第十一章 水利工程测量1.ppt

1、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u 河流梯级开发规划阶段的测量u 水利枢纽工程设计阶段的测量u 水利枢纽工程的施工控制测量u 水利枢纽工程的施工放样u 水利枢纽工程的变形监测重点u水利枢纽工程施工阶段的测量工作发展史发展史 中国水利工程测量，从70年代后期以来：l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。l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；l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

2、自动定位系统。l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。l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。l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。主要工作内容主要工作内容 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

3、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。p 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。p 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 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

4、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。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。隧洞贯通测量l进行贯通测量设计；l建立洞外（地面）平面和高程控制；l进行联系测量，布设洞口控制点或通过竖井、斜井、支洞将

5、坐标、方位角和高程传入洞内；l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；l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；l测绘竣工断面。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 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。主体工程开挖

6、至建基面时，要测绘建基面的大比例尺地形图。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。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1:500001:100000的

7、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1:100001:50000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。l 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；l 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。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

8、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。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。基本任务基本任务：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；主要地质勘

9、探点的放样；联测地质勘探点的平面位置、高程和展绘上图。具体工作具体工作：u钻孔测量、井硐测量、坑槽测量、地质点测量、剖面测量等。u一般应用经纬仪、水准仪和电磁波测距仪等进行。精度要求：u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；u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；u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。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：平面

10、、高程控制测量；河道地形测量；河道纵、横断面测量；测时水位和历史洪水位的联测；某一河段瞬时水面线的测量；沿河重要地物的调查或测量。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。l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。l采用图形：三角网、测边网、边角网、导线网等

11、。分级：一般按两级布设。l基本网，首级平面控制网起着控制各建筑物主轴线的作用；l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：l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；l定线网有矩形网、三角网、导线网等形式。布设布设：l基本网一般布设在施工区域以外，以便长期保存；l定线网应尽可能靠近建筑物，以便放样。精度精度：l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；l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

12、内部相对精度甚至比基本控制网精度要高得多。选点布网l原则：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。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。坝轴线尽量作为施工控制网一条边。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。l观测墩：精度高、使用方便l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

13、高程面上。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。l 施工放样的精度要求l m1的确定l m1ms（交会边边长应有的精度ms）l 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

14、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水利水电施工测量规范”规定：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 20 mm。即20 mm平面平面高程高程说明说明混凝土建筑物(2030)mm(2030)mm相对于邻近的基本控制点土石料建筑物(3050)mm 30mm相对于邻近的基本控制点机电金属安装(110)mm(0.210)mm 相

15、对于建筑物的安装轴线()二、m1的确定 确定中能分给控制网的部分有多少?原则：m1可以忽略，只占中的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()()11.5.1 大坝的施工放样1 1 坝轴线的测设坝轴线的测设 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 2 清基中的放样工作清基中的放样工作 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 3 坝体分块控制线的测设坝体分块控

16、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 4 坝体浇筑中的放样工作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。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

17、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：厂房施工控制网的建立基础开挖测量厂房建筑放样测量l厂房施工控制网的建立一般布设成矩形方格网，其主轴线可根据首级施工控制网测设并调整；精度应根据工程的规模和具体要求确定。l基础开挖测量开挖边界放样，用全站仪坐标法；l厂房建筑放样测量厂房两侧边墙放样，用厂房中心轴线设置平行轴线的方法控制，高程悬吊钢尺的方法控制。吊车梁及轨道安装，精度要求相对较高，一般设置平行轴线，利用激光经纬仪进行测量，为保证两轨道间的相对距离，可采用量距法对轨道的中心间距进行调整和检核。金属结构安装测量的精度一般较高，需建立独立的控制网。金属

18、构件与土建工程有一定的关系，所建立的安装测量控制网与土建施工测量控制网轴线关系应保持一致。()1 1 闸门安装测量闸门安装测量以建筑物的轴线为依据进行，主要工作：（1）测定底枢中心点。为确保中心点与一期混凝土的相对关系，可用土建施工控制点进行初步放样，检查两点连线是否与中心线垂直平分，并根据实际情况调整。（2）顶枢中心点的投影。可用经纬仪交会投影或精密投点仪进行。投影结束后，可采用吊锤球的方法进行检核。（3）高程放样。应保证两蘑菇头的相对高差，绝对高程只需与一期混凝土一致。两蘑菇头的高程放样须用同一基准点。()2 2 发电机组安装测量发电机组安装测量发电机组各部分之间的相对位置精度要求较高，在

