呼和浩特抽水蓄能電站位于內蒙古呼和浩特市北東約20km的大青山脈。電站樞紐由上水庫、水道及地下廠房系統、下水庫、補水系統及其它附屬建筑物等組成。電站裝機容量為1200MW,裝設4臺單機容量為300MW的可逆式水泵–水輪機組。2005年,受內蒙呼和浩特抽水蓄能發電有限責任公司委托,依據“關于委托呼和浩特抽水蓄能電站施工控制網測量工作的函”的要求,中國水電顧問集團北京勘測設計研究院對內蒙呼和浩特抽水蓄能電站施工控制網進行了技術設計和測量實施,并于2007年對呼和浩特抽水蓄能電站施工控制網進行了復測。
由于電站下水庫是依托哈拉沁溝截壩而成,受其溝底走向彎曲狹窄及兩側地形陡峭影響,原有施工控制網點位密度及分布不能完全滿足下庫壩體、出水口、導流洞等各單項工程對施工控制的需要,為此需要對施工控制網實施第二次復測,并在此基礎上開展電站施工控制網的下水庫加密網的建立工作。本次復測及加密工作由中國水電顧問集團北京勘測設計研究院測繪大隊承擔完成,主要完成人有翟明成、劉曉波、楊海軍、羅承球、范延峰等。
一、項目完成情況
針對本次施工控制網復測和加密網的建立工作,項目團隊積極熟悉并掌握原施工控制網建立相關資料,充分準備技術實施方案,合理調配專業技術力量和儀器設備,制定完善可行的作業計劃。復測工作自2011年5月底開始,6月底結束全部測量外業,7月底提交全部復測資料。
取得的主要成果有:《內蒙古呼和浩特抽水蓄能電站施工控制網技術設計報告》、《內蒙古呼和浩特抽水蓄能電站施工控制網測量報告(復測)》、《內蒙古呼和浩特抽水蓄能電站施工控制網復測平差計算成果》、《內蒙古呼和浩特抽水蓄能電站加密施工控制網技術設計》、《內蒙古呼和浩特抽水蓄能電站加密施工控制網測量報告》、《內蒙古呼和浩特抽水蓄能電站加密施工控制網平差計算成果》、《內蒙古呼和浩特抽水蓄能電站施工控制網復測資料最終檢查報告》。
二、主要技術內容
1.布網原則
(1)施工控制網復測的平面、高程系統以及投影面選擇與建網時保持一致。
(2)復測時對精度指標、觀測等級和實測方法等不做調整,全部技術要求執行原《呼和浩特抽水蓄能電站施工控制網技術設計報告》。
(3)對在施工中遭受破壞或掩埋的標點進行必要的恢復,確保施工控制網的完整性,以滿足工程施工放樣的需要。
(4)正確計算、分析復測資料,以明了施工控制網復測前后的點位穩定性情況,及時發現和修正控制點位可能產生的位移,獲得準確、可靠的復測成果。
(5)加密網布置應從控制的整體性出發,即要求滿足下水庫各單項工程對控制的需要,又要兼顧與原有施工控制網點的有機銜接。
(6)加密網點的數量與分布盡可能保證每一單項工程附近留有2個以上控制點并考慮放樣使用時的便利性。
(7)加密網點和原有施工控制網點間應形成必要的控制圖形,以保障加密網點的點位精度及可靠性,滿足施工放樣要求。
2.精度指標及觀測等級
平面控制的精度指標,選擇點位精度作為控制性指標,其它技術指標只作為參考性指標,按《呼和浩特抽水蓄能電站施工控制網技術設計報告》要求,施工控制網平面網最弱點點位中誤差Mp≤±
平面、高程控制網復測等級為二等,加密網平面和高程觀測等級為三等。
3.網形設計
根據電站工程樞紐建筑物總平面布置圖,在1:5000地形圖上進行施工控制網的網形設計。由于該地區地形條件特殊,上下池高差較大,上下池之間地形復雜,上池位于料木山山頂,地形平緩,范圍較小,下庫位于山下哈拉沁溝內,工程區溝谷發育豐富,地形、地貌復雜,有的邊長較長,傾角過大,有的方向不具備通視條件,造成控制點點位選取非常困難。經過多種方案比較和實地察看,最終選定十五點方案。加密網根據原控制網點及現場施工布置情況,確定電站下水庫在原有控制網點基礎上,選定11個點組成下水庫加密控制網。
4.觀測方法的確定
(1)施工控制網觀測方法
通過施工控制網的精度設計、網形確定以及精度指標、可靠性指標的比較分析可以看出:雖然常規邊角網觀測方法點位誤差滿足設計精度要求,但是由于該工程區域通視條件不利,造成控制網網形存在明顯形虧;控制網網點間高差較大,使得觀測邊的傾角大大超出規范限定值,測距邊觀測精度難于滿足規范要求。
在常規邊角網的基礎上加測GPS基線邊,其作用一是彌補特殊地形對施工控制網的不利影響;二是提高測距邊觀測精度,進而提高施工控制網的點位精度,增強可靠性。故此,該施工控制網為由15點組成的混合網(邊角網+GPS基線邊)。包括水平方向66個,天頂距66個,測距邊66條,GPS基線邊6條以上及部分水準高差,彌補由于地形條件限制造成的形虧,增強施工控制網的可靠性。
(2)加密網觀測方法
為保障下水庫加密控制網網形的完整性,該加密施工控制網為15點組成的混合網(邊角網+GPS基線邊),包括水平方向66個,天頂距66個,測距邊66條,GPS基線邊3條以上,彌補由于地形條件限制造成的形虧,增強施工控制網的可靠性。
5.平差方法的確定
呼和浩特抽水蓄能電站上、下水庫高差達800米,如果按常規的方法布網,不得不以降低精度和可靠性作為代價。項目組經過深入分析研究后認為,克服上述難點最為恰當的解決辦法是建立三維施工控制網,即將平面網和高程網結合成為三維網,將水平方向、斜距、天頂距、GPS空間基線向量和直接水準高差等五種不同觀測量聯合平差,同時使高程控制系統的精度與可靠性得以全面提高。在本項目的數據處理中,統一處理了多達五種不同類型的觀測量,每種觀測量的歸算處理合理、科學、理論嚴密,采用方差分量估計確定各類觀測量定權的平差處理方法,使每種觀測量的先驗方差與驗后方差保持一致。利用自行開發并經過專家鑒定的軟件進行數據處理,便于成果的分析和審查。
由于地形條件的限制造成的形虧和高程控制網缺乏必要的檢核條件,根據施工控制網的精度估算,采用三維平差的方法進行平差計算,用二維平差作為校核性計算,以檢驗平面網的精度和可靠性,用三維平差檢驗高程網的精度和可靠性。
三、社會效益
該項測量外業數據采集全部實現了一體化自動記錄,有效地杜絕了人為可能產生的讀、記錯誤。獲取的數據成果質量穩定可靠、完整、齊全。數據處理方法正確合理,定權方式先進,平差計算全部實現自動化,計算成果正確,各項技術指標及最終成果精度滿足設計和規范要求。
通過對已經完成的呼和浩特抽水蓄能電站建網、復測和加密網建網,已證明采用三維建網方式的科學性與合理性,對抽水蓄能電站施工測量技術的發展、水利水電工程測量規范的修編有理論與實踐意義,具有推廣使用價值。