摘 要：大壩的外部變形監(jiān)測(cè)是整個(gè)水利樞紐安全監(jiān)測(cè)的重要組成部分，其主要由基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)、工作基點(diǎn)網(wǎng)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)三級(jí)觀測(cè)組成。目前主要采用大地測(cè)量方法，遵循分級(jí)布網(wǎng)逐級(jí)控制的原則進(jìn)行平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)設(shè)計(jì)。本文對(duì)黑河大壩安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行研究分析，并對(duì)壩體視準(zhǔn)線平面和高程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理。

　　關(guān)鍵詞：變形監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)網(wǎng),數(shù)據(jù)處理與分析

　　一、引言

　　黑河金盆水庫(kù)，是西安市黑河引水系統(tǒng)的主水源，是一項(xiàng)以城市供水為主，兼有農(nóng)灌、發(fā)電、防洪等綜合效益的大型水利樞紐工程。工程由攔河壩、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、壩后電站、壩后河道砌護(hù)、左岸單薄山梁防滲及副壩等建筑物組成。大壩為均質(zhì)土壩。

　　二、監(jiān)測(cè)網(wǎng)組成

　　1、水平位移的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

　　(1)近壩區(qū)巖體水平位移監(jiān)測(cè)

　　方案布置：大壩外部變形監(jiān)測(cè)及近壩區(qū)巖體水平位移監(jiān)測(cè)，采用大地測(cè)量的方法建立平面位移控制網(wǎng)，大壩外部變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)覆蓋整個(gè)面板堆石壩，溢洪道、導(dǎo)流洞、引水洞進(jìn)口、壩下近壩區(qū)巖體變形區(qū)。

　　網(wǎng)形設(shè)計(jì)：根據(jù)壩區(qū)地形巖體監(jiān)測(cè)部位及水工建筑物布設(shè)情況，水平位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)由8點(diǎn)組成，壩下線兩岸對(duì)稱分布。由于受地形限制，少數(shù)點(diǎn)間高差較大，網(wǎng)中最大邊長(zhǎng)1160米，最小邊長(zhǎng)476米，平均邊長(zhǎng)750米。最大垂直角7度30分。具體網(wǎng)形如圖1

　　基準(zhǔn)設(shè)計(jì)：平面監(jiān)控網(wǎng)基準(zhǔn)采用常規(guī)的固定基準(zhǔn)設(shè)在穩(wěn)定的基巖上，并盡量遠(yuǎn)離壓力區(qū)。

　　觀測(cè)量設(shè)計(jì)：根據(jù)規(guī)范要求，布設(shè)專用全邊角監(jiān)測(cè)網(wǎng)以保證網(wǎng)的可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)考慮的觀測(cè)量較多，以確保平差時(shí)有足夠的篩選余地。

　　精度設(shè)計(jì)：監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于等于 。各點(diǎn)的點(diǎn)位精度控制按最小二乘法進(jìn)行估算，先驗(yàn)權(quán)按從估算結(jié)果看，滿足設(shè)計(jì)精度要求

　　(2)壩體表面橫向水平位移監(jiān)測(cè)

　　方案布置：壩體表面橫向水平位移采用視準(zhǔn)線法觀測(cè)，共設(shè)置五條視準(zhǔn)線，分別布置在壩上游坡、壩下游坡和壩頂。

　　視準(zhǔn)線基點(diǎn)設(shè)置：每條視準(zhǔn)線均設(shè)置兩個(gè)工作基點(diǎn)，工作基點(diǎn)要定期用平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行校測(cè)，采用精密導(dǎo)線或邊角交會(huì)法進(jìn)行各線工作基點(diǎn)的校測(cè)。

　　測(cè)點(diǎn)設(shè)置：變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體設(shè)置見(jiàn)圖2：

　　監(jiān)測(cè)精度設(shè)計(jì)：工作基點(diǎn)，相對(duì)于監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差應(yīng)小于 ;監(jiān)測(cè)點(diǎn)，相對(duì)于工作基點(diǎn)的橫向中誤差應(yīng)小于 。

　　(3)壩體表面縱向水平位移監(jiān)測(cè)

　　觀測(cè)橫向水平位移的同時(shí)，采用TCA2003全站儀測(cè)量各位移測(cè)點(diǎn)相對(duì)壩軸線方向的變化。

　　精度指標(biāo):邊長(zhǎng)單向觀測(cè)測(cè)回間讀數(shù)較差應(yīng)小于2.5mm。

　　2、沉降變形的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

　　(1)近壩區(qū)巖體豎向位移監(jiān)測(cè)

　　方案布置：近壩區(qū)巖體豎向位移監(jiān)測(cè)，采用一等精密水準(zhǔn)測(cè)量方法。在壩區(qū)和壩址下游區(qū)約一公里范圍內(nèi)建立一等精密水準(zhǔn)網(wǎng)，根據(jù)樞紐區(qū)建筑物和地質(zhì)情況 ,選設(shè)了 6 個(gè)垂直位移監(jiān)測(cè)工準(zhǔn)基點(diǎn)。

