關(guān)門巖水電站壩頂監(jiān)測系統(tǒng)改造方案探討

陳闖

（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

關(guān)門巖水電站工程是以發(fā)電為主、兼顧通航旅游等綜合利用的水電工程，水庫庫容2541萬m3，樞紐主要建筑物有：攔河壩、電站廠房、升船機(jī)等建筑物。攔河壩壩軸線為直線布置，由泄流閘、排漂閘、右岸非溢流壩、左岸非溢流壩、左岸土石壩等建筑物組成，壩頂總長344.59m，壩高30.92m。關(guān)門巖水電站庫水位漲幅較快，氣溫變化也較大，實(shí)時(shí)監(jiān)控壩頂?shù)膶?shí)際位移情況是保證大壩安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件。目前，關(guān)門巖水電站壩頂監(jiān)測項(xiàng)目存在較大缺陷，不能及時(shí)有效地監(jiān)控壩頂位移變化，對壩頂監(jiān)測系統(tǒng)的改造已經(jīng)十分必要。

1 壩頂監(jiān)測系統(tǒng)布置情況

為了掌握壩頂?shù)奈灰谱兓闆r，在壩頂布置了視準(zhǔn)線、垂直位移觀測兩個(gè)觀測項(xiàng)目。壩頂水平位移采用視準(zhǔn)線法測量。視準(zhǔn)線用以觀測壩頂上、下游方向的水平位移，布置在壩頂上游側(cè)，兩岸壩肩所建的兩個(gè)工作基點(diǎn)為端點(diǎn)觀測墩，工作基點(diǎn)兩端各建有一個(gè)校核基點(diǎn)。每個(gè)壩段布置1個(gè)觀測墩，監(jiān)測各壩段壩頂上下游方向的水平位移。視準(zhǔn)線布置如圖1所示。壩頂垂直方向的位移通過對設(shè)在壩頂?shù)某料萦^測點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測量而取得。大多數(shù)沉陷觀測點(diǎn)布置于視準(zhǔn)線觀測墩旁，其布置如圖2所示。

圖1 壩頂視準(zhǔn)線示意圖

圖2 壩頂垂直位移監(jiān)測水準(zhǔn)路線圖

2 目前壩頂監(jiān)測系統(tǒng)的主要缺陷

2.1 壩頂水平位移

（1）大壩位于高山與丘陵交接地區(qū)，壩頂視準(zhǔn)線測點(diǎn)裝置裸露于外部，受外界風(fēng)沙、雨雪天氣等外部環(huán)境因素影響，強(qiáng)制對中裝置均已嚴(yán)重銹蝕，已經(jīng)不能正常安裝觀測覘牌，且部分觀測墩已經(jīng)損毀。

（2）壩頂視準(zhǔn)線右岸工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)均建在大壩施工引起的滑坡區(qū)域，從現(xiàn)場觀察及測量數(shù)據(jù)顯示，右岸工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)均不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致無法建立一條穩(wěn)定的基線。

（3）視準(zhǔn)線的兩端點(diǎn)距離有481m，距離較長，采用固定端點(diǎn)設(shè)站方法觀測，大氣折光和人為誤差影響較大，觀測精度相對較低。

2.2 壩頂垂直位移

壩頂垂直位移采用一等水準(zhǔn)測量，水準(zhǔn)路線是由左岸工作基點(diǎn)AS起測，依次經(jīng)過各監(jiān)測點(diǎn)再閉合到AS。垂直位移監(jiān)測系統(tǒng)的主要缺陷是沒有埋設(shè)穩(wěn)定的水準(zhǔn)基點(diǎn)，無法校核工作基點(diǎn)AS的穩(wěn)定性。

3 壩頂監(jiān)測系統(tǒng)的改造方案

3.1 壩頂水平位移的改造

針對壩頂視準(zhǔn)線監(jiān)測系統(tǒng)存在的實(shí)際問題及現(xiàn)場情況，考慮以下三種方案：

方案1:重建損毀的監(jiān)測點(diǎn)觀測墩，更換銹蝕嚴(yán)重的強(qiáng)制對中裝置；重建右岸工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)；視準(zhǔn)線觀測方法由固定端點(diǎn)設(shè)站法改為逐點(diǎn)設(shè)站法觀測。

