軒秀水電站引水系統(tǒng)彎段施工測量控制技術[權威資料]

1、軒秀水電站引水系統(tǒng)彎段施工測量控制技術 本文檔格式為word,感謝你的閱讀。 【摘要】本文針對他郎河軒秀水電站引水隧洞及鋼管道中轉彎部分施工測量控制作了具體的探討及研究，得出了一種采用袖珍型計算機程序化控制開挖、金屬結構安裝、以及階段驗收的新的、有效的測量方法。在此研究過程中，把通常的平面測量控制技術發(fā)展到立體空間測量控制技術，使其空間化，數(shù)字化。研究并解決了他郎河軒秀水電站工程整個引水系統(tǒng)中洞身轉彎部分的空間測量數(shù)字化控制問題，攻克了一個多年都沒有解決的洞身平彎及豎彎的立體空間施工測量難點問題，使之計算精確化、明朗化、清晰化、具體化，更加安全有效地推動了施工測量新技術在實際工作中的應用，效果

2、是比較明顯的。 【關鍵詞】引水系統(tǒng)彎段施工測量技術空間測量數(shù)字化、程序化控制 tu74 a 隨著我國中小型水電站在全國興起，而大多都屬于民營企業(yè)投資興建。為了節(jié)約時間和開支，在電站施工過程中，加大新技術開發(fā)力度，最大限度的在各工序中緊縮時間。測量作為建設中的排頭兵，在各個工序中起著比較關鍵的作用。 在中小型水電站總布置中，引水發(fā)電式的布置較為普遍。在整個引水系統(tǒng)工程中，測量控制的重點就在彎段上，引水隧洞部分出現(xiàn)的是平彎，而鋼管道部分出現(xiàn)的是豎彎和斜井（部分為豎井）。而彎段施工，是比較容易出現(xiàn)問題的地方，如果測量控制不力，要么就轉早了，要么就轉晚了，不管早與晚，對中心洞軸線都會帶來明顯的錯位，對

3、施工造成不可彌補的損失。 在水電站的引水系統(tǒng)施工中，為了節(jié)約開支，縮短施工時間，測量除了要解決好中心線的位置問題，同時還要控制洞身的超、欠挖問題或者是彎管焊接前的各分段管節(jié)的就位問題。所以我們需要研究的對象是彎道上的整個洞身位置施工符合設計要求。也就是說是將整個彎段洞身進行三維立體化，解決空間測量數(shù)字化、程序化控制。 1 他郎河軒秀水電站工程引水系統(tǒng)工程概況 他郎河軒秀水電站工程引水系統(tǒng)分為引水隧洞和地下壓力管道兩部分。引水系統(tǒng)全長4276m，引水隧洞洞身段共設計有4個水平左轉彎段，一個“s”形彎，全斷面設計開挖半徑為4.1m，圓形斷面布置。壓力鋼管道主管全長681m，鋼管道洞身共設計有1個水

4、平左轉彎段，4個豎直轉彎段，2個斜井段，分別長106m、86m，全斷面設計開挖半徑為3.55m，圓形斷面布置。 2 彎段施工測量技術 不難理解，在平直段施工測量放樣中，我們只需要控制其中心線位置及高程，其位置變化均為線性變化的，我們控制起來比較簡單，超欠挖測量計算起來也比較直觀簡單。而轉彎部分則不同，它的中心線為一特定圓曲線變化的，我們除了控制中心線位置外，還要隨時檢測橫斷面上的超欠挖問題，發(fā)現(xiàn)有欠挖要及時通知處理。特別是鋼管道豎彎及斜井段上的超欠挖問題的現(xiàn)場及時準確測量計算出來，就更不容易了。為此，我們就針對這些測量問題進行逐一分解。 2.1 平彎段施工測量技術 2.1.1 數(shù)學模型的建立和

5、施工測量坐標系統(tǒng)的建立 我們選擇引水隧洞進口典型段來作分析：其典型轉彎段中心走向為一個平面（水平面）標準圓弧，那么就決定了我們必須要對一個圓弧的特性及數(shù)學關系進行了解。 #8226;思路：我們只要任意測量（或放樣）出曲線段洞身上任意點的坐標，我們就要能夠及時計算出該點所對應的洞中心軸線位置（里程樁號等）及其超（欠）挖的數(shù)值。 這對于提高測量放樣速度或事后及時檢查修正都很重要了。 #8226;確立測量坐標系統(tǒng)： 測量坐標系統(tǒng)采用彎段上游或者是彎段下游直線段施工軸線坐標系統(tǒng)。其代表值為a，b，h。 a為軸線縱向值，也是中心里程樁號值，永遠為“”。 b為軸線橫向值，也是偏離中心線的水平距離值，依據(jù)水

