覃富恒
（廣西河池水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院 廣西河池 547000）
【摘 要】 介紹了變形觀測基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測網(wǎng)的布網(wǎng)、施測和精度情況，以及對大壩變形監(jiān)測的認(rèn)識和體會。
【關(guān)鍵詞】 變形監(jiān)測 測量控制網(wǎng) 測量精度 大壩觀測 位移觀測 坡甲水電大壩
0 引言
2005年9月，我院受廣西三聚公司的委托，對坡甲水電大壩進(jìn)行變形觀測監(jiān)測網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施工，并在工程竣工后對工程大壩進(jìn)行了4次水平位移和垂直位移的變形觀測，取得了階段性的大壩變形資料。
1 坡甲變形監(jiān)控網(wǎng)的布置
布網(wǎng)的總原則：首先，基準(zhǔn)網(wǎng)要布設(shè)在地質(zhì)條件較好的基巖上，工作基點(diǎn)需要點(diǎn)位高程較高而又靠近壩區(qū)，便于觀測，校核基準(zhǔn)點(diǎn)位于較遠(yuǎn)點(diǎn)與工作基準(zhǔn)點(diǎn)組成基準(zhǔn)網(wǎng)；其次，變形觀測點(diǎn)要布設(shè)在壩體上對分析位移變化規(guī)律有代表性的部位，并滿足《混凝土大壩安全監(jiān)測規(guī)范》（以下簡稱“監(jiān)測規(guī)范”）的指標(biāo)要求。
1.1 水平位移監(jiān)測網(wǎng)的布置
1.1.1 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)的布置觀測
水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)由6個點(diǎn)組成，水平位移變形觀測網(wǎng)由8個點(diǎn)組成（見圖1）。
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圖1
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水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)編號為I18、IV20、5#、6#、3#和4#。這些點(diǎn)都建于地質(zhì)條件較好的基巖上，5#、6#點(diǎn)為工作基點(diǎn)，點(diǎn)位高程較高而又靠近壩區(qū)，I18、IV20、3#、4#為校核基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)均留置半年左右時間待點(diǎn)位穩(wěn)定以后再進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)施測。基準(zhǔn)網(wǎng)的I18、IV20點(diǎn)屬電站的施工測量控制網(wǎng)布設(shè)點(diǎn)，成果可作為基準(zhǔn)網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，坐標(biāo)系統(tǒng)為1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)。基準(zhǔn)網(wǎng)的5#、6#、3#、4#點(diǎn)組成一個大地四邊形并與起算點(diǎn)I18、IV20點(diǎn)進(jìn)行連測。為了提高基準(zhǔn)網(wǎng)的圖形強(qiáng)度，將采用邊角網(wǎng)的形式進(jìn)行施測。對基準(zhǔn)網(wǎng)多余觀測分量和點(diǎn)位精度進(jìn)行預(yù)期估算，得出觀測值最小的多余觀測分量（即可靠性因子）為0.14，最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為±1.41mm。從估算的各觀測值多余觀測分量來看，雖然本網(wǎng)因受地形條件限制，圖形條件顯得略為單薄，但由于采用邊角同測，多余觀測數(shù)較多，仍具有較強(qiáng)的抵御粗差能力，而且點(diǎn)位精度優(yōu)于監(jiān)測規(guī)范的要求。基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測采用索佳SET210全站儀按三等三角網(wǎng)的測量技術(shù)要求測角和測距進(jìn)行施測。氣壓和溫度均采用測站點(diǎn)和覘標(biāo)點(diǎn)的均值預(yù)置在全站儀內(nèi)，氣壓和溫度改正距離經(jīng)全站儀自動改正，經(jīng)兩差改正和投影到測區(qū)高程面上后往返測距較差均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，各項(xiàng)限差按《混凝土大壩安全監(jiān)測規(guī)范》和《水利水電工程測量規(guī)范》執(zhí)行。
1.1.2 水平位移監(jiān)測網(wǎng)的布置
