(shù)據(jù)處理軟件Ⅲ使用手冊［Ｍ］,２００３