提高邊坡表面位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性

方錕

摘要：針對(duì)華光潭一級(jí)廠房后邊坡位移測(cè)點(diǎn)在垂直位移（Z向）方向變化趨勢(shì)相反的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)工作基點(diǎn)發(fā)生位移是癥結(jié)所在。通過(guò)建立變形控制網(wǎng)，徹底解決了因基點(diǎn)產(chǎn)生位移而無(wú)法準(zhǔn)確判斷滑坡體變形的問(wèn)題，提高了觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，為邊坡變形分析提供了有效依據(jù)。

關(guān)鍵詞：邊坡；工作基點(diǎn)；變形控制網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TU43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）35-0092-05

Improving the Reliability of Slope Surface Displacement Monitoring Data

FANG Kun（Zhejiang Zheneng Huaguangtan Hydropower Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 311322）

Abstract： Aiming at the problem that the displacement measuring point of the back slope of Huaguangtan class I power house changes in the direction of vertical displacement （Z direction）， it is found that the displacement of the working base point is the crux through investigation and analysis. By establishing the deformation control network， the problem that the landslide deformation cannot be accurately judged due to the displacement of the base point is completely solved， the reliability of the observation data is improved， and an effective basis is provided for the analy？ sis of slope deformation.

Keywords： slope； working base point； deformation control network

1工程概況

華光潭水電站一級(jí)廠房位于巨溪凸岸，距一級(jí)大壩約10 km。廠房后為一北東向展布、三面臨空的狹長(zhǎng)山脊，兩側(cè)沖溝深切，支溝發(fā)育。基巖由熔結(jié)凝灰?guī)r等組成，上覆坡崩層較為深厚。邊坡北西向中陡傾角斷層及節(jié)理裂隙發(fā)育，緩傾坡外短小裂隙斷續(xù)分布[1]。邊坡一旦發(fā)生坍塌，可能造成廠房破壞，嚴(yán)重威脅電站的正常運(yùn)行和下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此必須對(duì)其進(jìn)行精密監(jiān)測(cè)，以掌握其變化情況。

一級(jí)廠房后邊坡滑坡體范圍：上下游向（順河流方向）寬度為120～150 m，高程為230～470 m?；麦w表層以土質(zhì)邊坡為主，在后邊坡250～460 m高程范圍內(nèi)布設(shè)21個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，在河床對(duì)面公路上安裝A、B兩個(gè)工作基點(diǎn)，使用TS60全站儀，并采用極坐標(biāo)法和光電測(cè)距儀（Electrooptical Distance Measurement，EDM）三角高程法進(jìn)行三維坐標(biāo)觀測(cè)。一級(jí)廠房后邊坡表面變形監(jiān)測(cè)布置如圖1所示。

2問(wèn)題分析

《華光潭一級(jí)廠房后邊坡安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，監(jiān)測(cè)頻次為1次/月，每逢日降雨量超過(guò)50 mm或連續(xù)降雨后及時(shí)進(jìn)行加測(cè)；滑坡體變形較大時(shí)應(yīng)增加監(jiān)測(cè)次數(shù)。

問(wèn)題反饋：整理分析2019年8月份一級(jí)廠房后邊坡表面位移變形監(jiān)測(cè)資料時(shí)發(fā)現(xiàn)，分別以A、B為工作基點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的位移測(cè)點(diǎn)在垂直位移（Z向）方向上的變化趨勢(shì)相反，無(wú)法準(zhǔn)確判斷邊坡位移變形情況。為此，挑選相近高程的位移測(cè)點(diǎn)3#和5#、7#和8#、10#和11#繪制了2019年6月至2019年8月垂直位移（Z向）過(guò)程線，如圖2至圖4所示。

從2019年6月25日至2019年7月24日對(duì)一級(jí)廠房后邊坡的表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，高程相近位移測(cè)點(diǎn)3#和5#、7#和8#、10#和11#的垂直位移（Z向）變化趨勢(shì)基本一致；但從2019年8月13日的測(cè)量結(jié)果可以看出，垂直位移（Z向）變化開(kāi)始出現(xiàn)相反趨勢(shì)。以A為基點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的位移測(cè)點(diǎn)5#、8#和11#普遍出現(xiàn)下沉趨勢(shì)，而以 B為基點(diǎn)的3#、7#和10#測(cè)點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，無(wú)法準(zhǔn)確判斷邊坡變形情況。對(duì)于垂直位移（Z向），下沉為正，上升為負(fù)。