根據(jù)監(jiān)測工作的需要，在壩體頂部下游面上布置一個由8個點(diǎn)組成、邊角同測的水平位移監(jiān)測網(wǎng)，點(diǎn)的編號為TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6、TP7、TP8，（見圖1），8個點(diǎn)分布于拱弧位置。對水平監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行觀測值多余觀測分量和點(diǎn)位精度的預(yù)期估算，得出觀測值最小的多余觀測分量（即可靠性因子）為0.15，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中位誤差為±0.92mm。對于壩體上的監(jiān)測點(diǎn)，還應(yīng)把其x、y方向的位移量中誤差歸算到大壩徑向、切向的位移量中誤差，并折算成位移量中誤差，得出最大的徑向位移量中誤差為±0.95mm，切向位移量中誤差為±0.81mm，均分別小于監(jiān)測規(guī)范規(guī)定的徑向位移量中誤差不大于±2.0mm、切向位移量中誤差不大于±1.0mm的要求。此外，監(jiān)測規(guī)范中規(guī)定可靠性因子值不宜小于0.2，故水平位移監(jiān)測網(wǎng)具有較強(qiáng)的抵御粗差能力。判別壩體及抗力體是否發(fā)生位移的能力與判別使用的監(jiān)測手段的精度是緊密相關(guān)的；上述水平位移監(jiān)測網(wǎng)具有較高的精度，因而能有效地監(jiān)測壩體及抗力體的位移及其變化規(guī)律。
1.2 水平位移監(jiān)測網(wǎng)的觀測
坡甲水電站2006年5月開始蓄水運(yùn)行，廣西水電工程局在蓄水前進(jìn)行兩個小測次觀測，取平均值作為基準(zhǔn)值。我院在其后進(jìn)行了4次觀測，每次觀測水平位移監(jiān)測網(wǎng)按三等邊角網(wǎng)觀測。測角測邊采用徠卡TC302全站儀，標(biāo)稱精度：測角2″、測距2+2ppm，采用全圓方向觀測法觀測12個測回，測邊觀測6個測回，每測回是指照準(zhǔn)一次讀數(shù)4次，各項(xiàng)限差按《混凝土大壩安全監(jiān)測規(guī)范》和《水利水電工程測量規(guī)范》執(zhí)行。觀測時使用徠卡原配棱鏡，在觀測中嚴(yán)格讀取測站和鏡站的干、濕溫度和氣壓并將其和儀器常數(shù)直接置入儀器中。
1.3 水平位移網(wǎng)觀測的精度評價
1.3.1 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)觀測的精度評價
由6個點(diǎn)組成的水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)，平均邊長301m，最長邊長409m，最短邊長182m。平差計(jì)算之前首先對極條件、圖形條件、對角和條件，以及由觀測邊長反算角與直接觀測角的比較條件等進(jìn)行檢驗(yàn)，各項(xiàng)驗(yàn)算通過之后，便進(jìn)行平差計(jì)算。平差采用水電部水規(guī)院、天津院、新疆院合編的《水利水電工程PC-1500程序集》中的控制網(wǎng)嚴(yán)密平差程序。經(jīng)平差后測網(wǎng)方向中誤差為1.27″，最弱點(diǎn)的長半軸位差為±1.00mm，折成長半軸方向的位移量中誤差為±1.95mm，滿足《混凝土大壩安全監(jiān)測規(guī)范》規(guī)定的指定方向位移量中誤差不大于±2.0mm的要求。
1.3.2 水平位移監(jiān)測網(wǎng)的觀測精度評價
由8個點(diǎn)組成的水平位移監(jiān)測網(wǎng)，最長邊長208m，最短邊長50m，平均邊長133m。此網(wǎng)按三等三角網(wǎng)的測量技術(shù)要求邊角同測，我院測量采用徠卡TC302全站儀，標(biāo)稱精度：測角2″、測距2+2ppm，采用全圓方向觀測法觀測12個測回，測邊觀測6個測回，每測回是指照準(zhǔn)一次讀數(shù)4次。測角中誤差，測邊平均值中誤差均在規(guī)范規(guī)定范圍之內(nèi)。各項(xiàng)精度指標(biāo)見野外觀測精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表：
野外觀測精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表
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半測回歸零差最大值（″） |
同一測回2C變化最大值（″） |
同一方向各測回較差最大值（″） |
垂直角測回較差最大值（″） |
斜距測回較差最大值（mm） |
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實(shí)測 |
規(guī)范 |
實(shí)測 |
規(guī)范 |
實(shí)測 |
規(guī)范 |
實(shí)測 |
規(guī)范 |
實(shí)測 |
規(guī)范 |
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6 |
8 |
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8.5 |
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8 |
