现代测绘技术在水利工程中的应用

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摘要： 随着现代测量技术的发展，使得现代化施工工程中的测绘工作越来越简便和准确。本文以水利工程为研究对象，阐释了现代测绘学研究对象和水利工程测绘的任务，以水坝为例研究了现代测绘学的应用。本文研究对水利工程中的测量有着一定实际价值。

Abstract： With the development of modern measuring technology， the demand for survey and mapping in modern construction engineering is higher and higher. Taking water conservancy projects as the study， the paper presented the research object of modern surveying and mapping and task of surveying and mapping of hydraulic engineering. Based a case study of dam， it studies the application of modern surveying and mapping. The research is significant to the measurement of water conservancy project.

关键词： 现代测绘技术；水利工程；水坝

Key words： modern surveying and mapping techniques；hydraulic engineering；dam

中图分类号：TV5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）08-0045-02

1 现代测绘学与水利工程

1.1 现代测绘学研究对象 测绘学是研究地球及其表面各种形态的学科，主要任务是测定地球表面的点位和几何形状，并绘制成固，以及测定和研究地球的形状和大小。按照研究对象和研究范围的不同，测绘学可划分为以下几个学科：①大地测绘学。该学科主要是研究在广大区域内建立国家大地控制网，测定地球形状、大小和地球重力场的理论、技术与方法的学科。②地形测绘学。该学科主要研究测绘地形图的基本理论、技术与方法的学科。地形测绘学的任务就是将地球表面的地物和地貌测绘成按一定比例尺和图式符号表示的地形图。③摄影测绘学。该学科主要是研究如何利用摄影相片或辐射能的各种图像记录，以测定物体的形状、大小、位置和获取其他有关信息的学科。④工程测绘学。该学科主要是研究工程建设和规划、勘测设计阶段所进行的测绘工作。技工程建设的对象不同，工程测绘又分为，铁路、矿山、隧道、桥梁、城市和国防等工程测绘。施工和运营管理各水利、建筑、公路。⑤制图学。该学科主要是利用测绘所获得的成果资料，研究如何投影编绘和制印各种地图的测绘工作，属于制图学的范畴。

1.2 水利工程测绘的任务 ①为水利工程规划设计提供所需的地形资料，规划时需提供中、小比例尺地形图及有关信息以及进行建筑物的具体设计时需提供大比例尺地形图。②在工程施工阶段，要将图上设计好的建筑物按其位置，大小测设于地面，以便据此施工，称为施工放样。③在施工过程中及工程建成后的运行管理中，都需要对建筑物的稳定性及变化情况进行监测、变形观测，确保工程安全。

2 水利工程中的现代测绘技术

2.1 土坝控制测量 建立土坝施工控制网应先根据基本网确定坝轴线制网以控制坝体细部的放样。部分述如下。对于中小型土坝的坝轴线，一般是由工程设计人员和勘测人员组成选线小组，深入现场进行实地踏勘，根据当地的地形、地质和建筑材料等条件，经过方案比较，直接在现场选定。对于大型土坝以及与混凝土坝衔接的土质副坝，一般经过现场踏勘，规划等多次调查研究和方案比较，确定建坝位置，并在坝址地形图上结合枢纽的整体布置，将坝轴线标于地形固上。再根据预先建立的基本控制网用角度交会法将和风放样到地面上。

坝轴线的两端点在现场标定后，应用永久性标志标明。直线型坝的放样控制网通常采用矩形网或正方形方格网作平面控制。网格的大小与坝体大小和地面情况有关。

测设坝轴垂直线具体测设步骤和方法如下：①在坝轴线两端找出与坝顶设计高程相同的地面点（即坝顶端点）。为此，将经纬仪安置在坝轴线上，以坝轴线定向；从水准点向上引测高程，当水难仪的视线高达到略高于坝顶设计高程时，算出符合坝顶设计高程应有的前视标尺读数，再指挥标尺在坝轴线上移动寻找两个坝轴端点，并打桩标定。②以任一个坝顶端点作为起点，每一定距离设置里程桩，在坡度显著变化的地方设置加桩。当距离丈量有因难时，可采用交会法定出里程桩的位置。

