大雅河水利樞紐工程大壩變形監(jiān)測網(wǎng)方案設計

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006)

1 工程概況

大雅河水利樞紐工程以夾道子水庫建設為主，位于遼寧省本溪市桓仁縣境內(nèi)大雅河流域中上游，是大雅河上的控制性工程，是一座以供水、發(fā)電、防洪、灌溉為主，養(yǎng)殖和旅游業(yè)為輔的中型水利樞紐工程。目前水庫大壩主體已基本完工，大壩的變形監(jiān)測點已隨工程進展埋設完成，壩體上共布設15個水平位移監(jiān)測點和15個垂直位移監(jiān)測點，壩體兩側(cè)山上布設2個新埋設的工作基點。根據(jù)相關(guān)要求，變形監(jiān)測網(wǎng)的首次測量工作需在冬季前完成。

已有資料包括該地區(qū)1∶2000地形圖；夾道子水庫工程施工控制網(wǎng)復測成果；該地區(qū)國家三角點成果，國家水準點成果。

2 大雅河水利樞紐工程大壩變形監(jiān)測網(wǎng)方案

2.1 變形監(jiān)測網(wǎng)坐標高程系統(tǒng)

根據(jù)大雅河水利樞紐工程管理局的要求，夾道子水庫大壩變形監(jiān)測網(wǎng)的平面及高程系統(tǒng)與施工控制網(wǎng)保持一致。工程變形監(jiān)測網(wǎng)坐標系統(tǒng)采用1954年北京坐標系，高程系統(tǒng)采用1956年黃海高程系。

2.2 水平位移監(jiān)測網(wǎng)的布設

按照《水利水電工程測量規(guī)范》中關(guān)于大壩變形監(jiān)測的精度要求，水平位移量允許中誤差為±3mm，為滿足工程變形監(jiān)測網(wǎng)的精度要求，水平位移監(jiān)測網(wǎng)等級為二等?；鶞庶c即夾道子水庫工程施工控制網(wǎng)起算點，為國家三角點老禿頂子及四方頂。工作基點為夾道子水庫工程施工控制網(wǎng)復測成果中的C2、G2、G3。大壩的變形監(jiān)測點已隨工程進展埋設完成，壩體上布設15個水平位移監(jiān)測點(編號為J1～J15)、壩體兩側(cè)山上布設2個水平位移監(jiān)測點(編號為BL、BR)。工程采用工作基點對變形監(jiān)測點進行觀測，水平位移監(jiān)測網(wǎng)如右圖所示。

各期的變形監(jiān)測應采用相同的布網(wǎng)方案和觀測方法，采用同一儀器設備，人員相對固定，采用統(tǒng)一的基準數(shù)據(jù)和計算方法。

2.3 水平位移監(jiān)測網(wǎng)的觀測

水平位移檢測網(wǎng)示意圖

水平位移監(jiān)測網(wǎng)使用全站儀，采用極坐標法進行觀測，水平角觀測采用方向觀測法，邊長采用光電測距法。作業(yè)時現(xiàn)場測定溫度、氣壓，并輸入到儀器內(nèi)，儀器自行進行氣象改正，氣象數(shù)據(jù)測定的時間間隔為每邊觀測始末，數(shù)據(jù)取用為每邊兩端平均值。外業(yè)觀測過程中嚴格執(zhí)行《水利水電工程測量規(guī)范》中關(guān)于水平位移監(jiān)測網(wǎng)測量、水平角觀測、光電測距的相關(guān)要求。

水平位移監(jiān)測網(wǎng)的技術(shù)要求見表1，水平角方向觀測法的技術(shù)要求見表2，光電測距作業(yè)技術(shù)要求見表3。

表1 水平位移監(jiān)測網(wǎng)的主要技術(shù)要求

表2 水平角方向觀測法的主要技術(shù)要求

表3 光電測距的主要技術(shù)要求

注a-標稱精度中的固定誤差，mm；b-標稱精度中的比例誤差系數(shù)，mm/km；D-測距長度，km。

2.3.1 外業(yè)觀測注意事項

待儀器溫度與外界氣溫一致后，在成象清晰、目標穩(wěn)定的情況下開始觀測；儀器照準部旋轉(zhuǎn)時，平穩(wěn)均勻，制動螺旋不宜擰得過緊，微動螺旋盡量使用中間部位；精確照準目標時，微動螺旋最后為旋進方向；儀器與反射棱鏡按出廠要求配套使用，未經(jīng)驗證，不得與其他型號的相應設備互換使用；記錄天氣情況、溫度、荷載等情況。

