全站仪竖直传高法在水电站金结安装施工测量中的应用

　　[摘 要]在水电站施工过程中，平面基准和高程基准是施工测量中最重要的环节，为了保证施工工序的质量，特别是大型金属结构安装的质量，就必须严格保证平面基准和高程基准的统一性。其中难度较大的就是高程基准，利用全站仪竖直传高方法有效的保证了基准传递精度和提高了作业效率。

　　[关键词]水电施工测量 全站仪 竖直传高 高程基准

　　中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0240-01

　　一、常用的高程传递方法

　　1几何水准测量。几何水准测量是目前最常用，也是精度最高的高程传递方法。不过也存在些不足。几何水准测量是结合水准仪和水准尺进行的，虽然数字水准仪的加入给作业带来了便利和效率，但仍需投入大量的人力，一般需要4～6人，同时对测量线路要求也很高，高差大的地形施测起来非常困难，对于垂直落差的部位更无法实施。

　　2三角高程测量。三角高程测量方法是利用全站仪的电磁波测距和测角的功能，通过天顶距和斜距计算出高差的方法。也是目前比较常用的方法。三角高程测量法具有效率较高，投入人力较少的特点。其不足之处在于该方法受全站仪自身的限制，观测的天顶距范围有限，而且测量精度相对不高，传递精度取决于全站仪的性能，而且地形越陡的部位精度也越低，甚至无法观测。不过随着高精度全站仪的出现，三角高程测量已可代替三、四等几何水准测量。

　　3钢尺高程传递。钢尺高程传递是利用长钢卷尺代替水准尺，通过水准仪读数来获取高差。该方法是传统竖直方向传递高程的方法，传递高度受长钢卷尺限制，一般在50m以内（长钢卷尺有30m和50m规格）。常在大型金属结构（如压力钢管、肘管等）安装高程验收中采用。但是该方法操作过程较复杂，需要多方面同时配合完成，而且受外界环境（如风、温度等因素）影响非常大，测量精度随高度的增加而降低。对于高程基准传递存在较大的隐患。

　　二、全站仪竖直传高的操作方法和优缺点

　　1.基本原理

　　竖直传高的核心就是通过全站仪的电磁波测距功能测出全站仪视准线到上部处于同一铅垂线上的棱镜或反射片之间的高差（即全站仪的测距）。如图所示，将基准点B点的高程通过水准仪传递到全站仪的视准轴上，通过电磁波测距测出高差D从而得到棱镜面或反射片面的高程，再通过水准仪将棱镜面或反射片面高程传递到A点，从而完成高程基准的传递。

　　2.影响竖直传高精度的因素

　　根据基本原理可以了解到，除了水准仪传递高程基准的环节因素影响外，影响竖直传高精度的主要因素是：①全站仪本身测距的精度；②全站仪与上部的棱镜或反射片中心的连线与铅垂线的夹角。对于因素①，目前的全站仪性能已很大提高，对环境气象因素造成的干扰可以大大的降低，同时棱镜或反射片的常数也都能精确确定，所以实际操作中因素①的影响已非常小。对于因素②，因为全站仪和棱镜或反射片不能百分之百的在同一铅垂线上，所以必定会与铅垂线存在有一定的夹角。只有距离越长，夹角越小，得到的测距结果就越精确。因此只要全站仪和棱镜或反射片尽可能的保证在一条铅垂线上，即夹角尽可能的小，那因素②的影响就越小以致可以忽略不计。

　　3.竖直传高法的优缺点

　　与其他传高方法比较起来，竖直传高的优点在于：①不受地势狭小、垂直落差大的影响，能够较轻松的将高程基准传递上去；②由于全站仪电磁波测距精度较高，所以竖直传高的精度也相对较高，能满足高精度高程基准传递的需要；③操作方法较简便，易上手掌握。

　　其不足之处：①全站仪架设位置需要和托架上的棱镜或反射片中心位置保持在一条铅垂线上，故需要准确定位；②往往需要和水准仪配合使用；③传递过程中对托架保护需要特别重视，以免碰动后返工。

　　三、竖直传高法在水电站金结安装施工中的应用

　　在水电站的施工建设过程中，混凝土施工和大型金属结构安装是两个最重要的组成部分。由于施工工序的原因，混凝土施工一般是优先于金属结构安装，在混凝土建筑物形成一定规模后金属结构安装才开始进行。因此，建立一套完整统一的平面基准和高程基准是必不可少的环节。特别是高程基准，传统方法在实际操作中有时存在不小的难度。竖直传高法的引入，就很好的解决当中的不少难题。这里以向家坝水电站右岸坝后电站金属结构安装高程基准传递为例进行说明。

　　向家坝水电站金属结构安装项目包括压力钢管、肘管、锥管、座环、蜗壳等，这些金属结构是丝丝相扣，紧紧相连的，而且跨度大、范围广，高差最大有将近20米。上下游跨度将近90米，施工环境局限较大。在电站混凝土施工完成阶段性工作（基坑底板高程为233.7m，主机间高程达到247.5m，压力钢管下平段部位达到252m）后，金属结构随之开始安装。为了满足金结安装需要，在不同时间，以首级控制网点“排沙洞”为高程基准，通过二等几何水准测量分别将高程基准传递至上游压力钢管部位的“Y10-1”等高程基准点和下游尾水扩散段部位的“Z10-2”等高程基准点。为满足后续肘管、锥管、座环、蜗壳等金属结构安装高程统一性的要求，需要在主机间247.5m高程平台加密布设高程基准。由于主厂房基坑四周均为垂直墙体，高差为13.8m，同时主机间与压力钢管下平段之间也为高差4.5m的垂直墙体。因此为了在247.5m高程平台加密布设高程基准，需要运用到竖直传高法来进行传递。

　　高程基准点“Z10-2”是通过二等几何水准测量方法得到的成果，精度满足要求。故以“Z10-2”作为起算点。通过数字水准仪截高，采用徕卡TM30全站仪（标称精度为：？0.5″，？0.6+0.8×10-6Dmm）配合反射片来进行竖直传高，再在247.5m高程平台用数字水准仪截取高程托架上反射片的高程，运用几何水准测量将高程基准传递到“Z10-3”等控制点上。为了验证和校核247.5m高程平台上的新布设的高程基准点，又采用了一次竖直传高法将247.5m平台的高程基准传递到上游压力钢管下平段部位（252m高程）的高程基准点“Y10-1”，将传递成果与之前几何水准测量传递的成果进行核对，结果见表1。

　　通过上表可以看出，两次不同时间、由同一个高程起算点传递得来的“Z10-2”和“Y10-1”，经过两次竖直传高法进行高程传递后，相互校核的偏差仅为0.9mm。这一结果充分说明了竖直传高法传递高程的精度能够达到二等水准的精度要求，也说明了新布设的247.5m高程平台的高程基准点Z10-3能够满足后续座环、蜗壳等大型金属结构安装的要求。

　　四、总结

　　全站仪竖直传高法作为一种有别于传统方法，充分利用全站仪测距精度高的特点，在垂直高差大，作业范围局限的条件下体现出它在高程传递上的强大优势。不管是在水电站金属结构安装的高程基准传递，还是在像三峡升船机这样的高高程建筑施工中的高程传递，都通过实践证明全站仪竖直传高能够很好的满足这一类建筑物高程施工控制的要求。

　　参考文献：

　　[1] 华锡生，黄腾.精密工程测量技术及应用[M].南京：河海大学出版社，2002.

　　[2] 张正禄，邓勇，罗长林，等.精密三角高程代替一等水准测量的研究[J].武汉大学学报，2006，31（1）：5-8.