豐滿大壩重建工程施工期壩區(qū)垂直位移監(jiān)測及資料分析

李作光

（豐滿發(fā)電廠 ， 吉林省吉林市 132108）

0 引言

豐滿大壩重建工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、城市及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境保護、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用，供電范圍為東北電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔負調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。水庫正常蓄水位263.50m，汛限水位260.50m，死水位242.00m，校核洪水位268.50m，水庫總庫容103.77億m3。

樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩+壩身泄洪系統(tǒng)+泄洪兼導(dǎo)流洞+壩后式引水發(fā)電系統(tǒng)+利用的原三期電站組成。新建大壩壩軸線位于原豐滿大壩壩軸線下游120m。

新建大壩由左岸擋水壩段、溢流壩段、廠房壩段及右岸擋水壩段組成，共分56個壩段，壩頂高程269.50m，最大壩高94.50m，壩頂全長1068m。溢流壩段布置于主河床， 其上布置9孔開敞式溢流堰。廠房壩段布置于主河床偏右岸，布置6孔壩式發(fā)電引水進水口。6臺水輪發(fā)電機組布置于右岸壩后廠房內(nèi)。

豐滿大壩壩區(qū)精密水準網(wǎng)始建于1963年，水準網(wǎng)的范圍為6km，編號從BM0至BM8，每套基點組都有3個呈三角形分布的基點。為了分析研究豐滿大壩重建工程施工期壩區(qū)垂直位移的變化情況，2016年開始對其進行加密監(jiān)測工作。通過加密監(jiān)測及資料分析能夠進一步了解壩區(qū)垂直位移變化規(guī)律，掌握新大壩的施工對老壩的影響情況，以保證施工期老壩的安全運行。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于豐滿大壩重建工程在下游120m建新壩在國內(nèi)外尚屬首例，國內(nèi)外沒有類似的工程實踐經(jīng)驗，監(jiān)測施工期壩區(qū)垂直位移變化情況的研究尤為重要，所以施工期對其進行了加密監(jiān)測工作。通過加密監(jiān)測及資料分析能夠進一步了解壩區(qū)垂直位移變化規(guī)律，掌握新大壩的施工對老壩的影響情況，為保證大壩重建工程施工期內(nèi)壩區(qū)范圍的安全提供可靠的數(shù)據(jù)支持。同時也為國內(nèi)外相近工程提供工程實踐經(jīng)驗。

2 監(jiān)測工作的實施

對豐滿壩區(qū)水準網(wǎng)的工作基點進行復(fù)測，依照水準監(jiān)測路線施測一等水準，以獲取水準網(wǎng)24座水準工作基點的最新高程值，同歷次復(fù)測結(jié)果進行對比分析，得出新壩的施工對壩區(qū)垂直位移的影響。并對各水準點的穩(wěn)定性進行分析評價。

大壩壩區(qū)水準網(wǎng)是以水準點BM0-1、BM0-2和BM0-3為基準點組，采用BM0-1作為起測基準。本次水準網(wǎng)復(fù)測通過對基準點組的校測檢查及成果分析，以BM0-1作為高程起算基準，以該水準點高程239.70922m為高程起算值。水準路線圖見圖1。

3 平差計算

3.1 外業(yè)高差概略高程

在外業(yè)監(jiān)測完成后，統(tǒng)計出外業(yè)高差與概略高程，并進行水準標尺長度改正、正常水準面不平行改正、重力異常和固體潮改正。

3.2 內(nèi)業(yè)成果檢驗 [2, 4, 7]

進行往返測不符值檢驗、每千米水準測量的偶然中誤差檢驗、水準環(huán)閉合差檢驗。

（2）大壩壩區(qū)水準網(wǎng)共有測段數(shù)26段，通過計算每千米高差偶然中誤差M?=±0.43mm，滿足《國家一、二等水準測量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）規(guī)定的M?≤±0.45mm的要求。

（3）大壩壩區(qū)水準網(wǎng)共包括7個閉合環(huán)，通過各測段高差（測段高差已加入標尺長度誤差的改正）分別計算各閉合環(huán)的環(huán)閉合差。通過計算，各水準閉合環(huán)的環(huán)閉合差均小于限差（限差為；其中：F為環(huán)線長度，km），滿足規(guī)范要求。

3.3 水準網(wǎng)平差計算 [3, 4]

各項成果檢驗合格后，進行水準網(wǎng)的平差計算。已知點高程采用BM0-1水準基點的高程（H=239.70922m）作為起算高程，采用間接平差方法進行計算，按距離定權(quán)進行平差。軟件計算過程中，各測段的往返測高差自動加入了環(huán)閉合差改正。最終得出各水準點平差后的高程。平差后各水準點的高程及高程中誤差見表1。

表 1 平差后各水準點高程及高程中誤差Table 1 Errors in the elevation and elevation of each standard point after leveling

續(xù)表

4 各水準工作基點垂直位移及穩(wěn)定性分析[1][3][5][6]

