某水電站平面變形控制網(wǎng)穩(wěn)定性評價(jià)

張偉狄　楊磊

摘 要：針對某水電站平面控制網(wǎng)第9次復(fù)測成果反映出的網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)“位移”的情況，通過對平面控制網(wǎng)復(fù)測成果中測邊距的對比分析、網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性的分析以及前方交會法與垂線測值的對比分析，得出測邊距引入的系統(tǒng)誤差造成個別網(wǎng)點(diǎn)“假動”的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：平面控制網(wǎng)；穩(wěn)定性分析；對比分析

中圖分類號：TV74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170815001

1 工程概況

某水電站位于浙江省云和縣甌江上游大溪支流龍泉溪上，距麗水市66km。電站以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、放木（竹）及防洪等綜合效益。壩址以上流域面積為 2761km2，水庫正常蓄水位184.00m，校核洪水位192.70m，總庫容13.93億m3，屬不完全年調(diào)節(jié)水庫。壩后式廠房內(nèi)設(shè)6臺發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量300MW。緊水灘水電站屬一等工程，樞紐主要建筑物有攔河壩、溢洪淺孔和中孔、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、過壩設(shè)施等。

攔河壩為混凝土三心雙曲變厚拱壩，最大壩高102m，壩頂高程194.00m，壩頂弧長350.60m，壩頂寬5m，拱冠粱斷面最大底寬24.60m，厚高比0.24。壩體分20個壩段，河床中部8～13#壩段為引水管壩段，溢洪中孔布設(shè)在6#和14#壩段，溢洪淺孔布設(shè)在5#和15#壩段，7#壩段壩后設(shè)有電梯塔。壩區(qū)位于峽谷段，河床寬度約100m，河谷寬高比3.06，岸坡40～60°，兩岸地形對稱。壩址基巖為花崗斑巖，巖層完整，巖性均一、堅(jiān)硬，風(fēng)化較淺。壩址區(qū)未發(fā)現(xiàn)重大地質(zhì)構(gòu)造，水文地質(zhì)條件簡單。

2 平面變形測量布置

2.1 平面控制網(wǎng)

平面變形監(jiān)測控制網(wǎng)（簡稱平面控制網(wǎng)）是大壩水平位移監(jiān)測的基準(zhǔn)網(wǎng)，前7期控制網(wǎng)復(fù)測時均由B0、A0、B1、B2、B4、拱9、拱10、拱11共8個點(diǎn)組成，其中B4、拱9、拱10、拱11為工作基點(diǎn)，布置情況見圖1（左）。2005年第8期開始，取消了拱10、拱11 2點(diǎn)，網(wǎng)形由原來的8個點(diǎn)變?yōu)閳D1（右）的6個點(diǎn)形式，改變后控制網(wǎng)仍為邊角網(wǎng)，共30個方向，15條邊，最大邊長約1.06km，最短邊長約0.26km，平均邊長0.6km，網(wǎng)點(diǎn)平均高程約200m。

網(wǎng)點(diǎn)均澆筑了鋼筋混凝土觀測墩，采用強(qiáng)制對中裝置。拱9、拱10、拱11為原有施工控制網(wǎng)點(diǎn)，建在出露的基巖上，采用水電十二局自制的強(qiáng)制對中底盤，1993年換成和其它網(wǎng)點(diǎn)相一致的飛翔儀器廠生產(chǎn)的強(qiáng)制對中底盤，提高了對中精度。B0、B1、B2、A0、B4為86年初所建的觀測墩。

2.2 水平位移測點(diǎn)

2.2.1 前方交會法

1993年工程竣工時共布設(shè)9個前方交會水平位移觀測墩，位于3#、4#、7#、9#、10#、11#、12#、13#、15#壩段的壩頂。1997年5月開始，減少了前方交會觀測點(diǎn)數(shù)量，現(xiàn)觀測的有AL4、AL7、AL9、AL13、AL15共5個測點(diǎn)，以拱9和B4作為工作基點(diǎn)，按全圓方向觀測法進(jìn)行觀測。

