水電站平面控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性分析及位移修正

沈靜，付青萍

（1.國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州310014；2.江西柘林水電開發(fā)有限責(zé)任公司，江西九江332000）

1 工程概況

某電站是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖等綜合效益的大（1）型水利水電工程。水庫(kù)總庫(kù)容79.2億m3，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。工程由主壩、Ⅰ～Ⅲ副壩、第一溢洪道、第二溢洪道、泄空洞、發(fā)電引水系統(tǒng)和廠房、灌溉取水及通航建筑物等組成。主壩等主要擋水建筑物為1級(jí)建筑物。

主壩為粘土及混凝土防滲心墻土石壩，防浪墻頂高程為75.2 m，最大壩高63.5 m，壩頂長(zhǎng)度590.75 m。Ⅰ副壩為均質(zhì)土壩，Ⅱ副壩為粘土心墻壩，Ⅲ副壩為粘土及混凝土防滲心墻均質(zhì)土壩。第一溢洪道位于主壩右岸，為3孔陡槽式溢洪道；第二溢洪道位于Ⅰ副壩左端，為7孔開敞式溢洪道。發(fā)電進(jìn)水閘和接頭混凝土重力壩緊靠主壩左端。

2 平面變形測(cè)量布置

2.1 平面控制網(wǎng)

2002年利用擴(kuò)建工程監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的部分控制點(diǎn)作基準(zhǔn)點(diǎn)，重建主壩區(qū)變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)。

重建的平面控制網(wǎng)由13個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)組成，網(wǎng)點(diǎn)編號(hào)分別為L(zhǎng)1-1、3-2、3-3、3-7、3-10、SA1-2、2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7。平面控制網(wǎng)測(cè)區(qū)南北長(zhǎng)約1500 m，東西寬約600 m，平面布置見圖1。平面控制網(wǎng)主要對(duì)主壩水平位移、擴(kuò)建工程的邊坡變形、F7斷層水平位移、溢洪道水平位移的工作基點(diǎn)進(jìn)行校測(cè)。平面控制網(wǎng)建成后在2003年首次觀測(cè)，2004年、2005年、2008年進(jìn)行了復(fù)測(cè)。

圖1 平面控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)布置圖Fig.1 Distribution of the dots in plane control network

2.2 水平位移測(cè)點(diǎn)

大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及的工程部位主要有：主壩、Ⅰ副壩、Ⅲ副壩、第一溢洪道、第二溢洪道、F7斷層、進(jìn)水閘、“80山包”、廠區(qū)邊坡和B廠引渠與進(jìn)水口邊坡、B廠引水發(fā)電系統(tǒng)等。

主壩水平位移監(jiān)測(cè)共有8條測(cè)線，共33個(gè)測(cè)點(diǎn)。進(jìn)水閘重力壩壩頂及進(jìn)水閘下游防浪墻頂布設(shè)的水平位移測(cè)點(diǎn)分別為5個(gè)、2個(gè)。

擴(kuò)建工程B廠的廠房后坡、“80山包”、引渠及進(jìn)水口部位布置有39個(gè)、第一溢洪道閘墩頂部布置有8個(gè)、F7斷層所在的山坡上布置有7個(gè)、Ⅰ副壩布置有19個(gè)、第二溢洪道布置有14個(gè)、Ⅲ副壩布置有9個(gè)水平位移變形測(cè)點(diǎn)。

2.3 觀測(cè)方法

平面控制網(wǎng)和水平位移觀測(cè)均采用徠卡TCA2003全站儀。

平面控制網(wǎng)按全邊角網(wǎng)一等進(jìn)行觀測(cè)，水平角觀測(cè)采用全圓觀測(cè)法測(cè)12測(cè)回。

水平位移以控制網(wǎng)點(diǎn)為工作基點(diǎn)，采用邊角交會(huì)法、極坐標(biāo)法觀測(cè)。

3 平面控制網(wǎng)分析

2003年首次觀測(cè)后，2004年、2005年、2008年對(duì)平面控制網(wǎng)進(jìn)行了三次復(fù)測(cè)，對(duì)比四次測(cè)量中的邊長(zhǎng)，成果見表1。從表中可以看到，2004年和2005年的大部分邊長(zhǎng)比2003年的長(zhǎng)，且數(shù)值較大，表明和2003年相比，相當(dāng)于整個(gè)網(wǎng)形有了一定的放大。其中2004年和2005年兩年所用的邊長(zhǎng)改正常數(shù)是取自同一份檢定結(jié)果，2003年和2008年兩年所用的邊長(zhǎng)改正常數(shù)是各取獨(dú)立的檢定結(jié)果，目前已無(wú)法考證當(dāng)時(shí)儀器常數(shù)的正確性。但從2008年的邊長(zhǎng)觀測(cè)值來看，與2003年相近，其差值有大有小，大部分是誤差所至，因此有理由懷疑2004年和2005年兩年的邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)誤差。

2004年和2005年的平差結(jié)果表明，各點(diǎn)的位移和距離起始點(diǎn)的遠(yuǎn)近有關(guān)，離起始點(diǎn)L1-1較遠(yuǎn)的一些點(diǎn)，位移達(dá)到20 mm，明顯是由于邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)誤差而使網(wǎng)形放大造成的。

