EXCEL軟件在西豐縣誠信水庫大壩變形監(jiān)測的應(yīng)用分析

黃紅日，包德高，王啟龍

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，沈陽 110006)

1 概 況

誠信水庫是遼寧省內(nèi)的中型水庫，位于寇河干流上，于2007年開始修建，2014年開始蓄水，是一座以防洪減災(zāi)、調(diào)節(jié)流量、供水灌溉為主，漁業(yè)與旅游也為輔的水庫。誠信水庫建成后為西豐縣解決了引水問題，為西豐縣的經(jīng)濟(jì)騰飛發(fā)揮了舉足輕重的作用。目前庫區(qū)水位低于水庫設(shè)計水位，為保證后期正常蓄水，需對大壩的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)相關(guān)要求，在2019—2021年期間對誠信水庫大壩進(jìn)行了6次大壩變形監(jiān)測，每年2次。

2 誠信水庫大壩監(jiān)測方案

2.1 變形監(jiān)測網(wǎng)坐標(biāo)高程系統(tǒng)

誠信水庫大壩變形監(jiān)測網(wǎng)坐標(biāo)和高程系統(tǒng)采用誠信水庫建設(shè)時的施工控制網(wǎng)，由于施工控制網(wǎng)的布設(shè)滿足不了大壩監(jiān)測的需要，在施工控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密網(wǎng)的布設(shè)[1]。

2.2 監(jiān)測點分布

水庫大壩上共埋設(shè)36個變形監(jiān)測點，迎水壩坡9個，背水壩坡27個，呈線狀分布。水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點3個，工作基點5個；垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)點2個。變形監(jiān)測點分布圖，見圖1。

圖1 變形監(jiān)測點分布圖

2.2 水平位移監(jiān)測

2.2.1 水平位移監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)

首先布設(shè)監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，將基準(zhǔn)點J2、CX1和CX2以及工作基點J3-J6納入網(wǎng)中。以監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)為基礎(chǔ)，水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)圖，見圖2。按照外業(yè)監(jiān)測規(guī)范要求布設(shè)水平位移監(jiān)測網(wǎng)，水平監(jiān)測點共計36個，均勻分布于壩體，水平位移監(jiān)測網(wǎng)圖，見圖3。

2.2.2 水平位移監(jiān)測網(wǎng)觀測

水平位移監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測使用的儀器是Leica TS30測量機(jī)器人，采用的方法為極坐標(biāo)法，精度不低于三等。其中水平角采用方向法，邊長采用光電測距結(jié)合溫度改正法。誠信水庫大壩變形監(jiān)測外業(yè)需要測定氣壓和溫度，測定的時間段為每邊觀測始末，數(shù)據(jù)采用每邊兩端平均值。并輸入到全站儀內(nèi)，儀器自行進(jìn)行氣象改正。外業(yè)觀測過程中嚴(yán)格按照《水利水電工程施工測量規(guī)范》SL 52-2015中關(guān)于水平位移監(jiān)測網(wǎng)測量的相關(guān)要求。

圖2 水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)圖

圖3 水平位移監(jiān)測網(wǎng)圖

2.2.3 平差計算

平差軟件：平差處理軟件COSA_CODAPS Version 6.0。

平差計算前，首先對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采用經(jīng)典測量方法將斜距轉(zhuǎn)化為平距。并對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)、平差計算起始數(shù)據(jù)、控制網(wǎng)參數(shù)，進(jìn)行百分之百的復(fù)核，復(fù)核結(jié)果完全復(fù)核技術(shù)要求。隨后以J2、CX1和CX2為起算點進(jìn)行了平差計算，水平位移監(jiān)測網(wǎng)平差計算精度，水平位移監(jiān)測網(wǎng)精度評定表，見表1。

表1 水平位移監(jiān)測網(wǎng)精度評定表

2.5 垂直位移監(jiān)測

2.5.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)

布設(shè)2個三等垂直位移監(jiān)測網(wǎng)。一是以J1為起算點布設(shè)一條閉合水準(zhǔn)路線，對迎水壩坡監(jiān)測點P28-P36以及背水壩坡方便連測的監(jiān)測點進(jìn)行連測，并將工作基點J2-J5以及高程基準(zhǔn)點CS1納入網(wǎng)中；二是水準(zhǔn)測量施測比較困難的監(jiān)測點布設(shè)成三角高程支線。垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布置圖，見圖4；垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布置圖，見圖5。