將歷年水準網(wǎng)下各水準點高程值（新建基點除外）及歷年垂直位移（以1975年第一次測量高程值作為基準值）進行比較，通過各水準基點的垂直位移量（下沉為正，上升為負）對水準基點的穩(wěn)定性進行分析。統(tǒng)計出水準網(wǎng)各水準基點歷年高程值和各水準基點歷年垂直位移值，并對監(jiān)測次數(shù)多于四次的BM0-2、BM0-3、BM7、BM2-2原、BM4、J1、J2、BM8-1、BM8-2和BM8-3共10個點進行各點歷年垂直方向變化量趨勢線圖的繪制，見圖2～圖5，各點位于0值均線上方的值，代表抬升，位于0值均線下方的值代表沉降。

通過圖2～圖5可以看出：

（1）大壩壩區(qū)水準網(wǎng)基點組BM0-1～BM0-3，其中BM0-2和BM0-3兩點，本次測量高程值與基準值分別相差0.23mm、0.12mm，通過這三點之間兩兩高差檢核，并結(jié)合趨勢線圖的結(jié)論：此兩點歷年振幅均小于0.5mm，且變幅很小。說明原點組受水庫水位及外界影響較小，點位穩(wěn)定，可以作為整個水準網(wǎng)的起算基準。

圖2 壩區(qū)精密水準網(wǎng)工作基點BM0-2、BM0-2垂直位移過程線Figure 2 Vertical displacement process lines of BM0-2 and BM0-2 base points of work of precision horizontal network in dam area

圖3 壩區(qū)精密水準網(wǎng)工作基點J1、J2垂直位移過程線Figure 3 Vertical displacement process lines of J1 and J2 base points of work of precision horizontal network in dam area

（2）BM4、BM7、BM2-2（原）三點本次測量高程值與基準值分別相差1.30mm、-0.93mm、2.22mm。通過趨勢線圖可以看出，BM4和BM7基本沿0值均線上下小幅震動，說明此兩點點位基本穩(wěn)定，各期監(jiān)測誤差導(dǎo)致點位坐標值變化；從1992年以后的數(shù)據(jù)來看，BM2-2（原）大約有2mm左右的沉降量，且沉降值基本穩(wěn)定，這說明此點相較于建立之初，有一定的沉降，但目前點位已趨于穩(wěn)定。

（3）J1、J2、BM8-1、BM8-2、BM8-3五點均為2012年建造，本次測量高程值與基準值（2012年監(jiān)測值）分別相差 -0.45mm、0.5mm、-0.71mm、-0.44mm、-0.39mm。從趨勢線圖來看，此5點除在2014年點位有異常抬升外，其余年份坐標值變化量值，基本和一等水準點位精度匹配，說明此5點基本穩(wěn)定。由于建造時間較晚，監(jiān)測次數(shù)較少，無法判斷此5點的變形規(guī)律。

圖4 壩區(qū)精密水準網(wǎng)工作基點BM2-2原、BM4、BM7垂直位移過程線Figure 4 Vertical displacement process lines of BM2-2， BM4 and BM7 base point of work of precision horizontal network in dam area

圖5 壩區(qū)精密水準網(wǎng)工作基點BM8-1、BM8-2、BM8-3垂直位移過程線Figure 5 Vertical displacement process lines of BM8-1、BM8-2、BM8-3 for precision level network in dam area

（4）2016年新建的12座水準點，BM1-1（新）、BM1-2（新）、BM1-3（新）、J3（新）、J4（新）、J5（新）、BM2-1（新）、BM3-1（新）、BM3-2（新）、BM3-3（新） BM4-1（新）、BM4-2（新），因只有兩期監(jiān)測數(shù)據(jù)，故未繪制趨勢線圖。與2016年的初始監(jiān)測值比較，J3（新）、J5（新）、BM2-1（新）、BM3-1（新）、BM4-1（新）、BM4-2（新）均產(chǎn)生了一定的沉降，沉降量分別為1.75mm、9.53mm、3.03mm、3.29mm、1.90mm、1.82mm，由于2016年建造水準點和初始監(jiān)測之間間隔不到一個月，產(chǎn)生一定的沉降量屬正常現(xiàn)象。其余6點垂直方向變化量在按兩期水準精度統(tǒng)計的限差內(nèi)，且變化量較小，這說明此6點基本穩(wěn)定。

（5）通過本次水準網(wǎng)復(fù)測，2016年新建的水準點中，部分標點存在大小不等的沉降，但大壩原有水準點點位基本穩(wěn)定。

（6） 通過以上分析可知，豐滿大壩重建工程施工期壩區(qū)垂直位移變化不大，未發(fā)現(xiàn)危及大壩安全的異?，F(xiàn)象。

5 結(jié)束語

（1） 本次大壩壩區(qū)水準網(wǎng)復(fù)測經(jīng)過對各項指標的檢驗，外業(yè)監(jiān)測及數(shù)據(jù)整理全部合格，各項精度指標均優(yōu)于《國家一、二等水準測量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）相應(yīng)限差的要求，說明外業(yè)監(jiān)測質(zhì)量良好。

（2） 2016年新埋設(shè)的水準點中，部分點尚未完全穩(wěn)定。建議新壩施工期內(nèi)每年進行1～2次大壩壩區(qū)水準網(wǎng)進行復(fù)測，進一步了解新壩施工對水準工作基點垂直位移的影響，及時掌握施工期工作基點的變化規(guī)律，為新大壩的施工期內(nèi)壩區(qū)的安全提供保障。