水利工程测量

水利工程测量

第十一章 水利工程测量 主要内容 概述 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 11.1 概述 11.1.1 发展历史 古代就有很多的测量先例； 17 ～ 18 世纪测量仪器进入光学时代 ； 20 世纪，航空摄影测量应用日广 ； 20 世纪 50 年代以后，测量工作吸收各种新兴技术，发展更加迅速 ； 20 世纪 80 年代以后，出现了许多先进的地面测量仪器，为工程测量提供了先进的技术手段和工具 。 11.1.2 主要工作内容 施工控制测量 施工放样及贯通测量 施工放样及验方； 安装测量； 隧洞贯通测量； 附属工程测量。 变形观测 竣工测量 11.2 河流梯级开发规划阶段的测量 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。 为此，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。 根据流域面积大小、地形条件和研究内容等情况，对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。 11.2.1 河流水面高程的测定 编制河流纵断面图，测定河流水面的比降以及在测定水下地形图时，都要求测定河流水面的高程。 要详细了解河流水面的变化特征，仅靠水文站的观测是不够的 。 必须沿河流布设一定数量的水位点，以用来测定水面高程及其变化，水位点应尽可能位于河流水面变化的特征处。 水位点的密度应根据河流的比降、落差、横断面形态变化等来确定，同时也要考虑各设计阶段的要求。 一般来讲，两相邻水位点间的河段，应具有大致相同的比降。 在流域规划时期，水位点的间距可长一些。 为满足水利枢纽工程设计编制纵断面图的需要，应根据不同的比例尺要求，从 0.4 ～ 2.5km 不等。 对于水面比降急剧变化的地段，应适当增设水位点。 水位点的平面位置可根据地形图上的测站点或明显地物点用解析或图解支导线或图解交会法测定； 为测定水面高程，首先沿河流建立统一的高程控制，然后再设立水位点进行水位观测。 建立高程控制时，通常是在河流沿线布设一定数量的高程控制点，它们应尽可能布设在靠近河岸但又不致被洪水淹没、较为稳定的地点，且最好与待测水位点位于同岸；它们的分布应尽量与水位点的位置相对应。 为了掌握河道的演变规律，以及在水利枢纽工程设计中，为计算回水曲线和了解枢纽上、下游地区的河道形状，或者为研究库区淤积等，都需要沿河流布设一定数量的横断面，在这些断面线上进行水深测量，并绘制横断面图。 横断面的位置一般可根据设计用途由设计人员会同测量人员先在地形图上选定，然后再到现场确定。横断面应尽量选在水流比较平缓且能控制河床变化的地方。为便于进行水深测量，横断面应尽可能避开急流、险滩、悬崖、峭壁，断面方向应垂直于河槽。 11.2.2 横断面测量 横断面的间距视河流大小和设计要求而定，一般在重要的城镇附近、支流入口，水工建筑物上、下游和河道大转弯处等都应加设横断面； 而对于河流比降变化和河槽形态变化较小、人口稀少和经济价值低的地区，可适当放宽横断面的间距。 横断面的位置在实地确定后，应在断面两端设立断面基点或在一端设立一个基点并同时确定断面线的方位角。 断面基点应埋设在最高洪水位以上，并与控制点联测，以确定其平面位置和高程，作为横断面测量的平面和高程控制。 断面基点平面位置的测定精度应不低于编制纵断面图使用的地形图测站点的精度；高程一般应以五等水准测定。 当地形条件限制无法测定断面基点的平面位置和高程时，可布设成平面基点和高程基点，分别确定其平面位置和高程。 横断面的编号可以从某一建筑物的轴线或支流入口处由上游向下游或由下游向上游按顺序统一编号，并在序号前冠以河流名称或代号；如有可能还应注出横断面的里程桩号。 横断面测量常用的方法有：断面索法、交会法、 GPS （ RTK ）法等。 外业工作结束后，应对观测成果进行整理，检查和计算各测点的起点距，由观测时的工作水位和水深计算各测点的高程，然后将其按一定的比例展绘在图纸上。 距离（ m ） 高程（ m ） 左基 25 . 15m(1998.10.23) 30 20 10 100 150 200 50 右基 图 11-1 横断面图示例 11.2.3 纵断面编绘 河流纵断面是指沿着河流深泓点（即河床最低点）剖开的断面。用横坐标表示河长，纵坐标表示高程，将这些深泓点连接起来，就得到河底的纵断面形状。 在河流纵断面图上应表示出河底线、水位线以及沿河主要居民地、工矿企业、铁路、公路、桥梁、水文站等的位置和高程。 河流纵断面图一般是利用已有的水下地形图、河道横断面图及有关水文资料进行编绘的，其 基本步骤 如下： 量取河道里程 : 在已有的水下地形图上，沿河道深泓线从上游（或下游）某一固定点开始起算，向下游（或上游）累计，量距读数至图上 0.1mm 。