圖4 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布置圖

2.5.2 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)觀測

垂直位移監(jiān)測的水準(zhǔn)測量法采用Leica DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀，施測方法為雙轉(zhuǎn)點法，精度等級不低于三等，每次監(jiān)測前應(yīng)將水準(zhǔn)儀置于室外30min，使其儀器溫度于室外溫度一致，并對水準(zhǔn)儀進(jìn)行i角檢驗，i角最大值為5.6″(限差15″)，滿足限差。

垂直位移監(jiān)測的三角高程測量法采用Leica TS30全站儀，精度等級不低于三等，在外業(yè)觀測過程中嚴(yán)格按照《水利水電工程施工測量規(guī)范》SL 52-2015中“4 高程控制測量”中關(guān)于“光電測距三角高程測量”的相關(guān)要求[2]。

2.5.3 平差計算

平差軟件：Excel自編高程控制平差程序。

每公里水準(zhǔn)測量偶然中誤差公式為：

(1)

式中：Δ為水準(zhǔn)測量往返測量差值，R為水準(zhǔn)路線的測段長度，n為水準(zhǔn)測量的測段數(shù)量。

閉合差公式為：

fh1=∑h2-∑h3=∑h2-(H1-H2)

(2)

式中：∑h2為實際觀測的值之和；∑h3為理論值之和；H1為終點高程值；H2為起始點高程值。

在計算每公里水準(zhǔn)測量偶然中誤差和閉合差之前應(yīng)加入水準(zhǔn)面不平行的改正和閉合差改正后利用Excel自編高程控制平差程序計算平差，水準(zhǔn)測量精度評定表，見表2。

表2 水準(zhǔn)測量精度評定表

2.6 基準(zhǔn)點穩(wěn)定性分析

基準(zhǔn)點穩(wěn)定性的檢驗，采用觀測量比較檢驗法進(jìn)行。水平位移基準(zhǔn)點使用Leica TS30全站儀按三等精度進(jìn)行檢測，水平角觀測采用方向觀測法，邊長采用光電測距法；垂直位移基準(zhǔn)點使用Leica DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀采用雙轉(zhuǎn)點法按三等精度進(jìn)行檢測。通過檢測發(fā)現(xiàn)，基準(zhǔn)點相對穩(wěn)定。垂直位移基準(zhǔn)點檢測比較表，見表3；水平位移基準(zhǔn)點檢測比較表，見表4。

表3 垂直位移基準(zhǔn)點檢測比較表

表4 水平位移基準(zhǔn)點檢測比較表

2.7 變形監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

以首次變形監(jiān)測成果為基準(zhǔn)，每次測量值與首次測量值進(jìn)行比較。針對水準(zhǔn)連測的垂直位移監(jiān)測點和強(qiáng)制對中水平位移監(jiān)測點，利用EXECL統(tǒng)計高程成果表并按測次繪制沉降變化折線圖、統(tǒng)計坐標(biāo)成果表和坐標(biāo)比較表，并通過CASS9.0繪制水平位移監(jiān)測點變化量折線圖。第2-6次沉降變化折線圖，見圖6；第2-6次水平位移變化折線圖，見圖7。

圖6 第2-6次沉降變化折線圖

圖7 第2-6次水平位移變化折線圖

2.8 對比分析

1)水平位移：①水平位移監(jiān)測點X坐標(biāo)差值最大值為5.7mm，最小值為0mm，平均值為1.6mm；②水平位移監(jiān)測點Y坐標(biāo)差值最大值為5.6mm，最小值為0mm，平均值為2.4mm。

2)垂直位移：垂直位移監(jiān)測點差值最大值為3mm，最小值為0cm，平均值為0.7mm。

3)通過比較分析可見：2019年8月23日-2021年5月28日，大壩變形監(jiān)測點未有明顯變化，水庫大壩相對穩(wěn)定。

3 結(jié) 語

變形監(jiān)測在建筑建設(shè)和運(yùn)營過程中起到至關(guān)重要的作用，變形監(jiān)測的項目多，儀器多，方法多，無論是常規(guī)方法還是先進(jìn)的方法，監(jiān)測的精度是考量監(jiān)測手段最重要的方式。文章以常規(guī)儀器方法結(jié)合EXCEL自編的小程序，利用EXCEL數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，滿足了誠信水庫大壩變形監(jiān)測的要求，整個監(jiān)測過程簡單、經(jīng)濟(jì)、快速且高效。