无定向闭合导线测量技术在核电中的应用

黄金生

(中国核工业华兴建设有限公司，江苏 南京 210000)

0 引言

核电厂房数量多、布置不规则、分散等特点以及厂房±0.000 m以上结构施工，导致厂区控制网点相互之间的通视条件差；核电厂址一般选择岩石地质条件，厂房、道路管网负挖施工需要采用爆破方式，会对厂区控制网点产生扰动、变形、沉降影响，甚至破坏，导致可利用的控制网点数量变少，甚至无法满足核电施工测量。

采用常规的三角网、边角网、已知定向闭合导线进行控制网测量难以实施；只采用简单的无定向导线测量，未有多余观测，其精度和可靠性低，无法满足核电控制网测量要求。为了使恢复的厂区测量控制网点实现较高的精度要求和可靠性，达到已有控制网点的精度要求。结合现场施工环境、测量控制点布设情况或稳定性状况，最大限度降低测量误差、提高精度。经过不断地分析、对比，并结合国内外施工控制网测量经验，采用无定向闭合导线测量技术及施工方法，解决核电厂区测量控制网难以实施的难题。

1 无定向闭合导线测量原理

1.1 无定向闭合导线简介

无定向闭合导线就是没有已知方向的闭合导线，从一个导线点出发，沿着导线各点转一圈，最后闭合到出发的导线点上，整个闭合导线中两个或多个已知点之间没有相邻形成定向点。从理论上看，这种闭合导线是不能够使用常规的方法来计算出各条边的坐标方位角以及各未知点的坐标数据，主要是因为起算的时候没有定向点，且所有已知点之间不通视。所以，我们也将这种导线称之为无定向闭合导线。无定向闭合导线如图1所示。

1.2 无定向闭合导线计算

无定向闭合导线任意一个已知点都没有定向角，在推算各个未知点导线边时必须有一个定向角。以假定起始坐标方位角法为例，阐述无定向闭合导线计算原理。

以图1为例，B点、F点为已知点，H点为校核点，其余为待测点，β1,β2，…，βn均为观测角，S1,S2，…，Sn均为观测边长。首先进行闭合导线内角和计算β1+β2+…+βn，与多边形内角和(n-2)×180°的差值Δβ是否满足精度要求，把Δβ按照观测角个数进行观测角改正。

2 无定向闭合导线测量特点

单条或一般的无定向导线由于相对多余观测数较少，尤其是缺少导线的横向控制，对角度观测缺乏检核。三角网精度较高，但需要观测点之间相互通视，且边长不宜相差过大。无定向闭合导线测量具有以下特点:

1)具有闭合导线的特点，对观测角进行多余观测以及角度闭合差改正，在一定程度上消除导线横向误差的影响。

2)导线各点上的方向数较少，除结点外只有两个方向，对通视条件要求的限制较小，易于选点和降低觇标高度。

3)图形布置非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变或增减控制点。

4)进行往返多余测回观测，能避免不易发现观测值中的粗差，提高可靠性。

5)加入校核点，有利于减少或降低导线横向误差、纵向误差的影响。

6)架设仪器、棱镜、觇标时，采用天底仪进行对中整平，最大限度减少仪器对中与觇标偏心误差，提高对点精度、角度观测值精度、闭合导线可靠性。

7)相对于三角网，减少边长和角度观测数量，缩短观测、间歇时间，减少环境对控制点以及观测的影响，保证观测的连续性，提高观测值的可靠性，从而提高工作效率。

3 应用实例

3.1 工程概况

以霞浦核电一期工程1号机组次级控制网点恢复为例，采用无定向闭合导线测量技术进行次级控制网点恢复测量，并与已有次级控制网点数据进行比较分析，分析该测量技术方法的可行性与实用性[1]。

结合霞浦核电一期工程1号机组厂房布置情况、现场施工环境、次级控制网点位置及数量等综合考虑，在1号机组沿着核岛、常规岛、BOP厂房布设一圈闭合导线点。共12个控制网点，其中包含2个已知点、2个校核点、2个过渡点。

次级控制网点恢复点既要利于埋设、观测以及后续使用方便，更要降低现场施工对其影响，保证恢复点长期性、稳定性、适用性，恢复点采用不小于0.5 m长、直径不小于φ20的钢筋埋设于可靠、稳定的地方，高程点与平面点共用，控制点周围采用2 m×2 m的栏杆进行防护。

3.2 无定向闭合导线测量

在进行外业观测前，需要对仪器工具进行常规性检校，并满足要求；对测量人员进行安全技术交底，明确操作方法、注意事项；对作业环境(温度、湿度、风速等)提前了解，合理安排外业作业时间[2]。采用徕卡全站仪TS60，从一个已知点出发，逆时针观测，边长观测数据取0.1 mm，角度观测数据取0.1″。

闭合导线测量技术要求见表1，观测数据见表2。

表1 闭合导线测量技术要求

表2 1号机组次级控制网点恢复观测数据

3.3 无定向闭合导线计算

无定向闭合导线计算采用“科傻地面控制测量数据处理系统”软件进行平差计算，首先进行无定向近似坐标计算，再进行精密平差。

平差坐标及精度见表3。

表3 平差坐标及其精度

3.4 精度分析

与已有次级控制网点CJ10点比较(理论值A=4 096.690 3，B=7 108.008 4)，其差值为ΔA=-1.1 mm，ΔB=1.8 mm；与业主委托的第三方测量机构测量的次级网点CJ04点比较(理论值A=3 755.430 8，B=6 907.193 8)，其差值为ΔA=0.8 mm，ΔB=-0.7 mm。

综上所述，无定向闭合导线测量精度达到工程测量规范最高等级三等导线技术与精度要求，甚至个别测量技术指标远超三等导线技术要求，基本满足三角形网二等精度要求。因此，无定向闭合导线测量满足工程测量规范要求以及核电土建、安装施工要求，满足1号机组次级控制网整体性、精确性、统一性，保证核电施工质量。

4 结论

随着测绘技术、测绘仪器的发展，测量技术方法也发生巨大的变化，投入少、工期短、效率高、技术与方法简便，去完成复杂的、高精度的测量工作是不断追求和高质量发展的目标。采用无定向闭合导线测量技术进行控制网点布设、恢复、加密、复测等在核电建设中实用性强、布点灵活、操作简单、测量精度高，该技术不仅满足了核电现场施工需要、保障了核电建设质量、降低了施工环境对控制网测量的干扰，而且也减少人员、设备投入成本，缩短施工工期，提高作业效率和社会经济效益，从而为企业保安全、强质量、降成本、稳增效提供坚实保障。