各點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)方向及正負(fù)號規(guī)定為：X沿上下游方向，以向上游方向?yàn)檎籝沿左右岸方向，以向左岸方向?yàn)檎?/p>

2.2.2 正、倒垂線

緊水灘拱壩共布置正倒垂線5組、21個測點(diǎn)。正垂線從壩頂194m高程經(jīng)壩體內(nèi)預(yù)埋的Φ300mm的垂線管向下懸掛。4#壩段和17#壩段的垂線懸掛到153m經(jīng)向廊道，長42m，在153m和177m高程各設(shè)有測站（測點(diǎn)）。7#、11#和13#壩段的垂線長75m，懸掛到120m廊道，在120m、150m 和177m 高程各設(shè)有測站。正垂線測站共13處（即13 個測點(diǎn)）。倒垂線下端錨固在深入基巖30m（7#、11#和13#壩段）和40m（3#和17#壩段）的倒垂孔（護(hù)管直徑為200mm）底部。上端高程和正垂線相銜接。兩壩肩的垂線僅在上部153m 處設(shè)有測站，中間3條垂線分別在120m和100m（或105m）處設(shè)有測站。倒垂線長55～65m，測站共8處。

正、倒垂線均采用直徑1mm的不銹鋼絲，用CG-2A型垂線坐標(biāo)儀進(jìn)行X、Y2個方向的觀測，2004年后實(shí)現(xiàn)了自動化采集。各點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)方向及正負(fù)號規(guī)定為：X方向?yàn)閺较?，以向上游（徑外）為正；Y方向?yàn)楣扒芯€方向，以指向左側(cè)為正。

大壩水平位移測點(diǎn)布置圖如圖2所示。

2.3 觀測方法

平面控制網(wǎng)共觀測了9期，復(fù)測具體時間與施測單位信息見表1。1986年6月—1988年8月期間觀測了5期，其后1993年3月觀測了第6期，第1次大壩定檢后1997年12月觀測了第7期。前7期均由華東勘測設(shè)計(jì)院測量隊(duì)承擔(dān)，水平角觀測用Wild T3經(jīng)緯儀，除第1期采用全圓觀測法外，第2期開始均采用全組合法觀測，邊長觀測采用ME3000測距儀，從第2期開始采用雙時段觀測，每時段觀測往返邊長。

第8期平面控制網(wǎng)水平角觀測采用TCA2003全站儀，按全圓法進(jìn)行施測，測值精度較高。第九期觀測儀器采用瑞士Leica TM30高精度智能型全站儀，儀器測邊精度為（0.6+1×D×10-6）mm、測角精度為0.5″。

3 平面控制網(wǎng)分析

3.1 問題描述

鑒于B2、B4以及拱9（拱9）于第6期（1993年）之前進(jìn)行了對中底盤重新安裝，第6～9期觀測數(shù)據(jù)與第1～5期觀測數(shù)據(jù)沒有可比性，因此上述表中第2～5期累積變化量以第1期為首期，第6～9期累積變化量以第6期為首期。

各期平面監(jiān)測網(wǎng)平差后的網(wǎng)點(diǎn)間隔位移量（當(dāng)期與上期之差）見表2，過程線見圖3。由圖表數(shù)據(jù)可見：

拱9、B4在第9期時X向間隔位移相對較大（超過3mm），但Y向很小；

B2在第7期和第9期時Y向間隔位移較大，但X向并不明顯；

從2向疊加計(jì)算后的間隔位移看，拱9、B4、B2近3期的間隔位移都呈正值，尤其是第9期相比第8期的位移較大；不過，從單向的位移來看，這3個點(diǎn)都看不出持續(xù)的位移變化。endprint

3.2 觀測邊長分析

鑒于歷次觀測采用的人員和方法有變化，為進(jìn)一步分析網(wǎng)點(diǎn)“變形”的原因，找出可能存在誤差的來源，對各次的觀測邊長進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。