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平差以工作基點(diǎn)5#、6#點(diǎn)為固定點(diǎn)，5#—6#為起算方位，邊角的權(quán)配比用迭代法確定，經(jīng)平差后各點(diǎn)的誤差歸算到大壩的徑向、切向上，其精度滿足《混凝土大壩安全監(jiān)測規(guī)范》所規(guī)定的位移量中誤差徑向不大于±2.0mm、切向不大于±1.0mm的要求。
1.4 垂直位移網(wǎng)的布置
1.4.1 垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)的布置
垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)由埋設(shè)在生活區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定的BM1、BM2和BM3組成。利用I18作為起算點(diǎn)，按一等水準(zhǔn)測量要求，采用 Ni002自動安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返觀測，組成符合水準(zhǔn)線路，分別聯(lián)測到BM1、BM2和BM3上，為垂直位移監(jiān)測提供可靠的基準(zhǔn)。基準(zhǔn)網(wǎng)布置見圖1。
1.4.2 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的布置
垂直位移監(jiān)測點(diǎn)均布設(shè)在水平位移觀測墩的右側(cè)下方，水準(zhǔn)路線從工作基點(diǎn)BM1出發(fā)，經(jīng)上壩道路后在壩體上連測垂直位移監(jiān)測點(diǎn)，最后沿途反測回到工作基點(diǎn)BM3上。
1.5 垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測網(wǎng)的觀測垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測網(wǎng)使用Ni002自動安平水準(zhǔn)儀觀測。
儀器的標(biāo)稱精度為每公里偶然中誤差±（0.2～0.3）mm。在整個水準(zhǔn)觀測過程中，堅(jiān)持所走路線相同和主要作業(yè)人員相同。儀器的操作及各項(xiàng)限差執(zhí)行《水利水電工程測量規(guī)范》。
1.6 首次觀測精度評價
1.6.1 垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)觀測的精度評價
一等水準(zhǔn)環(huán)線長2.2km，用Ni002自動安平水準(zhǔn)采用雙擺位法觀測。環(huán)線閉合差為0.6mm，由往返測不符值算得的每公里偶然中誤差為±0.28mm，達(dá)到《水利水電工程測量規(guī)范》規(guī)定的±0.45mm／km的要求。對一等水準(zhǔn)環(huán)線采用水電部水規(guī)院、天津院、新疆院合編的《水利水電工程PC-1500程序集》中的任意高程網(wǎng)嚴(yán)密平差程序平差，以I18為起算點(diǎn)，評定得工作基點(diǎn)BM1、BM2和BM3的高程中誤差分別為±0.18mm、±0.16mm和±0.13mm。
1.6.2 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)觀測的精度評價
從工作基點(diǎn)BM1出發(fā)，水準(zhǔn)路線經(jīng)上壩道路后在壩體上連測垂直位移監(jiān)測點(diǎn)，最后沿途反測回到工作基點(diǎn)BM3上。平差以BM1和BM3為起算點(diǎn)，采用水電部水規(guī)院、天津院、新疆院合編的《水利水電工程PC-1500程序集》中的任意高程網(wǎng)嚴(yán)密平差程序平差。得出壩體內(nèi)垂直位移監(jiān)測點(diǎn)4次觀測的最弱點(diǎn)相對于工作基點(diǎn)的高程中誤差分別為±0.76mm、±0.53mm、±0.85mm和±0.61mm，滿足《混凝土大壩安全監(jiān)測規(guī)范》所規(guī)定的位移量中誤差不大于±1.0mm的要求。
2 幾點(diǎn)認(rèn)識和體會
（1）大壩前期得到的基準(zhǔn)值為施工單位測定，在以后每次測定的成果都與之相比較，這個差值就是位移量，位移量的變化反映大壩的變形，由于施工單位不一定把基準(zhǔn)值測得很精確，所以可能會使得出的位移量顯得大一些，但位移量的變化和變化的規(guī)律才是最重要的，基準(zhǔn)值的精度對研究大壩變形規(guī)律影響不大；
（2）進(jìn)行大壩的位移監(jiān)測時，最好是主要作業(yè)人員相同、使用儀器設(shè)備相同及所走路線相同，這樣就會因有更多共性而更有可比性；
（3）壩體水平及垂直位移監(jiān)測點(diǎn)的布置最好由測量專業(yè)人員與水工專業(yè)人員共同完成，因?yàn)樗と藛T對垂直位移監(jiān)測點(diǎn)的觀測方案往往考慮不周，而測量人員對布點(diǎn)代表性考慮得也不一定全面。若單由一方來布置壩內(nèi)垂直位移監(jiān)測點(diǎn)，則可能存在缺陷。
（4）判別大壩位移及其變化規(guī)律的能力與位移監(jiān)測網(wǎng)的觀測精度有關(guān)。因此通過多次測量得出的成果能夠?qū)⒋髩问┕て谖灰频恼鎸?shí)動態(tài)正確地反映出來。
【參考文獻(xiàn)】
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