6、流方向左偏為“”右偏為“”。 h為實際測量高程值。測量坐標系統(tǒng)示意如下圖： #8226;確立測量坐標系統(tǒng)整網(wǎng)系統(tǒng)的轉換： 為了達到測量放樣（或檢測）的方便和直觀，同時又能比較方便的進行斷面測量和記錄（由全站儀自行記錄），方便日后的斷面圖繪制。測量前我們通常會把大地坐標系統(tǒng)（首級施工網(wǎng)控制系統(tǒng)）轉化為臨時使用的引水隧洞軸線坐標系統(tǒng)。具體方法為： 如上圖所示，首先依據(jù)設計總布置圖，計算出該段洞軸線的引0+0（隧洞零樁號中心點）位置（部分為虛擬位置）的大地坐標值a(x),b(y)和該段洞軸線沿水流方向的大地方位角fa。根據(jù)如下轉換公式： a=（xpa）cosfa+( ypb）sinfa 洞軸線坐標系

7、之縱坐標 b=（ypb）cosfa+( xpa）sinfa 洞軸線坐標系之橫坐標 #8226;數(shù)學模型（公式）： lp=l0+lp公式（1） lp 測點p沿平彎圓心方向的線投影到中心軸線上的交點里程樁號； l0 起弧點在中心軸線上的的里程樁號； lp=r/180公式（2）。 如上圖中所示，=f0-fp。 f0，fp則由圓心點坐標a0,b0分別和起弧點q的坐標aq，bq以及p點測量坐標ap，bp進行坐標反算后得出的方位角。 在以下程序中，將會多次出現(xiàn)坐標方位角角反算公式，由于采用的是袖珍計算機中的固定程序模式pol(c-a)，(d-b)進行，所以這里就不做介紹了。 2.1.2 casiocasi

8、ofx5800p袖珍型計算機程序的編寫和操作指南 源程序：圓形引水隧洞左轉彎段洞身放樣（檢測）計算程序： 文件名：“d-z.w.fy-jc” 原程序： 語句1：lb1 0：“xo=”?a：“yo=”?b：“xq=”?c：“yq=”?d：“dq=0+”?h：“dz=0+”? l：“r=”?k -輸入轉彎圓心點o的坐標、起弧點q的坐標、起弧點q的樁號、弧終點z的樁號以及轉彎半徑； 語句2：pol(c-a),(d-b)：if j0：t h e n j+360j：“fq=” jelse “fq” jjr -計算轉彎圓心點o到起弧點q的方位角f0和設計圖紙上進行對照，以便校核，并作為計算起始方位角； 語

9、句3：lb1 1：“xp=”?e：“yp=”?f：“hp=”?g -輸入曲線洞段上任意一點p的實測坐標值，系坐標系統(tǒng)必須與豎彎特征點相一致。 語句4：pol(e-a),(f-b)：if j0：thenj=j+360 else i-kv -計算任意測量點p相對于中心軸線的水平偏離值，-號為向左偏，+號為向右偏。 語句5：js：if sr：then“dpdq”goto 1：elseabs(s-r)u：3.14159k180u+h w：1031.171-(w-5)0.00574y：pol(0-v),(y-g)：i-1.65 z： if wl：then“dpdz”goto 1：else “dp=0+”

10、 w “pd=” v “ddr=” zgoto 1 -計算并判斷任意測量點p是否處于彎段上，只有測量點p處于彎段上時，程序才針對p點進行中心軸線里程樁號w、經(jīng)過p點的橫斷面中心高程y（檢查中心點時可用）、以及p點在半徑方向上的超（欠）挖值z（-為欠挖，+為超挖）的計算。 注意：如果是右轉彎，則將以上程序步中的v=i-k改成v= k-i；sr改成sr即可，其它操作不變。程序中的下劃線部分為設計數(shù)值，可根據(jù)實際需要進行調整。 經(jīng)過以上測量程序現(xiàn)場測量解算，只要是在彎段上的任意測量點，都能很快地解算出其相對洞軸線的位置關系，超（欠）挖數(shù)值，實現(xiàn)了整個彎段上的任意點數(shù)字化。實現(xiàn)了測量放樣或測量檢查快速