3問(wèn)題調(diào)查

調(diào)查一：一級(jí)廠房后邊坡垂直位移監(jiān)測(cè)采用EDM三角高程法進(jìn)行觀測(cè)，三角高程計(jì)算原理如圖5所示。已知A點(diǎn)高程HA，要測(cè)定未知點(diǎn)B的高程HB，可設(shè)置全站儀在A點(diǎn)，通過(guò)儀器測(cè)得A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的水平距離D和垂直角α，通過(guò)式（1）和式（2）求得未知點(diǎn)B點(diǎn)的高程。式中，i為儀器高，v為棱鏡高[2]。

通過(guò)計(jì)算式（1）和（2）可知，未知點(diǎn)B的高程HB與A、B兩點(diǎn)之間的平距D、垂直角α、儀器高i、棱鏡高v和已知點(diǎn)A的高程HA有關(guān)。全站儀的性能、測(cè)量時(shí)的氣溫、氣壓和大氣折光等因素都會(huì)影響水平距離和垂直角精度，統(tǒng)稱為觀測(cè)誤差。所以，造成垂直位移變化趨勢(shì)相反的原因可能是：①滑坡體存在時(shí)效位移；②觀測(cè)誤差大；③基點(diǎn)A或基點(diǎn)B存在位移。

調(diào)查二：在2019年8月11日、13日、27日對(duì)一級(jí)廠房后邊坡進(jìn)行了詳細(xì)巡視檢查，檢查并未發(fā)現(xiàn)以下情況——截排水溝出現(xiàn)裂縫、錯(cuò)動(dòng)；觀測(cè)設(shè)施遭受破壞；邊坡有局部坍塌、錯(cuò)動(dòng)、隆起和裂縫；植被破壞；原處理裂縫區(qū)域異常等[3]。

調(diào)查三：通過(guò)一級(jí)廠房后邊坡內(nèi)觀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)2019年7月1日至2019年8月31日測(cè)縫計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖6和圖7）進(jìn)行分析。

由一級(jí)廠房后邊坡內(nèi)觀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2019年7月1日至8月31日測(cè)縫計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，位移量最大變幅均在0.6 mm以內(nèi)，說(shuō)明滑坡體本身不存在時(shí)效位移。

通過(guò)上述調(diào)查，觀測(cè)誤差大和基點(diǎn)A（B）產(chǎn)生位移是導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法正確反映邊坡變形情況的主要原因。

4原因分析

針對(duì)調(diào)查分析得到的觀測(cè)誤差大或基點(diǎn)A（B）產(chǎn)生位移這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，采用頭腦風(fēng)暴法，并利用關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行原因分析。經(jīng)分析，得到8個(gè)末端原因：①未定期進(jìn)行儀器自檢；②未打開(kāi)自動(dòng)補(bǔ)償功能；③溫差影響；④未按正倒鏡觀測(cè)法和雙次瞄準(zhǔn)讀數(shù)法觀測(cè)；⑤缺少技術(shù)培訓(xùn)；⑥大型工程車輛通過(guò)；⑦大量降雨；⑧觀測(cè)設(shè)施遭人為破壞。

通過(guò)查閱資料、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和調(diào)查分析，依次對(duì)上述原因進(jìn)行確認(rèn)，最終得到兩條要因：大型工程車輛通過(guò)；大量降雨。

5解決問(wèn)題

5.1制定對(duì)策

針對(duì)主要原因，分別制定了不同的對(duì)策。在經(jīng)過(guò)綜合分析比較后，最終選定的對(duì)策為：建立變形控制網(wǎng)，定期校核工作基點(diǎn)位移變化情況，對(duì)監(jiān)測(cè)成果加以修正。

5.2實(shí)施對(duì)策

第一，在遠(yuǎn)離滑坡體外，找到一塊地質(zhì)條件較好并且與基點(diǎn)A、基點(diǎn)B和C點(diǎn)相互通視的空地，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)澆筑觀測(cè)墩。

第二，待觀測(cè)墩硬化穩(wěn)定后進(jìn)行變形控制網(wǎng)測(cè)量。

第三，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，用平差軟件評(píng)定測(cè)量結(jié)果的精度并求得最終測(cè)量成果。一級(jí)廠房后邊坡變形控制網(wǎng)如圖8所示。

