河工险段中河床断面测量方法.doc

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1、河 工 险 段 中 河 床 断 面 测 量 方 法何茂清（广东省北江大堤管理局，广东 三水 )#%$）要 + 文中介绍了应用水下断面测量进行河床变形观测的方法，即：基线测量定位、全站仪数字化测量法定位，,-.* 摘定位测量，指出了在观测工作中存在的一些值得关注的问题。* 关键词 + 险工险段；数字化测量；水下断面测量* 中图分类号 + /0#%北江大堤是全国七大堤围之一，是广东最重要 的堤防。由于历史原因，北江大堤的险工险段依然 存在，并且时刻威胁大堤的防洪安全。如芦苞长潭 至水角头堤段、黄塘鸡咀坝堤段、西南崩基口堤段， 是北江大堤的三大险工堤段，它们都处于河段转 弯、迎流顶冲的位置。如何对险

2、工险段进行安全监 测，确保北江大堤的绝对安全，是堤防管理者必须 长期坚持的工作。随着各种全站仪和电子手簿、电 脑等数字信息采集、存储、交换、数据处理等联成一 体的数字化测量系统的广泛应用，河工险段的水下 变形观测问题也就迎刃而解，即采用成图精度高、 一测多用、便于管理的数字化测量对河工险段进行 观测、对比、分析，了解堤段的安全运行情况，指导 险段的安全防洪工作。* 文献标识码 + 1基线法测量定位基线法测量的实质是交会法，即测量时视线与 断面方向线的交点就是待定点位。先根据横断面端 点 !%， !3% 以及基线点 的已知坐标，求得基线!% 的距离 # 和夹角 !。横断面测量时，两端点立 标杆定

3、出断面线方向，于 点安置经纬仪（或电子 经纬仪），将测深仪和照准目标花杆垂直地悬挂绑在离船头约 % 4 的位置（此位置行船时测船倾斜及 波浪的影响相对较小）上，当测船的照准目标花杆$ 行至断面线上时，船上指挥发出信号，测船测量 水深 %&，而仪器跟踪测船目标，同步测量角度 & 这样就可以利用三角形正弦定理计算出 $& 点至断面 起点 !% 的起点距 (&。%2 % #678 & (& 5 678（!& ) ）险工险段水下断面测量的方法常用的水下断面测量方法有断面绳索定位测 量法、基线法（交会法）、全站仪定位法（极坐标法）、,-. 定位法。由于险工险段多为水流急、河床深、堤 脚坡度大、冲刷严重的

4、河道堤段，采用传统的断面测量方法如断面绳索法会有很大的困难：测船难以 锚定；测绳不能太长；测绳在水流的作用下会形成 弧状、难以拉直；测绳零点到断面起点的距离需要 重新测量；需要测量临时水尺；测量需要动用的人 员设备比较多等，所有这些都体现了这种方法的局 限和不足，尤其是这种受潮汐影响大、又是主航道 的险工险段中需要反复进行的水下变形观测，不适 宜采用断面绳法定位测量。北江大堤险工险段水下断面测量比较适宜的方法是后面 种定位法。%可以在一个测站上用同样的方法测量多个断面。水下断面测量通常采用往、返测。见图 %。全站仪数字化测量法定位全站仪数字化测量法的实质是极坐标法，有两%2 #* 收稿日期 +

5、 #$ 9 $; 9 #* 作者简介 + 何茂清 & %: ( ，男，广东高州人，工程师，从事水利水电工程施工和管理工作。项主要的内容：测点定位和测量水深。采用全站仪进行施工测量，效率很高，效果很好。这种测量方法可以做到定位和测深同步进行，是险工险段中河床 断面测量较理想的方法。$8 # 内业工作 外业采集到的数字化数据信息，是水下河床断面测量的原始资料，在进行内业计算、绘图、分析等 工作时，采用计算机辅助的方式建立断面图的数据 库，为此必须进行如下工作：将数据通过电缆传输到电脑，对它们进行全面 的检查，对存在水深点不对应等错误的数据，应该 删除，以使内业的机助编辑的数据无误；手工记录 的水深

6、数据、基线法测量的角度数据等，要输入电 脑，作为原始资料的一部分；对测量点进行水深改正后保存为坐标文件（$8 ;,:0 地形 成图软件展绘测量点位、高程，再由坐标文件（或图面高程点）计算断面里程（$8 1;?）文件；根据用图 的比例尺要求，利用断面里程文件（或图面高程点）绘制确定比例尺的水下横断面图。有多次观测结果 时，要将多次结果（可用不同的线型、颜色、粗细等进行区别）绘在一起进行对比、分析；根据坐标数据文件（或图面高程点）建立水下数字地面模型 +A， 并对 +A 的三角网进行必要的检查：由于测量条 件的限制和水下地形的隐蔽性，外业采集的坐标点很难一次性构成理想的数字地面模型和生成理想 的等