11、準確。 他郎河軒秀水電站典型平彎段測量示意圖如下： 2.1.3 橫斷面測量數(shù)據(jù)采集 橫斷面定位 因平彎的特殊性，我們只需要在控制點上架設全站儀（測量坐標系統(tǒng)為平彎段測量系統(tǒng)），利用測量程序對所需要測量的斷面位置進行定位（根據(jù)所計算的中心軸線樁號進行反復移動標定），只需放樣兩點：一點為斷面測量測站點a，另一點則為斷面測量方向點b，并做標記，并手工記錄程序計算出來的橫斷面坐標系的坐標（橫斷面坐標系如附圖2中i-i斷面所示）。通常是記錄： a1樁號（程序計算出來的w值）； b1距中線偏距（程序計算出來的v值，左偏為“”，右偏為“”）； h1實測高程。 同樣記錄方向點b的坐標a2、b2、h2。 橫斷面

12、測量 將儀器搬到a1點，設站并置入測站坐標a1、b1、h1，后視點坐標a2、b2、h2。計算后視方位角進行后視并鎖定方向后即可進行橫斷面測量，測量時利用全站儀直接進行數(shù)據(jù)采集并自動儲存數(shù)據(jù)信息。 測量時我們應該注意到，后視點b的方向值理論上如果參照水流方向而言，b點處于a點之右則應該是“00000”，反之則應該是“1800000”。這是在測量中經(jīng)常容易出現(xiàn)問題的地方。 我們之所以這樣做目的是為了將整個橫斷面測量過程納入到橫斷面坐標系中進行。在全站儀采集記錄斷面數(shù)據(jù)時，其所測量記錄的b、h坐標值即為日后我們作斷面圖時所需要的d軸線、h軸線上的數(shù)值，可直接利用記錄數(shù)據(jù)結合autocad軟件進行斷面

13、圖的繪制，大大簡化了內業(yè)工作，提高了出圖速度。 2.2鋼管道上下豎彎段測量 2.2.1 數(shù)學模型的建立和施工測量坐標系統(tǒng)的建立 根據(jù)鋼管道豎彎的特點作如下分析：鋼管道豎彎中心走向為一個豎面（鉛垂面）標準圓弧，那么就決定了我們就要必須一個圓弧的特性及數(shù)學關系進行了解。 #8226;思路：我們只要任意測量（或放樣）出曲線段洞身上任意測量點的坐標，我們就要能夠及時計算出該點所對應的洞中心軸線位置（里程樁號等）以及其超（欠）挖的數(shù)值。這對于施工測量放樣開挖輪廓線位置就很關鍵了。 #8226;確立測量坐標系統(tǒng)： 測量坐標系統(tǒng)采用鋼管道上平段施工軸線坐標系統(tǒng)。其代表值為a，b，h。 a為軸線縱向值，永遠為

14、“”。 b為軸線橫向值，也是偏離中心線的水平距離值，依據(jù)水流方向左偏為“”右偏為“”。 h為實際測量高程值。測量坐標系統(tǒng)示意如下圖： #8226;確立測量坐標系統(tǒng)與整網(wǎng)系統(tǒng)的轉換： 如附圖3所示，首先依據(jù)設計總布置圖，計算出該段鋼管軸線的g 0+0（鋼管道零樁號中心點）位置的大地坐標值a(x),b(y)和該段洞軸線沿水流方向的大地方位角fa。根據(jù)如下轉換公式： a=（xpa）cosfa+( ypb）sinfa 鋼管軸線坐標系之縱坐標 b=（ypb）cosfa+( xpa）sinfa 鋼管軸線坐標系之橫坐標 依據(jù)上面公式，將立面圖中上（下）豎彎的特征點q，z點、q1，z1點、q2，z2點的鋼管軸

15、線坐標轉換出來，同時將其設計高程值也查找出來，以備后用，其代表值為aq、bq、hq。 #8226;數(shù)學模型（公式）： lp=lq+lp公式（3） lp測點p沿豎彎圓心方向的切割面與彎段中心軸線的交點的里程樁號； l0起弧點q在中心軸線上的的里程樁號； lp=r/180fp 公式（4）。 fp如上圖中所示，fp =fq-fp。 fq，fp則由圓心點坐標a01,h01分別和起弧點q的坐標aq，hq以及p點測量坐標ap，bp進行坐標反算后得出的在豎面上的方位角。 2.2.2 casiofx5800p袖珍型計算機程序的編寫和操作指南 源程序：鋼管道上彎段洞身放 樣（檢測）計算程序： 文件名：“s.s.