在有电子地图时，可直接在电子地图上量取距离。 换算同时水位 : 为了在纵断面图上绘出同时水位线，应首先计算出各点的同时水位（瞬时水位）。 编制河道纵断面表 : 纵断面成果表是绘制纵断面图的主要依据，其主要内容包括：点编号、点间距、累计距离、深泓点高程、瞬时水位及时间、洪水位及时间、堤岸高程等。 绘制河道纵断面图 : 纵断面图一律从上游向下游绘制，垂直（高程）比例尺一般为 1 ： 200 ～ 1 ： 2000 ，水平（距离）比例尺一般为 1 ： 25000 ～ 1 ： 200000 。 11.3 水利枢纽工程设计阶段的测量 测量工作的主要内容 各种比例尺的地形图测绘 水库淹没界线测量 地质勘察测量 控制测量 11.3.1 工程设计阶段的控制测量 控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。 平面控制网与高程控制网一般分别单独布设，也可以布设成三维控制网。 平面控制网常用三角测量、导线测量、三边测量和边角测量等方法建立。 目前，由于 GPS 技术的推广应用，利用 GPS 建立平面控制网已成为主要的方法。 高程控制网主要用水准测量和三角高程测量方法建立。 11.3.2 水库淹没界线测量 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、利用界线的工作称为水库淹没界线测量。 水库的设计水位和回水曲线的高程确定之后，即可根据设计资料在实地确定水库未来的边界线。 水库边界线测设的目的在于测定水库淹没、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。 水库边界线测设的方法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。 其基本任务是：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连测地质勘探点的平面位置、高程和展绘上图。 具体工作包括：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。 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。 其主要内容包括：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连测；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 11.4.1 平面控制网的建立 一般按两级布设，即基本网和定线网，其精度应根据工程的大小和类型确定。 首级平面控制网起着控制各建筑物主轴线的作用 ， 定线网直接控制建筑物的辅助轴线及细部位置。 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。 用于大坝细部放样的定线网有矩形网、三角网、导线网等形式。 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连测，布设成闭合 ( 或附合 ) 形式，称为基本网； 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； 高程基本网一般按二等或三等水准测量施测。 在布设水准点时，同时应考虑以后可用作垂直位移监测的高程控制。 11.5 水利枢纽工程的施工放样 11.5.1 大坝的施工放样 坝轴线的测设 清基中的放样工作 坝体分块控制线的测设 坝体浇筑中的放样工作 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 ； 隧洞施工测量的主要内容包括：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。 11.5.3 水电站厂房施工测量 主要内容包括：厂房施工控制网的建立、基础开挖测量、厂房建筑放样测量等。 不同的测量内容对施工控制网的精度要求不同。 由于在厂房施工完毕后要进行发电机组的安装，为保证机组的安装精度和土建工程轴线与安装轴线一致，在建立厂房控制网时，其点位精度和点位分布都应考虑机组的安装测量。 厂房控制网一般根据实际情况布设成矩形方格网，其主轴线可根据首级施工控制网测设并调整。 11.5.4 金属结构安装测量 在水电工程中，闸门、压力管道、机组设备等都是金属构件，这些构件有的采用单独吊装，有的采用现场拼接组装，对于机械电气设备一般也分部件安装，因此，金属结构安装测量也是施工测量的一项重要内容。 金属结构安装测量的精度一般较高，需建立独立的控制网。 