使用TS60全站儀觀測(cè)8個(gè)測(cè)回，對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行驗(yàn)算，包括三角形閉合差、極條件閉合差及測(cè)角中誤差等，滿足要求后按經(jīng)典平差進(jìn)行計(jì)算。首先，以基點(diǎn)A觀測(cè)墩頂部底座面高程H=255.097 1 m作為已知高程，垂直位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)采用三角高程網(wǎng)，平差后基點(diǎn)C和E點(diǎn)高程中誤差僅在0.3 mm以內(nèi)，而基點(diǎn)B為2.11 mm。然后，以C點(diǎn)觀測(cè)墩頂部底座面高程H=238.643 7 m作為已知高程，垂直位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)采用三角高程網(wǎng)，平差后基點(diǎn)A和E點(diǎn)高程中誤差僅在0.4 mm以內(nèi)，而基點(diǎn)B為2.09 mm。無(wú)論以A點(diǎn)還是C點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，B點(diǎn)中誤差均大于2 mm，說(shuō)明基點(diǎn)B產(chǎn)生位移[4]。軟件平差結(jié)果如圖9和圖10所示。

第四，在垂直位移觀測(cè)計(jì)算表中，對(duì)以B為基點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)的12個(gè)位移測(cè)點(diǎn)高程基準(zhǔn)值進(jìn)行修正。一級(jí)廠房后邊坡垂直位移觀測(cè)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

觀測(cè)儀器：LeicaTS60 NO.883535；技術(shù)指標(biāo)：一測(cè)回水平方向、垂直方向觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差0.5"，距離（0.6+10-6）mm。

5.3效果檢查

重新繪制修正后的3#、7#、10#點(diǎn)的垂直位移變化量過(guò)程線圖，如圖11和圖12所示。

之后，將修正過(guò)后的人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

3#、7#和10#點(diǎn)基準(zhǔn)高程經(jīng)過(guò)修正后，位移測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì)與5#、8#和11#點(diǎn)一致。同時(shí)，將人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)修正過(guò)后的位移變化量與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保持一致，能準(zhǔn)確反映邊坡變形情況。

5.4鞏固措施

將定期進(jìn)行平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)和校核工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性納入《水工建筑物安全監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)卡：一級(jí)廠房后邊坡表面位移監(jiān)測(cè)》中，尤其是在測(cè)點(diǎn)位移量較大或者出現(xiàn)不符合規(guī)律的變化情況時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行變形控制網(wǎng)復(fù)測(cè)。對(duì)于一級(jí)廠房后邊坡變形控制網(wǎng)復(fù)測(cè)工作，首先對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行驗(yàn)算（包括三角形閉合差、極條件閉合差及測(cè)角中誤差），滿足要求后進(jìn)行經(jīng)典平差計(jì)算，判斷基點(diǎn)是否存在位移變化情況。測(cè)量限差如表2至表4所示[5]。一級(jí)廠房后邊坡表面位移監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)操作卡如圖13所示。

6結(jié)語(yǔ)

①通過(guò)建立變形控制網(wǎng)，解決了由于工作基點(diǎn)產(chǎn)生位移而無(wú)法準(zhǔn)確判斷滑坡體變形的問(wèn)題，提高了觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，確保了華光潭一級(jí)廠房安全運(yùn)行及下游廣大人民群眾的生命、財(cái)產(chǎn)安全，具有較高的社會(huì)效益。

②為華光潭一級(jí)廠房后邊坡安全監(jiān)測(cè)的后期數(shù)據(jù)分析和模型分析提供了精確的數(shù)據(jù)來(lái)源，對(duì)邊坡安全監(jiān)測(cè)運(yùn)行具有較高的學(xué)術(shù)分析價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]瞿全.華光潭一級(jí)廠房后邊坡穩(wěn)定性的分析評(píng)價(jià)工程[J].地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2012（3）：26-31.

[2]中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì).工程測(cè)量規(guī)范：GB 50026—2007[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]國(guó)家能源局.水電工程邊坡安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范：DL/T 5796-2019[S].北京：中國(guó)電力出版社，2019.

[4]張偉狄，楊磊.某水電站平面變形控制網(wǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2017（19）：23-27.

[5]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 51416—2020[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2020.