7、深线，要通过修改三角网来修改这些局部不合 理的地方，如增加三角形、删除在某局部内没有等 高线通过的不合理的三角形及改变不合理的三角 形连接（重组三角形）；绘制等深线地形图；对等深 线进行必要的修整、编辑；可按要求的比例尺绘制 成果图、打印出来晒蓝图后存档，或交设计部门使 用，或直接把图形文件拷贝给设计人员使用。测定点位平面位置（ !#%），用数字式超声波测$#深仪同步测量该点水深 &。方法是将测深仪和反射棱镜垂直地悬挂绑在离船头约 $ ) & 的位置上，镜 高为棱镜中心到探头底的垂直高度。测船在断面线上均匀慢速行驶，测站与测船之间采用对讲机通 讯。全站仪可以架设在任何已知坐标的点上，岸上 人员

8、负责断面插标、移标和指挥测船在测线上行驶，全站仪测量并自动记录各点的坐标数据（含点 号、断面号等信息），也可以采用电子手簿（或测图 精灵一种可以与全站仪连接进行测量、记录、实时展绘、绘图的 *+, 掌上电脑）进行记录。全站 仪自动根据测站与测点之间的坐标方位角 ! 和距离 就可以利用坐标正算公式计算出测点的坐-标；测深员同步测量、记录水深，点号与全站仪的点号对应。水深记录可以人工输入 . / 0 电子手簿， 也可以记录在普通记录本上，内业时将各点的水深 值 12 输入电脑后进行水深点改正计算。! ( ! 3 456 !$ ( $ 3 627 !%) ( *% ( * + & % 内业计算 式中

9、 !，$ 为测站的坐标； 第 点的平距；! 第 点与测站间的方位角；& 第 点水深值；%) 第 点的探头即时高程。 采用全站仪进行水下断面（地形）测量可以免验潮，即免除设立临时水尺的麻烦，因为河床断面 测量时，测站离照准目标的距离一般不是太大，全站仪所测的高程精度完全能满足要求，因此将探头 底到棱镜中心的垂直高度作为目标高，这样无论测 船是否受到波浪或自身航行的影响而上下起伏，测 深仪探头底高程均可以实时地测量出来。如果采用 断面绳法或经纬仪交会法测量，其各个水深测量点的水位误差可能比较大，特别是在西南及黄塘鸡咀 坝等受潮汐影响的河段，因为它们只是某一个时段 的水位插值或平均值。$8 & 9*

10、: 定位测量 前面两种方法都有一个共同的缺点：测点定位和测量水深不能保证完全同步进行，这必将使结果含有或大或小的误差。而 9*: 定位测量就可以克服 这种缺点，它是目前最高级的一种数字化测量模 式，其特点是定位精度高，观测时间短，提供三维坐 标，操作简便，全天候作业；观测站之间无须通视， 但必须保持观测站的上空开阔“净空”以使接收9*: 卫星的信号不受干扰。在 ! 年度西南险段 的水下抛石护岸工程中，施工单位采用了 9*: 实时 差分定位测量和测深仪同步测量水深的测量方式值得关注的问题水下断面测量与陆地测量的最大区别是，陆地 测量是静态测量，定位的目标固定，定位精度较高； 水下测量为动态测量，

11、定位时目标在缓慢移动，故 定位精度稍低。在水下测量工作中，对定位精度有 较大影响的问题是：测深延后问题和探头在水中的 垂直度问题。!测深延后问题除了 9*: 定位测量方法外，无论采用其他什么 方法进行定位、测深，都存在一个不能完全同步的 问题，这是影响定位精度的主要原因。水深延后测 量可能会造成很大的测量误差，特别是在近岸坡脚 坡度大的地方，往测时测深延后造成所测点位水深 值比真实值大，而返测时恰好相反，如果对往测、返 测画断面图进行对比，可以发现它们不重合，往测!8 $响，这种影响在堤坡处可能会使水深变大（如当探头斜向河床或者测线的两边时），也可能使水深变 小（如当探头斜向堤坡时）；如果在河

12、床平缓地方则总是使水深值变大（类似于水准测量中水准标尺倾 斜时总是使仪器读数变大一样）。的断面线低，返测的线高。其实很难对往测和返测进行“取中数”的处理，因为各个测点的平面位置各 不相同。下面两种情况都会造成测深延后：& % ( 测深仪的测深响应时间。测深仪每测量、显 示一个水深点的时间约为 % )，由测深仪引起的时 间延后可达到它的一半，即 * ! )。& # ( 通讯延后。即测站通过对讲机说“好”后，测 深员测深读数的时间延后。通过反复多次的测量实验发现，如果各测量人员能够密切配合，可以将这 两种时间总延后所造成的误差影响控制在容许范 围内。方法是测站员根据仪器测量时的“滴答”声判断（+,