2.3.2 水平位移監(jiān)測網(wǎng)平差起算點穩(wěn)定性檢驗

采用全站儀對工作基點G2、G3之間的邊長進行了測量，測量結(jié)果與施工控制網(wǎng)復測成果進行比較，結(jié)果見表4。

表4 邊長比較 (單位：m)

由上表可知G2、G3兩點相對穩(wěn)定，可作為工程的平差起算點。

2.3.3 平差計算

平差處理軟件采用現(xiàn)代測量控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理通用軟件包。

首先對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進行處理，將所測的斜距經(jīng)過加、乘常數(shù)改正后轉(zhuǎn)化為平距，平差采用嚴密的平差方法。平差計算前，對外業(yè)觀測記錄手簿、平差計算起始數(shù)據(jù)進行100%的檢查校對。

水平位移監(jiān)測網(wǎng)平差計算取位按表5執(zhí)行。

表5 水平位移監(jiān)測網(wǎng)平差計算取位

2.3.4 精度評定

外業(yè)觀測結(jié)束后對水平位移監(jiān)測的測角中誤差、測邊中誤差、點位中誤差和三角形閉合差進行了精度評定，詳見表6。

表6 水平位移監(jiān)測網(wǎng)精度評定

從表6可以看出，本工程測角中誤差、測邊中誤差、點位中誤差均滿足規(guī)范要求。三角形(G2-BL-BR)閉合差為1.6″，滿足規(guī)范要求。由此充分證明了大雅河水利樞紐工程夾道子水庫大壩水平位移監(jiān)測網(wǎng)方案設計合理，精度可靠。

2.4 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)測量

按照《水利水電工程測量規(guī)范》中關(guān)于大壩變形監(jiān)測的精度要求，垂直位移量允許中誤差為±2mm，為滿足本工程垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的精度要求，垂直位移監(jiān)測網(wǎng)等級為二等。

高程系統(tǒng)：采用1956年黃海高程系。

起算數(shù)據(jù)：國家二等水準點。

采用儀器：數(shù)字水準儀及與之匹配的條碼水準尺。施測前，按規(guī)范要求對水準儀進行檢驗與校正。

2.4.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布網(wǎng)方案

本工程垂直位移監(jiān)測網(wǎng)基準點為國家二等水準點，布設一條閉合水準路線，利用基準點聯(lián)測G3、G5、S1，水準路線示意圖略。利用G3、S1布設附合水準路線聯(lián)測壩體上的垂直位移監(jiān)測點JS1～JS15，水準路線示意圖略。二等水準測量主要限差見表7。

“在術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后，醫(yī)院建立了嚴格的監(jiān)管機制，尤其是在術(shù)中進行了三方核查?！蔽閵檴櫧榻B，“三方為手術(shù)醫(yī)師、麻醉醫(yī)師和巡回護士。首先是三方麻醉開始前對患者姓名、性別和年齡等確認；第二是醫(yī)生切開皮膚前的二次核查；第三是在患者離開手術(shù)室前的再核查。據(jù)此，可有效預防開錯部位等風險。”

表7 二等水準測量主要限差 (單位：km)

注k—測段、區(qū)段或路線長度,km；L—附合路線長度,km；F—環(huán)線長度,km；R—檢測測段長度,km。

2.4.2 水準測量的觀測方法

工程水準測量采用單路線往返測。外業(yè)觀測采用水準儀及與之匹配的條碼水準尺。施測前，按規(guī)范要求對儀器進行i角檢驗，檢驗結(jié)果滿足《國家一、二等水準測量規(guī)范》中對儀器i角限差的要求。

在外業(yè)觀測過程中嚴格按照《國家一、二等水準測量規(guī)范》中“7 水準觀測”中關(guān)于“數(shù)字水準儀觀測”的相關(guān)要求。水準觀測的視線長度、前后視距差和視線高度符合表8的規(guī)定，水準觀測的限差符合表9的規(guī)定。

表8 視線長度、前后視距差及其累積差、視線高度 (單位：m)

表9 測站觀測限差 (單位：mm)

2.4.3 水準測量平差

平差軟件采用現(xiàn)代測量控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理通用軟件包。水準測量平差前加入水準標尺長度誤差改正、正常水準面不平行的改正。平差計算取位見表10。

