第十一章_水利工程测量

第十一章水利工程测量思考题：1.大型水利枢纽工程的构成和特点是什么？2.测量工作在水利水电工程勘测设计、施工建设和运营管理阶段的作用是什么？主要内容􀂾河流梯级开发规划阶段的测量􀂾水利枢纽工程设计阶段的测量􀂾水利枢纽工程的施工控制测量􀂾水利枢纽工程的施工放样水利枢纽工程的变形监测重点􀂾水利枢纽工程施工阶段的测量工作11.1概述发展史中国水利工程测量，从70年代后期以来：•控制测量方面，采用电子计算机技术以及电磁波测距导线、边角网等形式与优化设计方法。•陆上地形测量，应用航测大比例尺成图和地面立体摄影测量，由模拟测图逐步转向数字化、自动化测图；•水下地形测量普遍应用回声测深技术，大面积水域测量开始应用微波测距自动定位系统。•施工测量中，电磁波测距仪、激光导向仪、激光投点仪、陀螺经纬仪、坡面经纬仪及地面摄影测量技术正在普及。•大坝变形观测及地壳形变观测采用了正倒锤、引张线、大气激光波带板准直、真空管道激光波带板准直、短基线、短水准、近景摄影测量等设备和技术，测量精度和效率不断提高，某些观测仪器已开始实现自动化和遥测。•近年来，遥感技术已应用于地图编制、土壤侵蚀测绘和水深测量等方面。11.1概述主要工作内容水利工程测量是指在水利工程规划设计、施工建设和运行管理各阶段所进行的测量工作。水利工程测量的主要工作内容有：平面、高程控制测量、地形测量（包括水下地形测量）、纵横断面测量、定线和放样测量、变形观测等。1施工控制测量为工程建筑物的施工放样、验收及其他测量工作建立平面控制网和高程控制网。首级平面控制网常用高精度测角网、边角网或电磁波导线等形式布设，再以插网、插点或导线加密。随着GPS应用技术的推广和应用，在许多大型工程中已开始采用GPS建立平面施工控制网，并用动态GPS技术进行施工放样工作，这对提高施工测量的效率是十分有益的。首级高程控制网一般为高精度的水准网，然后以较低等级的附合水准路线或结点水准网加密，地形起伏较大时则用电磁波三角高程测量或解析三角高程测量代替适当等级的水准测量。2施工放样及贯通测量①施工放样及收方将设计图上建筑物的轴线、细部轮廓点标定到实地，并进行填挖方量的验收测量。一般由基本控制网测设建筑物的主要轴线点和施工水准点，布设成施工方格控制网或放样网，再以极坐标法、直角坐标法、角度或距离交会法等平面放样方法和水准测量、三角高程测量等高程放样方法，测设、检测建筑物轮廓点与立模点、填筑点、开挖点，并随施工进展测绘挖填断面，并计算验收完成工作量。②安装测量为安装闸门、拦污栅、起重轨道、发电机组等金属或混凝土构件以及机电设备进行的测量。安装点位置一般由施工方格控制网或轴线点以直角坐标法或其他方法测设；高程由高程基点以水准测量方法测定。③隧洞贯通测量•进行贯通测量设计；•建立洞外（地面）平面和高程控制；•进行联系测量，布设洞口控制点或通过竖井、斜井、支洞将坐标、方位角和高程传入洞内；•敷设洞内基本导线、施工导线和水准路线，并随施工进展而不断延伸；•在开挖掌子面上放样，标出拱顶、边墙和起拱线位置，立模后检测；•测绘竣工断面。④附属工程测量为施工服务的附属工程（如铁路、公路、输电线路、通讯线路、压力管道等）所进行的测量工作。3变形观测按照设计文件布设变形观测控制网和监测点，埋设观测设备，及时开始观测工作。控制网点和监测点应布设在不受淹没及施工爆破等影响的稳定地区。对重要建筑物，从基坑开挖开始即须进行变形观测，以测定建筑物基础和地基在施工期间因荷载变化所引起的形变。4竣工测量①单项工程完成后，要施测开挖、填筑竣工断面图和竣工平面图。②主体工程开挖至建基面时，要测绘建基面的大比例尺地形图。③竣工后，要测绘过流部位的形体断面及综合反映工程全貌的竣工总平面图。这些资料是工程验收及管理的重要依据。11.2河流梯级开发规划阶段的测量一般来讲，山区河流的开发目标以发电为主，而平原河流的开发目标则以航运、灌溉为主。