由以上分析，對(duì)2003年和2008年兩期觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算，計(jì)算表明2-3、2-4、2-6、2-7、3-7、SA1-2能夠確認(rèn)是穩(wěn)定點(diǎn)，另外，除2-5相對(duì)有少許變動(dòng)外，其余各點(diǎn)均不能排除不穩(wěn)定的可能，也無(wú)法確認(rèn)是穩(wěn)定點(diǎn)。利用穩(wěn)定點(diǎn)對(duì)2008年觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，結(jié)果表明2-5的位移小于4 mm。

4 水平位移觀測(cè)修正

表1 平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)邊長(zhǎng)成果比較Table 1:Side length in remeasurement by plane network

主壩壩體、擴(kuò)建工程、F7斷層、第一溢洪道采用邊角交會(huì)法及極坐標(biāo)法進(jìn)行觀測(cè)的水平位移從2003年開始施測(cè)至今。2004～2007年的水平位移存在不同程度的突變，不符合各建筑物的位移變化規(guī)律。其原因是平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)后采用了新的成果，另外，對(duì)邊長(zhǎng)改正采用的常數(shù)為2004年檢定結(jié)果，邊長(zhǎng)改正常數(shù)的異常影響到了最終的位移結(jié)果。

2008年的復(fù)測(cè)表明，大多數(shù)控制網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定或位移較小，因此對(duì)2003年以后所有采用交會(huì)法得到的水平位移觀測(cè)成果利用2003年平差得到的基準(zhǔn)點(diǎn)成果重新計(jì)算。

測(cè)點(diǎn)本身采用邊角交會(huì)法或極坐標(biāo)法觀測(cè)，所以也存在著邊長(zhǎng)放大的系統(tǒng)誤差，因此對(duì)邊長(zhǎng)常數(shù)也進(jìn)行了修正，重新進(jìn)行邊長(zhǎng)計(jì)算。

修正前、后的典型測(cè)點(diǎn)測(cè)值過程線見圖2、圖3。

對(duì)比修正前、后的測(cè)值過程線可見：修正前測(cè)值過程線不平順，呈現(xiàn)船形，且2004～2007年間測(cè)值明顯存在異常突變。修正后，典型測(cè)值過程線整體平順，無(wú)異常突變，與土壩運(yùn)行多年來的變形規(guī)律較符合。

圖2 典型測(cè)點(diǎn)未修正過程線Fig.2 Graph without correction of typical monitoring points

圖3 典型測(cè)點(diǎn)修正后過程線Fig.3 Corrected graph of typical monitoring points

5 邊角交會(huì)的精度分析

邊角交會(huì)可以看作是從兩個(gè)工作基點(diǎn)分別進(jìn)行極坐標(biāo)法觀測(cè)，用極坐標(biāo)法分別計(jì)算位移點(diǎn)的坐標(biāo)，再計(jì)算兩套坐標(biāo)的差，坐標(biāo)差中一部分是觀測(cè)誤差引起的，還有一部分是兩工作基點(diǎn)坐標(biāo)的相對(duì)誤差引起的。

用各期每一位移點(diǎn)觀測(cè)的兩條觀測(cè)邊長(zhǎng)和兩個(gè)觀測(cè)角之和通過余弦公式計(jì)算工作基點(diǎn)間的邊長(zhǎng)，再用工作基點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算基點(diǎn)間的邊長(zhǎng)，兩者的差也可以衡量觀測(cè)精度。同樣,差中一部分是觀測(cè)誤差引起的，還有一部分是兩工作基點(diǎn)坐標(biāo)的相對(duì)誤差引起的。

坐標(biāo)差和基線差較大，但差值變化不大時(shí)，可能是工作基點(diǎn)已發(fā)生變化，需及時(shí)進(jìn)行校核或復(fù)測(cè)。當(dāng)坐標(biāo)差和基線差有小有大時(shí)，說明差值異常的那組邊角交會(huì)觀測(cè)值有粗差存在，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行重測(cè)。

2-5和2-1組成的工作基點(diǎn)組對(duì)12個(gè)點(diǎn)進(jìn)行邊角交會(huì)，統(tǒng)計(jì)了從2003年1月15日～2008年10月3日該組交會(huì)的25期成果，共297個(gè)單點(diǎn)次閉合差，繪制了兩個(gè)坐標(biāo)差和基線差的分布圖，見圖4。

從分布圖中可以看到，差值分布寬度較大，觀測(cè)精度還有待提高；差值的均值在0附近，說明工作基點(diǎn)間的關(guān)系較好。

圖4 2-5和2-1工作基點(diǎn)組邊角交會(huì)法坐標(biāo)差及基線差分布圖Fig.4 Distribution of coordinate difference and baseline differ?ence in linear-angular intersection of the 2-5 and 2-1 work?ing basing points set

6 結(jié)語(yǔ)

（1）從多個(gè)水電站的控制網(wǎng)復(fù)測(cè)情況來看，目前檢定得到的邊長(zhǎng)改正數(shù)常有錯(cuò)誤，因此建議在檢定前后均在控制網(wǎng)上測(cè)一條邊，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)常數(shù)的異常。

（2）控制網(wǎng)復(fù)測(cè)后，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定分析，不要急于采用新的工作基點(diǎn)坐標(biāo)。

（3）邊角交會(huì)應(yīng)計(jì)算閉合差，及時(shí)發(fā)現(xiàn)觀測(cè)值中含有的粗差和工作基點(diǎn)間的變動(dòng)?！?/p>