在河滩上选择两条便于量距的坝轴垂直线，根据所需间距，从坝轴里程桩起，沿垂线向上、下游量定出各点，并按轴距（即至坝线的长距）进行编号，在设平行线的同时，还可一道放出坝顶肩线和变坡线，它们也是坝轴平行线。

高程控制网的建立：用于土坝施工放样的高程控制，可由若干永久性水准点组成基本网和临时作业水准点两级布设。基本网一般在施工影响范围之外布设水准点，用三等水准测量按环形路线再测定它们的高程；临时水准点直接用于坝体的高程放样，布置在施工范围内不同高度的地方并尽可能做到安置一、二次仪器就能放样高程。临时水准点应根据施工进程临时设置，附合到永久水准点上从水推基点引测它们的高程，并应经常检查，以防由于施工影响发生变动。

2.2 混凝土坝的施工测量 混凝土坝主要有混凝上重力坝、拱坝和支墩坝。下面就分别介绍常用的混凝土重力坝和供坝的施工测量工作。土要是施工控制测量和立模放样。

混凝土坝的施工控制测量：混凝土坝按其结构和建筑材料相对土坝来说较为复杂，其放样精度比土坝要求高。施工平面控制网一般按两级布设.不多于三级，精度要求最末一级控制网的点位中误差一般不超过10厘米。基本网作为百级平面控制，一般布设成三角网，并应尽可能将坝轴线的两端点纳入网中作为网的一条边。根据建筑物重要性的不同要求，一般按三等以上三角测量的要求施测。为了减少安置仪器的对中误差，三角点报建造混凝土观测墩，并在墩顶埋设强制对中设备，以便安置仪器和服标。坝体拄制网：混凝土坝采取分层施工、每一层中还分跨分仓（或分段分块）进行挠筑。坝体细部常用方向线交合法和前方交会法放样，为此，坝体放样的控制网——定线网，有矩形网和三角网两种，前者以坝轴线为基准，按施工分段分块尺寸建立矩形网，后者则由基本网加密建立三角网作为定线网。

矩形网直线型混凝土重力坝分层分块示意图，它是由若干条平行和垂直于坝轴线的控制线所组成，格网尺寸技施工分段分块的大小而定。然后在坝轴线方向上，按坝顶的高程，找出坝顶与地面相交的两点（方法可参见土坝控制测量中坝身控制线的测设），再沿坝轴线按分块的长度钉出坝基点，通过这些点各测设坝轴线相垂直的方向线，井将方向线延长到上、下游围堰上或两侧山坡上，设置放样控制点。

在测设矩形网的过程中，测设直角时须用盘齐盘石取平均，丈量距离府细心校核，以免发生差错。

三角网为由基本网的一边AB（拱坝轴线两端点）加密建立的定线网压，各控制点的坐标（测量坐标）可测算求得。但坝体细部尺寸是以施工坐标系20g为依据的，因此应根据设计图纸求算得施工坐标系原点的测量坐标和ox的坐标方位角，换算为便于放样的统一坐标系统。

高程控制分两级布设，基本网是整个水利枢纽的高程控制。视工程的不同要求技二等或三等水准测量施测，并考虑以后可用作监测垂直位移的高程控制。作业水准点或施工水准点，随施工进程布设，尽可能布设成闭合或附合水准路线。

2.3 水闸施工测量 水闸一般由闸室段和上、下游连接段三部分组成。间室是水闸的主体，这一部分包括底板、问墩、闸门、工作桥和交通桥等。上、下游连接段有防冲强、消力墙、冀墙、护坦（海漫）、护坡等防冲设施。由于水闸一般建筑在土质地基甚至软土质地基上，因此通常以较厚的钢筋混凝土底板作为整体基础，间墩和冀墙就浇筑在底板上，与底板结成一个整体。放样时，应先放出整体基础开挖线：在基础浇筑时，为了在底板上项留闸墩和冀强的连接钢筋，应放出闸墩和墙的位置。具体放样步骤和方法如下。