由于金属构件与土建工程有一定的关系，因此，所建立的安装测量控制网应与土建施工测量控制网保持一定的联系，其轴线关系应保持一致。 葛洲坝船闸的施测介绍 葛洲坝水利枢纽工程 背景资料 ● 是长江干流上修建的第一个综合利用工程，担负三峡水库反调节和改善三峡坝址到南津关之间航道的任务； ● 1970 年经毛泽东主席批准兴建， 1972 年因故暂停， 1974 年 10 月恢复施工； ● 由长江委设计，葛洲坝工程局负责施工； ● 一期工程 1981 年 5 月下闸蓄水， 6 月三江航道和 2 、 3 号船闸通航， 7 月二江电厂第一台机组并网发电； ● 二期工程 1986 年 6 大江电厂第一台机组投产， 1988 年 9 月，大江船闸试航成功，同年 12 月，电站 21 台机组全部建成投产。 ● 规模： 工程沿坝轴线长度为 2605.5 米，由拦河坝、泄水闸（二江泄水闸，大江、三江冲沙闸各一座）、船闸（三座）和水电站组成。 ● 枢纽布置： “一体两翼”：长江主河段为“一体”，两侧航道为“两翼” ● 效益：总装机容量为 271.5 万 KW, 年发电量 165 亿 KWH ，单闸可通过万吨级船队，单向年通过能力为 5000 万吨。 枢纽情况 解决的技术难题 ● 泥沙淤积问题（航道、电站进出口） ● 大流量消能防冲 ● 基岩软弱夹层加固处理 ● 大型船闸起闭机设计与制造 ● 大型低水头水轮机组的研制与安装 ● 施工导流和大江截流的设计与施工 ● 砼施工温控技术 通航建筑物 ● 航道：三江航道、大江航道 ● 三江 6 孔冲沙闸、大江 9 孔冲沙闸 ● 泥沙问题：静水通航、动水冲沙，辅以机械清淤加以解决 ● 通航流量： 三江航道： 35000~60000 大江航道： <35000 ● 水位： 三江航道 : 下游 39~54.5 米 , 上游 63~66 米 大江航道 : 下游 39~50.6 米 , 上游 63~66 米 ● 尺寸： 一号船闸 : 有效长度 280 米 , 宽 34 米 , 槛上最小水深上游 6 米 , 下游 5.5 米 二号船闸 : 有效长度 280 米 , 宽 34 米 , 槛上最小水深上游 6 米 , 下游 5 米 三号船闸 : 有效长度 120 米 , 宽 18 米 , 槛上最小水深上游 6 米 , 下游 3.5 米 ● 水头 :27 米 ● 地质： 一号船闸 : 砾岩、局部有断层 二号船闸 : 砂岩、页岩互层，中间有泥化夹层 三号船闸 : 砂岩、页岩互层，中间有软弱夹层 船闸情况 ● 结构： 桥墩段、上下闸首、闸室、上下游导航墙 一号船闸 : 正交 桥墩段 25.5 米、上闸首 49.5 米、闸室 261 米分 14 块 , 一般长 18 米 ,1 段 15 米 ,4812 段 22 米、下闸首 56 米 (21+35) 二号船闸 :81.5 度夹角 桥墩段左 29 米、右 33.5 米 , 上闸首 48.5 米、闸室 280 米分 14 块 , 一般长 20 米 ,12 段 24 米 26 米 ,914 段 12.527.5 米、下闸首 56 米 三号船闸 : 桥墩段 25.5 米、上下闸首 35 米、闸室 112 米分 7 块 , 每块长 16 除二号船闸下闸首 45 米为整体式外 , 其余均为分离式、重力式结构 术语 : 廊道 : 管线廊道 基础廊道 排水廊道 帷幕灌浆廊道 输水廊道 泄水廊道 门体 : 人字门、反弧门、叠梁门、平板门 ● 输水系统 一号船闸 : 立体 4 区段 8 支廊道出水，消能盖板消能，主廊道 5*7 （ 23.5 高程 ) 二号船闸 : 3 区段纵横支廊道加消能梁明沟消能 , 主廊道 5*7 二号船闸 : 两区段纵向支廊道加消能盖板 , 主廊道 3*4 ● 泄水方式 一号船闸 : 分散泄水 , 左支下闸首引航道内 , 右支出口在冲沙闸下游护坦 二号船闸 : 左侧冲沙闸护坦 , 右侧下闸首下游的引航道 三号船闸 : 分散泄水 , 左侧至航道 , 右侧至冲沙闸护坦 一号船闸结构图 二号船闸结构图 三号船闸结构图 有 关 图 片 一号船闸闸室 二号船闸闸室 三号船闸闸室 三江冲沙闸冲沙情景 过闸工艺： 下行： 初始状况： 闸室水位与上游库区相同，下游人字门关闭，上游人字门开终，左右泄水反弧门关终，左右上游反弧门开终。 运行过程： 进船 ---- 上游反弧门关、上游人字门关 ---- 关终 ---- 下游泄水反弧门开 ------ 泄水 ---- 至下游水位平 ----- 开下游人字门 ---- 出船 人字型闸门安装中的放样测量 1 ． 安装 要求 2 ． 底枢的放样（用钢尺量距，要求与中心线垂直平分） 3 ． 顶枢的投影 误差来源： l        照准误差 l        投影方向的标定误差 l        仪器误差（主要是竖轴误差） l        望远镜调焦误差 l        外界条件的影响 4 ． 底枢与顶枢垂直度检查 5 ． 高程放样