19、放样时应建立高精度的放样基准。安装放样主要有：l吸出管安装放样一般用机组纵轴线和机组中心线所建立的坐标系进行，轴线上控制点离机组中心的距离应根据机组的大小而定。高程放样一般采用水准测量进行。l座环上水平面高出吸出管口一段距离，需将上述建立的控制点位置抬高，可在原控制点上搭建测量台架，并将控制点投影到台架顶面上。座环安装完成后，应进行检查验收测量。l蜗壳的安装放样一般也是直接利用前述的纵横轴线控制点，此外还需放样出钢管中心线的控制点。蜗壳的中心高程一般通过水准测量方法放样。()3 3 压力管道安装测量压力管道安装测量l水电压力管道一般都是倾斜管道，结构上分为水平段、弯段和斜段。压力管道钢管的安装

20、放样随施工进程分两步进行，首先放样承重支墩，并在支墩上铺设输送钢管的导轨，然后进行钢管的安装放样。l支墩放样主要是根据管道的设计中心线和墩距计算和放样各墩的位置，一般可利用施工控制点，采用全站仪放样。压力管道的总体高差一般较大，各项测量数据应投影到合适的平面上。l压力管道钢管一般为圆柱体，放样点一般以3个测点为一组，为钢管底板中心点和左右腰线高程点。钢管就位时，以中腰线为转轴，按设计倾角旋转，致使管口平面倾斜，所以3个测点在一倾斜面内。l腰线高程点的放样一般根据管道里程和倾斜角，采用水准测量的方法进行。()1 1 水平位移观测水平位移观测l基准线法是通过一条固定的基准线来测定监测点的位移，主要

21、包括：视准线法、引张线法、激光准直法和垂线法。l大地测量方法主要用于水利工程的外部变形监测，主要包括：交会法、精密导线法、三角测量方法和GPS观测法。2 2 垂直位移观测垂直位移观测常用观测方法：几何水准测量法、液体静力水准法和三角高程测量法。3 3 挠度观测挠度观测 一般是在坝体内设置铅垂线作为基准线，然后测量坝体不同高度相对于铅垂线的位置变化，以测得各点的水平位移，从而得知坝体的挠度。设置铅垂线的方法有正垂线和倒垂线两种。4 4 裂缝观测裂缝观测 对水工建筑物产生的裂缝进行位置、长度、宽度、深度和错距等的定期观测。通常可分为两类：土工建筑物裂缝观测和混凝土建筑物裂缝观测。5 5 应力应力/

22、应变观测应变观测 混凝土应变观测：在混凝土内埋设应变计和无应力计，根据观测资料和混凝土徐变试验资料可以计算混凝土的应力，了解坝体内的应力分布。土坝应变观测：在土坝内埋设土应变计，根据观测资料研究坝体内的应力分布，分析产生内部裂缝或局部破坏的可能性。基岩变形观测：在坝基内埋设岩石应变计或多点基岩变形计用以观测坝基变形，分析坝基产生滑动的可能性。6 6 分层沉降观测分层沉降观测 在土坝内部用十字臂固结管、深式标点组、电磁式沉降仪或水管式沉降仪等观测坝体内部不同高程点位上的沉降量，以便了解坝体内部土料的固结程度，评估设计施工质量，保证大坝安全运行。7 7 倾斜观测倾斜观测 在土石坝或岩土边坡的钻孔内

23、用倾斜仪观测不同高程点位的倾斜度，用以计算岩土体内部的水平位移，以便分析岩土体的稳定性或产生内部裂缝的可能性。8 8 渗流观测渗流观测 在土坝内部用十字臂固结管、深式标点组、电磁式沉降仪或水管式沉降仪等观测坝体内部不同高程点位上的沉降量，以了解坝体内部土料的固结程度，评估设计施工质量，保证大坝安全运行。9 9 温度观测温度观测 专用的温度传感器埋设在混凝土建筑物内部对建筑物的温度状态所进行的测量。混凝土温度观测使用的仪器有电阻式温度计、热电阻等温度传感器。10 10 检查观测检查观测 对水利工程在施工和运用期间工作情况和状态变化的表面观察和原型观测。11 11 滑坡崩岸观测滑坡崩岸观测 滑坡监