13、-#% 全站仪自动测量、计算、记录一个坐标 点需要约 ! ) 时间，仪器共响 次“滴答”声），稍微提前一点报“好”，以便测深员能在测点定位的同时测量水深。同时测船的行驶速度应该越小越好，以 大于或等于 * ! . / ) 为宜。河床断面测量时测点在 图上的密度一般是 0 .，则当比例尺是 %1 ! 时， 测点间距 . 一个，船速大于或等于 * ! . / ) 是合适 的；如果比例尺更大，如 %1 # 时，则船速要求更小。测船作业时倾斜的问题测船倾斜主要是因为水流流速、风速和测船本 身动力的影响，使测船在各个不同的方向受力而使 其垂直面无法始终保持垂直，因而给测点的平面位 置和高程点位置精度带来

14、不同的影响。倾斜越大， 平面位置误差越大，高程点误差也越大。以 ! 为棱 镜高，! 为倾斜角度，则平面位置和高程位置的误 差可分别由下列公式计算： 平 # !)23 !， 高 4 !（% 5 67) !） 全站仪水下断面测量中要注意的几个方面：严格控制测船在断面线上行驶，棱镜偏离断面线方向不能超过 * ! .；测船要均匀慢速行驶，不能 时快时慢，以大于或等于 * ! . / ) 的速度较合适； 测量人员要密切配合，力求同步测量，否则会有很大 的测量误差；随时检查探头和棱镜的牢固度、垂直 度，保证探头在测船行驶过程中不松动、不倾斜。测 船作业时，最好能安装倾斜仪，以便随时掌握测船的 倾斜度，根据

15、倾斜角对测量数据进行必要的改正。#* 探头在水中的垂直度问题影响测点水深精度的另外一个因素是测深仪 的探头在水中的垂直度，因为测船在行驶过程中不 可避免的受到水流冲击、风力以及波浪起伏的影#* #1111111111111111111111111111111111111111111111& 上接第 $! 页 (宽度大多为 % 8 .，少数可达 % 8 .。坝址区节理、裂隙左岸多于右岸。& ( 坝体渗漏及坝基岩体构造破碎带判研。小云峰电站 扩建工程采取在原溢流坝的基础上增设闸墩及闸门抬高正 常蓄水位，原溢流坝为混凝土重力坝，平均坝高 0* ! .。在溢 流坝锚索孔施工过程中，9 号坝段 #: 号

16、锚索孔、 号锚索 孔、0 号坝段 # 号锚索孔都发生漏水现象，: 号坝段相对比 较薄弱。按照设计人员的要求，在上述坝段 ; 个锚索孔中进 行了钻孔彩色电视观测工作，对坝体是否漏水及坝基岩体裂 隙、构造破碎带发育程度及位置进行判研，为设计采取处理 措施，提供视频影像清晰的可视资料。观察电视图象可见，坝体无太大隐患，无明显漏水现象， 孔内未见涌动水，但坝体上有不同程度的裂缝、存在掉块现 象，最大裂缝可达 %* ! 6. 左右，最大掉块可达 % 6. 左右， 掉块多发生在坝体与基岩接触部位，基岩未见断层破碎带， 只有不同程度的裂隙发育，裂隙宽度一般在 % 8 ! . 之间。& $ ( 检查混凝土防渗

17、墙体浇筑质量。正在建设中的尼尔 基水利枢纽工程是松花江流域水资源开发利用的核心工程之一。主坝防渗结构是该工程的关键部位，它的施工质量优 劣直接影响枢纽工程的质量，因此，防渗墙墙体的浇注质量倍受关注。受建设单位的委托，采用钻孔彩色电视方法，利用 灌浆孔对防渗墙混凝土施工质量进行检测工作，以便及时发现质量隐患部位。检测区基岩主要为花岗闪长岩，在深切谷中部有多条断 层分布，规模较大，受构造的影响，基岩岩体完整性差。混凝 土墙底基岩多为弱风化的花岗闪长岩。分析钻孔电视成果表明：混凝土墙体施工质量总体来讲 浇注质量是好的，但个别检测孔中部分测段还存在着问题。 如 $# 孔在 $* : . 处混凝土墙体有

18、蜂窝孔洞；$ 5 % 孔混凝土 与基岩接触部位（$* 0 8 ;* 9 .）严重扩孔；$! 孔在 * $; . 处混凝土与基岩接触部位具有框架结构，接触段 # . 左右， 裂隙发育并有泥质物；$; 5 % 孔 #* 8 * . 混凝土与基岩 胶结较差，有 #* 8 #* ! 6. 不连续空洞，且有泥质物。对于检测出存在质量问题的薄弱部位，特别是墙体与基 岩接触段，建议业主及有关单位予以重视，采取必要措施加以处理，以保证大坝蓄水后的安全稳定性。结 语钻孔彩色电视给人们以视觉获得地下信息，是可在电视屏幕上观看钻孔孔壁地质现象或工程疑难问题比较好的探 测手段之一。该技术能真实、直观地再现地质现象和工程施 工缺陷，为工程地质评价和施工质量评判提供依据。在水电 工程建设中较好地解决了地质和工程施工质量方面的疑难问 题，得到了地质、设计、施工、监理和建设单位的重视和好评。file:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txtdf机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56