这种对整条河流（或局部段）综合开发的规则称为流域规划，它是国民经济发展计划的一个组成部分。流域规划的主要内容之一是制定河流的梯级开发方案，合理地选择枢纽位置和分布。在进行梯级布置时，不仅需要在地形图上确定合适的位置，而且还应确定各水库的正常高水位。主要内容测量人员应提供该流域内的地形图、河流纵断面图以及河谷地形图。整个流域范围内可提供1:50000～1:100000的流域地形图。为初步确定各梯级水库的淹没情况及库容，需用1:10000～1:50000的地形图。可收集国家基本图或其他勘测单位的现有图提供设计使用。在收集资料时，除具体成果、成图外，还应收集下列资料：施测单位、时间、作业规范，标石耐久程度和保存情况，实测结果所达到的各项精度指标，所采用的坐标系统等。11.3水利枢纽工程设计阶段的测量11.3.1工程设计阶段的控制测量•平面控制网建网方法：三角测量、导线测量、三边测量和边角测量、GPS等；•高程控制网建网方法：水准测量和三角高程测量；布设方式：一次全面布网，或分级布设。首级网一般布设成环形网，加密时可布设成附合线路或结点网。11.3.2水库淹没界线测量水库淹没界限测量：测设移民线、土地征用线、土地利用线、水库清理线等各种水库淹没、防护、利用界线的工作。测设目的：•测定水库淹没、浸润和坍岸范围，由此确定居民地和建筑物的迁移、库底清理、调查与计算由于修建水库而引起的各种赔偿；•规划新的居民地、确定防护界线等。测设依据：•以设计正常蓄水位为基础；•结合浸没、坍岸、风浪影响等因素综合确定，根据需要测设其中的一种、几种或全部。测设方法：•根据边界种类和现场条件而有所不同，各种边界线的测设精度要求也有一定的差异；•在通常情况下，一般采用几何水准测量法和经纬仪高程导线法进行。11.3.3地质勘察测量配合水利工程地质勘察所进行的测量工作称为地质勘察测量。基本任务：①为坝址、厂址、引水洞、水库、堤线、料场、渠道、排灌区的地质勘察工作提供基本测量资料；②主要地质勘探点的放样；③联测地质勘探点的平面位置、高程和展绘上图。具体工作：•钻孔测量、井硐测量、坑槽测量、地质点测量、剖面测量等。•一般应用经纬仪、水准仪和电磁波测距仪等进行。精度要求：•水工建筑物地区的钻孔以及竖井、平硐的起点高程和平面位置按厘米级精度测定；•查明地下水水位或观测地下水动态的钻孔、井、泉和江、河水位点，其高程按厘米级、平面位置按分米级精度测定；•地质点（构造点、岩性点、地貌点、岩层界线点等）、物探点、坑槽点、剖面点、料场和一般地区的钻孔、高程和平面位置的测量精度均取至分米。11.3.4河道测量为河流的开发整治而对河床及两岸地形进行测绘，并相应采集、绘示有关水位资料的工作称为河道测量。主要内容：①平面、高程控制测量；②河道地形测量；③河道纵、横断面测量；④测时水位和历史洪水位的联测；⑤某一河段瞬时水面线的测量；⑥沿河重要地物的调查或测量。11.4水利枢纽工程的施工控制测量施工控制网应作为施工总平面图设计的一部分，设计点位时应充分考虑建筑物的分布、施工的程序、施工的方法以及施工场地的布置情况，将施工控制网点画在施工总平面图相应的位置上，并教育工地上的所有人员爱护测量标志，注意保存点位。水利枢纽施工控制网的布设水利枢纽，包括许多建筑物，各建筑物之间有一定关系，且是分别施工，建成后各建筑物之间必须满足设计要求。•采取方法：建立水利枢纽整个施工控制网，然后，分别施工放样。•采用图形：三角网、测边网、边角网、导线网等。11.4.1平面控制网的建立分级：一般按两级布设。•基本网，首级平面控制网起着控制各建筑物主轴线的作用；•定线网，定线网直接控制建筑物的辅助轴线及细部位置。网形：•首级平面施工控制网一般布设成三角网形式，也可布设GPS网，在首级网中应尽可能将坝轴线纳入网中作为网的一边；•定线网有矩形网、三角网、导线网等形式。布设：•基本网一般布设在施工区域以外，以便长期保存；•定线网应尽可能靠近建筑物，以便放样。