16、wd.jc” 源程序： 語句1：lb1 0:“ao=”？a:“ho=”？b: “aq=”？c:“hq=”？d:“dq=0+”？h:“dz=0+”？l -輸入豎彎圓心點o1的坐標、起弧點q的坐標、起弧點q的樁號、弧終點z的樁號。 語句2：“rs=”v -（輸入豎彎半徑）。 語句3：pol(c-a),(d-b): if j0: thenj=j+360:“fq=” jelse“fq” jjr -計算豎彎圓心點o1到起弧點q的方位角fq，為豎面計算起始方位角。 語句4：lb1 1:“ap=”?e:“bp=”?f:“hp=”?g -輸入豎曲線洞段上任意一點p的實測坐標，系統(tǒng)與豎彎特征點一致。 語句5：p

17、ol(e-a),(g-b): if j0:thenj=j+360:js -計算豎曲線洞段上任意一點p相對于豎彎圓心點o1、起始方位角fq在豎面上的相對關系值。 語句6：if sr:then“dpdq”goto 1: elseabs(s-r)u -判斷測量點p位置是否處于豎彎段上一次判斷，如果是，則計算o1p和o1q的豎面方位角的夾角。 語句7：w=h+u180v3.14159: if wl:t h e n“dpdz”goto 1: elserec(v,s): i+an: j+bt:(e-n)2+(f-0)2+(g-t)2)i:i-3.45z:“dp=0+”w“pd=” f “ddr=”z go

18、to 1 -判斷測量點p是否處于彎段上二次判斷，只有測量點p處于彎段上時，程序才針對p點進行中心軸線里程樁號w、經(jīng)過p點的橫斷面中心位置（在中心軸線上）的豎面坐標n、t、斷面坐標系中的縱坐標值m以及p點在半徑方向上的超（欠）挖值z（-為欠挖，+為超挖）的計算。 注意：如果是下豎彎測量，則將以上程序步中的sr改成sr即可，其它操作不變。程序中的下劃線部分為開挖半徑設計值，鋼管節(jié)安裝定位則可根據(jù)實際需要進行調整。 經(jīng)過以上測量程序實現(xiàn)現(xiàn)場測量快速解算。只要是在豎彎段上的任意測量點，都能利用程序很快地解算出其相對洞軸線的位置關系，超（欠）挖數(shù)值，實現(xiàn)了整個彎段上的任意點數(shù)字化。實現(xiàn)了測量放樣或檢查快

19、速準確。 該程序同樣適用于豎彎鋼管節(jié)的測量安裝定位及檢測，應用時只需將語句7中的紅字部分3.45改為鋼管外沿半徑2.75即可。 2.2.3橫斷面測量數(shù)據(jù)采集 因豎彎段的特殊性，我們不能象平彎段那樣方便的進行儀器的架設。出于現(xiàn)場測量條件限制，為了安全起見，我們只能將儀器架設在比較安全的位置進行測量了。 測量時，我們需要利用測量程序對所需要測量的斷面樁號進行逐點定位（測量任意點，并根據(jù)所計算的各點中心軸線樁號進行比照），當測點計算樁號符合需要樁號時，由全站儀進行測量坐標記錄，手工則記錄測點斷面繪制數(shù)據(jù)信息（橫斷面坐標系如附圖3中i-i斷面所示）。通常是手工記錄如下測點數(shù)據(jù)： w 樁號（程序計算出來

20、的合乎斷面位置要求w值）； f 距中線偏距（實測出來的b坐標值，左偏為“”，右偏為“”）； m 斷面坐標系中的縱坐標值（程序計算出來的m值）。 日后我們就可以采用同一樁號的所有測點的f，m值結合autocad軟件進行斷面圖的繪制了。 2.3鋼管道斜井段測量 2.3.1數(shù)學模型的建立和施工測量坐標系統(tǒng)的建立 根據(jù)鋼管道斜井段的特點作如下分析：鋼管道斜井段中心走向為一條豎面（鉛垂面）上的標準線，此標準線具有一個固定傾角。那么它的特性表現(xiàn)為數(shù)學線性變化關系。 #8226;思路：我們只要任意測量（或放樣）出斜井段洞身上任意測量點的坐標，我們就要能夠及時計算出該點所對應的洞中心軸線位置（里程樁號等）以及

21、其超（欠）挖的數(shù)值。這對于施工測量放樣開挖輪廓線位置就很關鍵了。 #8226;確立測量坐標系統(tǒng)： 測量坐標系統(tǒng)采用鋼管道上平段施工軸線坐標系統(tǒng)，如附圖4所示。其代表值為a，b，h。 a為軸線縱向值，永遠為“”。 b為軸線橫向值，也是偏離中心線的水平距離值，依據(jù)水流方向左偏為“”右偏為“”。 h為實際測量高程值。測量坐標系統(tǒng)示意如下圖： #8226;確立測量坐標系統(tǒng)與整網(wǎng)系統(tǒng)的轉換： 如上附圖4所示，首先依據(jù)設計總布置圖，計算出該段鋼管軸線的g2 0+0（鋼管道零樁號中心點）位置的大地坐標值a(x),b(y)和該段洞軸線沿水流方向的大地方位角fa。根據(jù)如下轉換公式： a=（xpa）cosfa+(