方案2:重建損毀的監(jiān)測點(diǎn)觀測墩，更換銹蝕嚴(yán)重的強(qiáng)制對中裝置；加固右岸工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)；建立一個(gè)小型的高精度邊角網(wǎng)，用于觀測兩岸工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)的位移量；視準(zhǔn)線觀測方法由固定端點(diǎn)設(shè)站法改為逐點(diǎn)設(shè)站法觀測。

方案3:重建整個(gè)視準(zhǔn)線觀測系統(tǒng)；視準(zhǔn)線觀測方法采用中點(diǎn)設(shè)站法。

通過對現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件的分析，并綜合考慮到觀測精度，經(jīng)濟(jì)性以及前后監(jiān)測數(shù)據(jù)的延續(xù)等方面，建議選擇方案2作為關(guān)門巖水電站壩頂視準(zhǔn)線觀測系統(tǒng)的改造方案。

3.2 壩頂垂直位移的改造

在水庫壓力區(qū)外埋設(shè)一組基巖水準(zhǔn)基點(diǎn)，并周期性測量該基點(diǎn)到大壩垂直位移工作基點(diǎn)的高差，用于檢測工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。

4 改造后壩頂監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行效果預(yù)測

國內(nèi)同行的研究表明，相比固定端點(diǎn)設(shè)站觀測法，對于300m以上的長壩，逐點(diǎn)設(shè)站觀測法能很明顯的提高觀測精度。

逐點(diǎn)設(shè)站觀測法如圖3所示。

圖3 逐點(diǎn)設(shè)站觀測法

如將大壩分為四段 (各段長度最好相等)，A、B為固定工作基點(diǎn)，1、2、3等為非固定工作基點(diǎn)。現(xiàn)將儀器安置于1號(hào)點(diǎn)，后視A點(diǎn)，倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡前視2號(hào)點(diǎn)，可得：

式中l(wèi)1與l2分別為1號(hào)和2號(hào)點(diǎn)的偏離值，l"2由活動(dòng)覘牌讀得。1號(hào)點(diǎn)觀測完畢，儀器搬至2號(hào)點(diǎn)，后視1號(hào)點(diǎn)，前視3號(hào)點(diǎn)，得：

根據(jù)式（1）、（2）、（3）聯(lián)立求解可得：

式中l(wèi)3為3號(hào)點(diǎn)偏離值，l"B為B點(diǎn)至視線的垂距，由活動(dòng)覘牌N測回讀數(shù)算得。式（4）～（6）適用于圖4情況，若1、2、3點(diǎn)的點(diǎn)位不同，計(jì)算式應(yīng)另行推導(dǎo)。

逐點(diǎn)設(shè)站法前、后視距離相等，而且均為最短，可以有效地消除調(diào)焦誤差，消除大氣折光的影響，提高照準(zhǔn)精度，因而是解決本項(xiàng)目觀測困難的方法之一。但此法計(jì)算較為麻煩，而且觀測誤差容易積累，因此觀測時(shí)應(yīng)加倍小心。

本項(xiàng)目建議采取的改造措施有：對視準(zhǔn)線右岸工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)進(jìn)行加固處理；對監(jiān)測點(diǎn)銹蝕嚴(yán)重的強(qiáng)制對中裝置進(jìn)行更換；改變觀測方法；通過邊角網(wǎng)的觀測得到工作基點(diǎn)的位移量，并用此位移量修正監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際水平位移；周期性觀測基巖水準(zhǔn)點(diǎn)到工作基點(diǎn)的高差，以檢測水準(zhǔn)工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。我們預(yù)測通過這些措施的采用，能保證關(guān)門巖水電站壩頂觀測系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

5 結(jié) 語

準(zhǔn)確掌握關(guān)門巖水電站壩頂位移變化情況，對保證大壩安全具有十分重要的意義。由于目前該系統(tǒng)存在的諸多缺陷，必須對壩頂視準(zhǔn)線觀測系統(tǒng)和垂直位移觀測系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文探討了幾種改造方案，經(jīng)過比較，選擇一種最優(yōu)方案，并預(yù)測經(jīng)過改造后，該系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測壩頂位移變化情況。

[1]李青岳.工程測量學(xué)[M].北京：測繪出版社，1984.

[2]杜治國，DUZhi-guo.大壩水平位移視準(zhǔn)線觀測方法及精度分析[J].大壩與安全，2006，（5）：25.