坡甲水电站大坝变形监测

坡甲水电站大坝变形监测覃富恒（广西河池水利电力勘测设计研究院广西河池547000）【摘要】介绍了变形观测基准网和监测网的布网、施测和精度情况，以及对大坝变形监测的认识和体会。【关键词】变形监测测量控制网测量精度大坝观测位移观测坡甲水电大坝0引言2005年9月，我院受广西三聚公司的委托，对坡甲水电大坝进行变形观测监测网的设计和施工，并在工程竣工后对工程大坝进行了4次水平位移和垂直位移的变形观测，取得了阶段性的大坝变形资料。1坡甲变形监控网的布置布网的总原则：首先，基准网要布设在地质条件较好的基岩上，工作基点需要点位高程较高而又靠近坝区，便于观测，校核基准点位于较远点与工作基准点组成基准网；其次，变形观测点要布设在坝体上对分析位移变化规律有代表性的部位，并满足《混凝土大坝安全监测规范》（以下简称“监测规范”）的指标要求。1.1水平位移监测网的布置1.1.1水平位移基准网的布置观测水平位移基准网由6个点组成，水平位移变形观测网由8个点组成（见图1）。图1水平位移基准点编号为I18、IV20、5#、6#、3#和4#。这些点都建于地质条件较好的基岩上，5#、6#点为工作基点，点位高程较高而又靠近坝区，I18、IV20、3#、4#为校核基准点，基准点均留置半年左右时间待点位稳定以后再进行基准网施测。基准网的I18、IV20点属电站的施工测量控制网布设点，成果可作为基准网的起算数据，坐标系统为1954年北京坐标系统。基准网的5#、6#、3#、4#点组成一个大地四边形并与起算点I18、IV20点进行连测。为了提高基准网的图形强度，将采用边角网的形式进行施测。对基准网多余观测分量和点位精度进行预期估算，得出观测值最小的多余观测分量（即可靠性因子）为0.14，最弱点的点位中误差为±1.41mm。从估算的各观测值多余观测分量来看，虽然本网因受地形条件限制，图形条件显得略为单薄，但由于采用边角同测，多余观测数较多，仍具有较强的抵御粗差能力，而且点位精度优于监测规范的要求。基准网的观测采用索佳SET210全站仪按三等三角网的测量技术要求测角和测距进行施测。气压和温度均采用测站点和觇标点的均值预置在全站仪内，气压和温度改正距离经全站仪自动改正，经两差改正和投影到测区高程面上后往返测距较差均在规范允许范围内，各项限差按《混凝土大坝安全监测规范》和《水利水电工程测量规范》执行。1.1.2水平位移监测网的布置根据监测工作的需要，在坝体顶部下游面上布置一个由8个点组成、边角同测的水平位移监测网，点的编号为TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6、TP7、TP8，（见图1），8个点分布于拱弧位置。对水平监测网进行观测值多余观测分量和点位精度的预期估算，得出观测值最小的多余观测分量（即可靠性因子）为0.15，最弱点点位中位误差为±0.92mm。对于坝体上的监测点，还应把其x、y方向的位移量中误差归算到大坝径向、切向的位移量中误差，并折算成位移量中误差，得出最大的径向位移量中误差为±0.95mm，切向位移量中误差为±0.81mm，均分别小于监测规范规定的径向位移量中误差不大于±2.0mm、切向位移量中误差不大于±1.0mm的要求。此外，监测规范中规定可靠性因子值不宜小于0.2，故水平位移监测网具有较强的抵御粗差能力。判别坝体及抗力体是否发生位移的能力与判别使用的监测手段的精度是紧密相关的；上述水平位移监测网具有较高的精度，因而能有效地监测坝体及抗力体的位移及其变化规律。1.2水平位移监测网的观测坡甲水电站2006年5月开始蓄水运行，广西水电工程局在蓄水前进行两个小测次观测，取平均值作为基准值。我院在其后进行了4次观测，每次观测水平位移监测网按三等边角网观测。测角测边采用徕卡TC302全站仪，标称精度：测角2″、测距2+2ppm，采用全圆方向观测法观测12个测回，测边观测6个测回，每测回是指照准一次读数4次，各项限差按《混凝土大坝安全监测规范》和《水利水电工程测量规范》执行。观测时使用徕卡原配棱镜，在观测中严格读取测站和镜站的干、湿温度和气压并将其和仪器常数直接置入仪器中。1.3水平位移网观测的精度评价1.3.1水平位移基准网观测的精度评价由6个点组成的水平位移基准网，平均边长301m，最长边长409m，最短边长182m。平差计算之前首先对极条件、图形条件、对角和条件，以及由观测边长反算角与直接观测角的比较条件等进行检验，各项验算通过之后，便进行平差计算。