22、 ypb）sinfa 鋼管軸線坐標系之縱坐標 b=（ypb）cosfa+( xpa）sinfa 鋼管軸線坐標系之橫坐標 依據(jù)上面公式，將立面圖中斜井的特征點z、z1點的鋼管軸線坐標轉換出來，同時將其設計高程值也查找出來，以備后用，其代表值為aq、bq、hq。 #8226;數(shù)學模型（公式）： lp0=lz+lp公式（6） lp測點p沿斜井中心軸線的垂直線方向投影到中心軸線上的里程樁號； lp0 斜井起始點z在中心軸線上的的里程樁號； lp=zpcos 公式（7）。 如附圖4中所示，=fp =fp-f中。 f中，fp則由起點z的坐標az,hz分別和起弧點p的實測坐標ap，hp進行坐標反算后得出的在

23、豎面上的方位角。 空間里的兩點間距離的計算公式同公式（5）。 2.3.2 casiofx5800p袖珍型計算機程序的編寫和操作指南 源程序：鋼管道斜井段洞身放樣（檢測）計算程序： 文件名：“xjdjc” 源程序： 語句1：lb1 0：“a0=”?a：“h0=”? b：“az=”?c：“hz=” ?d：“d0=0+”?h：“dz=0+”? l -輸入斜井段起點z及終點z1的坐標以及其對應的中心軸線樁號。 語句2：pol(c-a),(d-b)：if j0: then j=j+360：“fz=” j elsej“fz=” jr -計算斜井中心軸線在豎面（鉛垂面）上的方位角f中，為豎面計算起始方位角。

24、 語句3：lb1 1：“ap=”? e：“bp=”? f：“hp=”? g -輸入斜井段上任意一點p的實測坐標，系統(tǒng)與斜井段特征點一致。 語句4：pol(e-a),(g-b)：if j0:t h e n j=j+360: iv：js -計算斜井起點z到測量點p在豎面（鉛垂面）上的斜距zp及方位角fp。 語句5：vcos(abs(s-r) o：h+o w：if wh: then “dpd0”goto 1：elserec(o,r): i+an：j+bt：if wl: then“dpdz”goto 1：else(e-n)2+(f-0)2+(g-t)2)i:i-3.45z：（i2-f2）m：“dp=0

25、+” w “pd=” f“ph=”m “ddr=”z goto 1 -判斷測量點p是否處于斜井段上。只有測量點p處于斜井段上時，程序才針對p點進行中心軸線里程樁號w、經(jīng)過p點的橫斷面中心位置（在中心軸線上）的豎面坐標n、t、斷面坐標系中的縱坐標值m以及p點在半徑方向上的超（欠）挖值z（-為欠挖，+為超挖）的計算。 注意：程序中的下劃線部分為設計開挖半徑，鋼管節(jié)安裝定位則可根據(jù)實際需要進行調整。 經(jīng)過以上測量程序可實現(xiàn)現(xiàn)場測量快速解算。只要是在斜井段上的任意測量點，都能利用程序很快地解算出其相對洞軸線的位置關系，超（欠）挖數(shù)值，實現(xiàn)了整個斜井段上的任意點數(shù)字化。實現(xiàn)了測量放樣或檢查快速準確。 該程序同樣適用于斜井段鋼管節(jié)的測量安裝定位及檢測，應用時只需將語句5中的紅字部分3.45改為鋼管外沿半徑2.75即可。 2.3.3橫斷面測量數(shù)據(jù)采集 因斜井段的特殊性，我們不能象平彎段那樣方便的進行儀器的架設。出于現(xiàn)場測量條件限制，為了安全起見，我們只能將儀器架設在比較安全的位置進行測量了。 測量時，我們需要利用測量程序對所需要測量的斷面樁號進行逐點定位（測量任意點，并根據(jù)所計算的各點中心軸線樁號進行比照），當測點計算樁號符合需要樁號時，由全站儀進行測量坐標記錄，手工則記錄測點斷面繪制數(shù)據(jù)信息（橫斷面坐標系如附圖4中i-i斷面所示）。通常是手工記