24、测是对可能滑动的山坡、明堑和填筑坡变形的观测,通常根据具体情况选定观测范围,布设垂直位移和水平位移标点，定期进行观测。垂直位移宜采用精密水准测量，水平位移可根据情况采用视准线法或三角网法进行观测，在降雨或融冻季节，位移出现异常时期，要增加测次。11.6.2 变形监测的精度与周期项项 目目 位移中误差限值位移中误差限值 水平位移 坝 体 重 力坝 1.0mm 拱坝 径向2.0mm 切向1.0mm 坝 基 重 力 坝 0.3mm 拱坝径向1.0mm 切向0.5mm坝体、坝基垂直位移 1.0mm 坝体、坝基挠度 0.3mm 倾 斜 坝 体 5.0 坝 基 1.0 坝体表面接缝与裂缝 0.2mm 近坝

25、区岩体 水 平 位 移 2.0mm 垂直位移 坝 下 游 1.5mm 库 区 2.0mm 滑坡体和高边坡 水 平 位 移 0.33.0mm垂 直 位 移 3.0mm 裂 缝 1.0mm1）变形监测的精度要求2）观测周期在施工期和水库蓄水时，建筑物的变形发展较快，所以观测的时间间隔不宜过大，它与预期的变形值及水库蓄水阶段有关。在施工期间，若遇特殊情况（暴雨、洪水、地震等），应进行加测。在施工结束、水库开始蓄水，库水位下降、水库放空等有代表性的阶段，要进行变形测量工作。在大坝运行期间，建筑物及其基础变形过程已变得缓慢，因而周期可以放长，而各观测周期应尽量在每年相同的情况下进行。在时效变形基本停止以

26、后（这一过程一般需十年以上），测量工作并不能停止，继续观测的任务是为了保证大坝的安全运行，以防事故的发生。资料整编的主要内容：收集资料（如：工程或观测对象的资料、考证资料、观测资料及有关文件等）。审核资料（如：检查收集的资料是否齐全、审查数据是否有误或精度是否符合要求、对间接资料进行转换计算、对各种需要修正的资料进行计算修正、审查平时分析的结论意见是否合理等）。填表和绘图（将审核过的数据资料分类填入成果统计表；绘制各种过程线、相关线、等值线图等；按一定顺序进行编排）。编写整编成果说明（如：工程或其他观测对象情况、观测情况、观测成果说明等）。对水利工程及有关的各项观测资料进行综合性的定性和定量分

27、析，找出变化规律及发展趋势称为观测资料分析，其目的是对水利工程系统和各项水工建筑物的工作状态做出评估、判断和预测，达到有效地监视建筑物安全运行的目的。常用分析方法：作图分析统计分析对比分析建模分析1 1 作图分析作图分析 将观测资料绘制成各种曲线，常用的是将观测资料按时间顺序绘制成过程线。通过观测物理量的过程线，分析其变化规律，并将其与水位、温度等过程线对比，研究相互影响关系。也可以绘制不同观测物理量的相关曲线，研究其相互关系。这种方法简便、直观，适用于初步分析阶段。2 2 统计分析统计分析 用数理统计方法分析计算各种观测物理量的变化规律和变化特征，分析观测物理量的周期性、相关性和发展趋势。这

28、种方法具有定量的概念，使分析成果更具实用性。3 3 对比分析对比分析 将各种观测物理量的实测值与设计计算值或模型试验值进行比较,相互验证,寻找异常原因，探讨改进运行和设计、施工方法的途径。由于水工建筑物实际工作条件的复杂性，必须用其他分析方法处理实测资料，分离各种因素的影响，才能对比分析。4 建模分析 采用系统识别方法处理观测资料，建立数学模型，用以分离影响因素，研究观测物理量变化规律，进行实测值预报和实现安全控制。常用数学模型：统计模型：主要以逐步回归计算方法处理实测资料建立的模型；确定性模型：主要以有限元计算和最小二乘法处理实测资料建立的模型；混合模型：一部分观测物理量（如温度）用统计模型，一部分观测物理量（如变形）用确定性模型。这种方法能够定量分析，是长期观测资料进行系统分析的主要方法。复习复习 第十二章第十二章 工业与民用建筑测量工业与民用建筑测量