轴线的渴设和离程控制网的建立：水闸主轴线由间室中心线（横轴）和河道中心线（纵袖）两条互相垂直的直线组成。从水闸设计图上可以量出两轴交点和各端点的坐标，根据坐标反算出它们与邻近测图控制点的方位角，用前方交会法定出它们的实地位置。主轴线定出后，应在交点检测它们是否相互垂直：若误差超过10度，应以闸室中心线为基淮，重新测设一条与它垂直的直线作为纵向主轴线，其测设误差应小于1。主轴线测定后，应向两端延长至施工影响范围之外，每端各埋设两个固定标志以表示方向。高程控制采用三等或四等水准测量方法捌定。水准基点布设在河流两岸不受施工干扰的地方，临时水推点尽量靠近水闸位置，可以布设在河滩上。

基础开挖线的放样：水闸基坑开挖线是由水闸底板的周界以及翼墙、护坡等与地面的交线决定的。为了定出开挖线，可以采用本章第一节介绍的套绘断面法。首先，从水闸设计因上查取底板形状变换点至间室中心线的乎距，在实地沿纵向主轴线标出这些点的位置，并涵定其高程和测绘相应的河床横断面团。然后根据设计数据（即相应的底板高程和宽度，翼墙和护坡的坡度）在河床横断面团上套绘相应的水闸断面，量取两断面线交点到测站点（纵轴）的距离。即可在实地放出这些交点.连成开挖边线。

为了控制开挖高程，可将斜高注在开挖边桩上。当挖到接近底板高程时，一般应预留0.3m左右的保护层，待底板浇筑时再挖去，以免间隙时间过长，清理后的地基受雨水冲刷而变化。在挖去保护层时，要用水准强定底面高程，测定误差不能大于10mm。

水闸底板的放祥：底板是闸室和上、下游冀墙的基础。闸孔较多的大中水闸底板是分块浇筑的。底板放样的目的首先是放出每块底板立模线的位置，以便装置模板进行浇筑。底板浇筑完后，要在底板上定出主轴线、各闸孔中心线和门槽控制线，并弹墨标明。然后以这些轴线为基准标出闸墩和翼墙的立模线，以便安装模板。

①底板立模线的标定和装模高度纳控制。为了定出立模线，先应在窃基后的地面上恢复主轴线及其交点的位置，于是必须在原轴线两端的标桩上安置经纬仪进行投测。轴线恢复后，从设计图上量取底板四角的施工坐标（即至主袖线的距离），使可在实地上标出立模线的位置。模板装完后，用水推测量在模板内阅标出底板浇筑高程的位置，并弹出墨线表示。②要地和闸墩位置及其立横线的标定。由于翼墒与闭墩是利底板结成一个整体，因此它们的主筋必须一道结扎。于是在标定底板立模线时，还应标定翼墩和闸墩的位置，以便竖立连接钢筋。冀墙、闸墩的中心位置及其轮廓线，也是根据它们的施工坐标进行放样.并在地基上打桩标明。

底板浇筑完后，应在底板上再恢复主轴线，然后以主轴线为依据，根据其他轴线对主轴线的距离定出这些轴线，且弹墨标明。因为墨线容易脱落，故必须每隔2-3m用红漆画一圆点表示轴线位置。各轴线应按不同的方式进行编号。根据墩，墩的尺寸和已标明的轴线，再放出立模线的位置。圆弧形翼埔的立模线可采用弦线支距法进行放样。

3 结论

水利工程一般由若干建筑物组成，这些建筑物的综合体称为水利枢纽。按照这些建筑物在该综合体中的主要任务和作用不同，一般将其分为挡水建筑物，泄水建筑物，通航建筑物，为发电而建的建筑物。挡水建筑物即拦河大坝，是主要的水工建筑物，按照其建筑材料和结构分为土石坝，混凝土重力坝，拱坝和支墩坝。本文分别介绍土石坝、混凝土重力坝及拱坝建设中的现代测量工作。按照大坝的施工顺序，测量工作一般应完成下列任务：布设平面和高程基本控制网，控制整个工程的施工放样；确定坝轴线和布设控制坝体细部放样的定线控制网；清基开挖的故样；坝体细部放样等。

参考文献：

[1]闾国年.地理信息共享技术.北京：科学出版社.2007.

[2]华锡生.测绘学概论.国防工业出版社，2006.

[3]孔祥元.大地测量学基础.武汉大学出版社，2008.

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