表10 水準平差計算取位

2.4.4 水準測量的精度評定

各附合水準路線觀測精度情況見表11。

表11 水準路線觀測精度情況

每公里水準測量的偶然中誤差MΔ按下式計算：

二等水準MΔ≤1mm)

式中MΔ——高差偶然中誤差,mm；

Δ——水準路線測段往返測高差不符值,mm；

n——往返測的水準路線測段數(shù)；

R——測段長度,km。

每公里水準測量的偶然中誤差MΔ=0.2mm，滿足規(guī)范要求，證明大雅河水利樞紐工程夾道子水庫大壩垂直位移監(jiān)測網(wǎng)精度可靠。

3 檢查驗收

根據(jù)《測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》的規(guī)定，測繪成果質(zhì)量通過二級檢查一級驗收方式進行控制，依次進行了過程檢查、最終檢查和質(zhì)量驗收工作。

a.過程檢查：原始測量數(shù)據(jù)及角度統(tǒng)計表記錄完整；對水準儀i角進行了檢驗，檢驗方法正確；對起算點的穩(wěn)定性進行了檢驗，起算數(shù)據(jù)使用正確；項目組對測量成果進行了100%全面檢查，并做好過程檢查記錄。

b.最終檢查：原始測量數(shù)據(jù)及角度統(tǒng)計表記錄規(guī)范，觀測方法和成果取舍正確；工作基點點位布設及點位密度合理，標石埋設穩(wěn)定；所使用的全站儀和水準儀通過了質(zhì)檢部門的檢定；水平位移及垂直位移監(jiān)測網(wǎng)平差計算采用的起算數(shù)據(jù)正確；采用現(xiàn)代測量控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理通用軟件包，對水平位移及垂直位移監(jiān)測網(wǎng)進行平差計算，平差后各項精度指標滿足規(guī)范要求。質(zhì)檢組對測量成果進行了100%全面檢查，并做好了檢查記錄。

c.質(zhì)量驗收：起算點選取及分布合理，平差計算方法正確；施測方案和技術(shù)標準的執(zhí)行符合技術(shù)設計的要求；采用分級隨機抽樣法，通過對文件名及數(shù)據(jù)格式、數(shù)學精度、觀測質(zhì)量、資料質(zhì)量等檢查，未發(fā)現(xiàn)不合格項，受檢批成果質(zhì)量符合技術(shù)設計要求；為項目組配備的測繪人員、儀器設備、材料和運輸?shù)荣Y源能夠保證該測繪項目管理的要求；采取了有效的預防措施，使測繪過程中廢棄物排放符合國家排放標準，沒有發(fā)生各類安全事故。

4 結(jié) 語

變形監(jiān)測無論是在大壩、地質(zhì)、地震，還是在各種房屋建筑等設施的安全性研究方面都有著非常重要的作用。盡管目前變形監(jiān)測的手段日趨多樣化，但傳統(tǒng)的工程測量方法仍然是主要的、效率較高的方式。為了得到更高質(zhì)量、高精度的變形監(jiān)測成果，需要科學合理地布設變形監(jiān)測網(wǎng)并對其進行優(yōu)化。在大雅河水利樞紐工程夾道子水庫大壩變形監(jiān)測網(wǎng)測量過程中，充分考慮了變形監(jiān)測網(wǎng)的特點和相關(guān)方的特殊要求，建立了一個可靠性高、成本費用低以及高質(zhì)量和高靈敏度等各方面條件良好的變形監(jiān)測網(wǎng)，在內(nèi)外業(yè)工作過程中還充分考慮了環(huán)境因素和職業(yè)健康安全因素，并研究確定了預防措施。在項目后期進行了嚴格的檢查驗收工作，確保了大雅河水利樞紐工程大壩變形監(jiān)測網(wǎng)的成果質(zhì)量，保證了工程順利實施和安全運行。

[1] 陳廣榮.形變監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化分析[J].中國科技信息,2016(2):51-52.

[2] 史庚武.南水北調(diào)中線總干渠(北京段)變形監(jiān)測網(wǎng)布設[J].海河水利,2015(1):63-65.

[3] 黃保存.那蘭水電廠變形監(jiān)測網(wǎng)改造方法與研究[J].科技創(chuàng)新導報,2015(22):119-120.

[4] 張博.南溝門水利樞紐工程變形監(jiān)測技術(shù)方案的確定[J].測繪技術(shù)裝備,2017(2):69-71.