第1～5期觀測邊長變化量以第1期為首期，第6～9期觀測邊長變化量以第6期為首期，統(tǒng)計(jì)成果見表3。由表中數(shù)據(jù)結(jié)果可見：

B2～B1邊長從第5期開始，存在持續(xù)減小的趨勢，這與前述B2存在向河谷方向的位移的判斷一致，第3次定檢時專家組認(rèn)為B2不穩(wěn)。為真實(shí)反應(yīng)儀器觀測邊長本身的變化情況，因此在統(tǒng)計(jì)邊長差值之和時，不計(jì)入B2～B1觀測邊長；

前8期的觀測邊長變化量均較小，各條邊長變化正負(fù)相間，邊長差值之和僅為數(shù)mm，可見觀測邊長精度有保證，測量結(jié)果較為可靠；

第9期的測距邊變化量較大，與第6期相比，各條邊的差值均為正值（變長），30條邊差值之和達(dá)到了27.2mm，平均每條邊偏長了近2mm。觀測邊長如此明顯的整體變化，說明存在著系統(tǒng)誤差，如果直接計(jì)算網(wǎng)點(diǎn)位移，必然會帶來較大的趨勢性誤差；

拱9和B4作為交會法的工作基點(diǎn)，是否發(fā)生位移最受關(guān)注。從第9期的平差結(jié)果看，拱9向上游產(chǎn)生了5～6mm的較大位移，B4亦向上游產(chǎn)生了3～4mm的較大位移。分析其原因，并非是拱9和B4本身的位移，只是在以B0、A0、B1、B2擬穩(wěn)的平差條件下，觀測邊長系統(tǒng)偏長，導(dǎo)致了拱9和B4所謂的“向上游位移”。

3.3 前方交會法與垂線測值對比分析

垂線自動化觀測（壩頂絕對位移）與壩頂前方交會法測值（已轉(zhuǎn)換為徑切向位移）對比過程線見圖4，由圖可見：

對應(yīng)壩段2種方法測得的徑向位移變化一致，測值規(guī)律相同，變化幅度接近，觀測精度均較好，可相互印證；

對應(yīng)壩段2種方法測得的切向位移也基本一致，但由于切向位移變化小、前方交會法觀測精度相對垂線低，因此交會法的過程線測值波動略大；

針對個別年份前方交會法切向位移極值偏大的問題，如圖4.3-5所示（圓圈中標(biāo)明），在個別年份前方交會法測值向下游極值時刻，與之對應(yīng)的垂線測值亦出現(xiàn)極值，且變幅基本一致，是由低溫高水位工況引起的。

交會法與垂線的測值規(guī)律一致，變幅接近，觀測精度均較好，2種方法的過程線均較穩(wěn)定，未見任何測點(diǎn)有趨勢性的時效變化。從交會法的測值結(jié)果，可判斷認(rèn)為，交會法的工作基點(diǎn)B4和拱9應(yīng)該是穩(wěn)定的。

4 結(jié)論

拱9和B4作為交會法的工作基點(diǎn)，是否發(fā)生位移最受關(guān)注。從第9期的平差結(jié)果看，拱9向上游產(chǎn)生了5～6mm的較大位移，B4亦向上游產(chǎn)生了3～4mm的較大位移。分析其原因，并非是拱9和B4本身的位移，只是在以B0、A0、B1、B2擬穩(wěn)的平差條件下，觀測邊長系統(tǒng)偏長，導(dǎo)致了拱9和B4所謂的“向上游位移”；

對比垂線與交會法的觀測成果，兩者基本一致，均未見時效變化，作為交會法工作基點(diǎn)的拱9、B4應(yīng)該是穩(wěn)定的。

參考文獻(xiàn)

[1]顧孝烈，鮑峰，程效軍.測量學(xué)M.

[2]沈靜，付青萍.水電站平面控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性分析及位移修正[J].大壩與安全，2010（6）：35-37.

作者簡介：張偉狄（1981-），男，浙江象山人，高級工程師，從事水電設(shè)計(jì)工作。endprint