精度：•根据建筑物竣工时对于设计尺寸的容许偏差(即建筑限差)来确定，建立施工控制网时应使控制点误差引起细部点的误差，相对于施工放样的误差来说，小到可以忽略不计；•定线网的测量精度不一定比基本网的测量精度低，有时定线网的内部相对精度甚至比基本控制网精度要高得多。■选点布网•原则：①为保存点位施工时不受破坏，控制网的点必须标在施工总平面图上。②下游为重点，上游适当照顾（非均匀布点），建筑物大部分在下游。③坝轴线尽量作为施工控制网一条边。④二级布网a.基本网。地质条件好、干扰小、稳定可靠、控制各主建筑物的放样，为定线网服务。b.定线网。较近，放样方便。■造标埋石施工网边短。•观测墩：精度高、使用方便•垂直杆：粗细由三角边长定■观测边短、高差大、垂直角度变化大←仪器纵轴的垂直性。一个站上高差互差0.5°水准气泡倾斜超过10″----要进行纵轴倾斜改正■计算坝轴线为施工坐标系。控制网的投影面选择厂房基础平面（坝最高面）或安装的平均高程面上。11.4.2高程控制网的建立高程控制网一般也分两级，一级水准网与施工区域附近的国家水准点联测，布设成闭合(或附合)形式，称为基本网，基本网的水准点应布设在施工爆破区外，作为整个施工期间高程测量的依据。另一级是由基本水准点引测的临时性作业水准点，它应尽可能靠近建筑物，以便做到安置一次或二次仪器就能进行高程放样。高程控制的基本网是整个水利枢纽的高程基准，其基准点应稳定可靠，且能长期保存。为此，水准基点一般应直接埋设在基岩上，当覆盖层较厚时，可埋设基岩钢管标志。11.4.3水利枢纽施工控制网精度的确定•施工放样的精度要求•m1的确定•m1→ms（交会边边长应有的精度ms）•施工控制网的精度要求一、施工放样的精度要求水利枢纽与桥梁不同，它包括电厂、船闸、泄水闸、冲沙闸、过水隧道等等许多建筑物。如泄水闸、溢流曲面放样精度要求很高，如出现真空对溢流面会产生剥落，造成破坏损失。以往对精度讨论较多，有从溢流面放样出发，从船闸闸门放样出发……由于水利枢纽与桥梁不同，故没有从建筑限差开始推。“水利水电施工测量规范”规定：“水利水电施工测量规范”规定：归纳了二十多年来，水利水电的基本要求，根据规范，目前普遍取±20mm。即Ｍ＝±20mm平面高程说明混凝土建筑物±(20~30)mm±(20~30)mm相对于邻近的基本控制点土石料建筑物±(30~50)mm±30mm相对于邻近的基本控制点机电金属安装±(1~10)mm±(0.2~10)mm相对于建筑物的安装轴线(×)二、m1的确定确定Ｍ中能分给控制网的部分有多少?原则：m1可以忽略，只占Ｍ中的10％，m1=±0.4M=8mm(×)三、m1-ms（交会边边长应有的精度ms）控制网误差的影响m1-控制网的误差(×)(×)11.5水利枢纽工程的施工放样11.5.1大坝的施工放样1坝轴线的测设坝轴线的位置一般是在图纸上设计选定，用图解方法量算出坝轴线两端点的坐标。再在现场测设出坝轴线的两个端点。2清基中的放样工作清基放样的主要工作是确定清基范围和各位置的高程，一般根据设计数据计算而得。目前，清基放样工作一般采用全站仪坐标法和GPS（RTK）法进行。3坝体分块控制线的测设分块控制线一般是平行于坝轴线的一组直线，分段控制线则是垂直于坝轴线的一组直线。应建立大坝分段、分块的基本控制线。4坝体浇筑中的放样工作放样分块线、立模线、标高线。混凝土重力坝的分缝分块，首先是沿坝轴线方向，将坝的全长划分为若干坝段，坝段之间的缝称为横缝。其次，每个坝段还需要根据施工条件，用纵缝(包括竖缝、斜缝、错缝等形式)，将一个坝段划分成若干坝块，或者整个坝段不再分缝而进行通仓浇筑。11.5.2水工隧洞施工测量水工隧洞按其作用可分为：引水发电洞、输水洞、支洞、泄洪洞、导流洞等，在这些隧洞中，测量精度要求最高的是发电洞及其支洞，其次是输水洞。主要内容：•洞外控制测量•洞内控制测量•联系测量•隧洞中心线放样•开挖断面和衬砌断面的放样等。