平差采用水电部水规院、天津院、新疆院合编的《水利水电工程PC-1500程序集》中的控制网严密平差程序。经平差后测网方向中误差为1.27″，最弱点的长半轴位差为±1.00mm，折成长半轴方向的位移量中误差为±1.95mm，满足《混凝土大坝安全监测规范》规定的指定方向位移量中误差不大于±2.0mm的要求。1.3.2水平位移监测网的观测精度评价由8个点组成的水平位移监测网，最长边长208m，最短边长50m，平均边长133m。此网按三等三角网的测量技术要求边角同测，我院测量采用徕卡TC302全站仪，标称精度：测角2″、测距2+2ppm，采用全圆方向观测法观测12个测回，测边观测6个测回，每测回是指照准一次读数4次。测角中误差，测边平均值中误差均在规范规定范围之内。各项精度指标见野外观测精度指标统计表：野外观测精度指标统计表半测回归零差最大值（″）同一测回2C变化最大值（″）同一方向各测回较差最大值（″）垂直角测回较差最大值（″）斜距测回较差最大值（mm）实测规范实测规范实测规范实测规范实测规范6811138.598825平差以工作基点5#、6#点为固定点，5#—6#为起算方位，边角的权配比用迭代法确定，经平差后各点的误差归算到大坝的径向、切向上，其精度满足《混凝土大坝安全监测规范》所规定的位移量中误差径向不大于±2.0mm、切向不大于±1.0mm的要求。1.4垂直位移网的布置1.4.1垂直位移基准网的布置垂直位移基准网由埋设在生活区地质稳定的BM1、BM2和BM3组成。利用I18作为起算点，按一等水准测量要求，采用Ni002自动安平水准仪进行往返观测，组成符合水准线路，分别联测到BM1、BM2和BM3上，为垂直位移监测提供可靠的基准。基准网布置见图1。1.4.2垂直位移监测网的布置垂直位移监测点均布设在水平位移观测墩的右侧下方，水准路线从工作基点BM1出发，经上坝道路后在坝体上连测垂直位移监测点，最后沿途反测回到工作基点BM3上。1.5垂直位移基准网和监测网的观测垂直位移基准网和监测网使用Ni002自动安平水准仪观测。仪器的标称精度为每公里偶然中误差±（0.2～0.3）mm。在整个水准观测过程中，坚持所走路线相同和主要作业人员相同。仪器的操作及各项限差执行《水利水电工程测量规范》。1.6首次观测精度评价1.6.1垂直位移基准网观测的精度评价一等水准环线长2.2km，用Ni002自动安平水准采用双摆位法观测。环线闭合差为0.6mm，由往返测不符值算得的每公里偶然中误差为±0.28mm，达到《水利水电工程测量规范》规定的±0.45mm／km的要求。对一等水准环线采用水电部水规院、天津院、新疆院合编的《水利水电工程PC-1500程序集》中的任意高程网严密平差程序平差，以I18为起算点，评定得工作基点BM1、BM2和BM3的高程中误差分别为±0.18mm、±0.16mm和±0.13mm。1.6.2垂直位移监测网观测的精度评价从工作基点BM1出发，水准路线经上坝道路后在坝体上连测垂直位移监测点，最后沿途反测回到工作基点BM3上。平差以BM1和BM3为起算点，采用水电部水规院、天津院、新疆院合编的《水利水电工程PC-1500程序集》中的任意高程网严密平差程序平差。得出坝体内垂直位移监测点4次观测的最弱点相对于工作基点的高程中误差分别为±0.76mm、±0.53mm、±0.85mm和±0.61mm，满足《混凝土大坝安全监测规范》所规定的位移量中误差不大于±1.0mm的要求。2几点认识和体会（1）大坝前期得到的基准值为施工单位测定，在以后每次测定的成果都与之相比较，这个差值就是位移量，位移量的变化反映大坝的变形，由于施工单位不一定把基准值测得很精确，所以可能会使得出的位移量显得大一些，但位移量的变化和变化的规律才是最重要的，基准值的精度对研究大坝变形规律影响不大；（2）进行大坝的位移监测时，最好是主要作业人员相同、使用仪器设备相同及所走路线相同，这样就会因有更多共性而更有可比性；（3）坝体水平及垂直位移监测点的布置最好由测量专业人员与水工专业人员共同完成，因为水工人员对垂直位移监测点的观测方案往往考虑不周，而测量人员对布点代表性考虑得也不一定全面。若单由一方来布置坝内垂直位移监测点，则可能存在缺陷。（4）判别大坝位移及其变化规律的能力与位移监测网的观测精度有关。因此通过多次测量得出的成果能够将大坝施工期位移的真实动态正确地反映出来。