　　精度指標(biāo)：每公里水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差 ，相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的高程中誤差應(yīng)小于 。

　　(2)壩體豎向位移監(jiān)測(cè)

　　方案布置：壩體豎向位移監(jiān)測(cè)是把視準(zhǔn)線上的水平位移測(cè)點(diǎn)同時(shí)作為豎向位移測(cè)點(diǎn)，在每條視準(zhǔn)線上以豎向位移工作基點(diǎn)為起閉點(diǎn)，布置二等精密水準(zhǔn)附合路線，豎向位移測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)與水平位移測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)相同，工作基點(diǎn)的校測(cè)采用二等精密水準(zhǔn)，從一等水準(zhǔn)點(diǎn)起測(cè)作附合或閉合路線。

　　精度指標(biāo)：每公里水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差 ，相對(duì)工作基點(diǎn)的高程中誤差應(yīng)小于 。

　　3、監(jiān)測(cè)網(wǎng)的組成

　　監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用TCA2003邊坡自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要由TCA2003測(cè)量機(jī)器人、基點(diǎn)、參考點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)組成，是基于一臺(tái)測(cè)量機(jī)器人的有合作目標(biāo)(照準(zhǔn)棱鏡)的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全天候的無(wú)人值守監(jiān)測(cè)。

　　(1)工作基點(diǎn)

　　監(jiān)測(cè)前，首先依據(jù)壩體上目標(biāo)點(diǎn)及參考點(diǎn)的分布情況，合理安置TCA2003測(cè)量機(jī)器人，要求具有良好的通視條件,一般應(yīng)選擇在穩(wěn)定處,特殊情況下也應(yīng)選在相對(duì)穩(wěn)定處，使所有目標(biāo)點(diǎn)與全站儀的距離均在設(shè)置的觀測(cè)范圍內(nèi)，且避免同一方向上由兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，給全站儀的目標(biāo)識(shí)別帶來(lái)困難。為了儀器的防護(hù)、保溫等需要，并保證通視良好，應(yīng)專門(mén)設(shè)計(jì)，建造監(jiān)測(cè)站房。

　　(2)基準(zhǔn)點(diǎn)(參考點(diǎn))。

　　基準(zhǔn)點(diǎn)是進(jìn)行大壩變形觀測(cè)的起算基準(zhǔn)點(diǎn)，因而應(yīng)布設(shè)為控制網(wǎng)，至少保證在3個(gè)點(diǎn)以上。基準(zhǔn)點(diǎn)(三維坐標(biāo)已知)應(yīng)位于變形區(qū)以外，選擇適當(dāng)?shù)姆�(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)，用以在監(jiān)測(cè)變形點(diǎn)之前首先檢測(cè)基點(diǎn)位置的變化，以保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的有效性。

　　(3)目標(biāo)點(diǎn)(變形點(diǎn))。

　　根據(jù)需要，在變形體上選擇若干變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布在變形體上，到基點(diǎn)的距離應(yīng)大致相等，且互不阻擋。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上安置有對(duì)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)站的反射單棱鏡。在壩體的主要變形部位，例如最大高度處、合龍段、壩內(nèi)有泄水底孔部位、壩基地形和地質(zhì)變化較大的地段，沿橫向布設(shè)的變形點(diǎn)要適當(dāng)增多

　　三、變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理與分析

　　1、垂直壩軸線方向變形數(shù)據(jù)處理分析

　　此次進(jìn)行處理分析的觀測(cè)數(shù)據(jù)為壩頂高程為600的視準(zhǔn)線SA3，觀測(cè)時(shí)間為2006年1月14日至2007年11月29日，共有12期觀測(cè)數(shù)據(jù)，其中2007年4月4日觀測(cè)數(shù)據(jù)有明顯錯(cuò)誤，可用11期觀測(cè)數(shù)據(jù)。視準(zhǔn)線SA3共有變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)17個(gè)，SA3-2至SA3-17，對(duì)其中的8個(gè)變形點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。通過(guò)各變形點(diǎn)的變形趨勢(shì)圖可知各變形點(diǎn)并無(wú)明顯的變形規(guī)律，壩體有些點(diǎn)變形起伏較大也體現(xiàn)了土石壩變形較大的特點(diǎn)。通過(guò)分析可知大壩在垂直壩軸線方向的穩(wěn)定性較好，壩體的平面變形正常，運(yùn)行良好。

　　2壩體沉降變形資料的處理與分析

　　此次進(jìn)行處理與分析的沉降數(shù)據(jù)為壩頂高程600的觀測(cè)數(shù)據(jù)。觀測(cè)時(shí)間為2004年6月8日至2005年12月13日，共有12期觀測(cè)數(shù)據(jù)，壩頂共設(shè)置有沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)17個(gè)，SA3-2至SA3-17，對(duì)其中的7個(gè)沉降變形點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。通過(guò)各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降趨勢(shì)圖可知壩體存在緩慢下沉的規(guī)律，在觀測(cè)初期壩體下沉速率明顯大于觀測(cè)后期。隨著時(shí)間的推移大壩沉降越來(lái)越緩慢逐漸趨于穩(wěn)定。通過(guò)分析可知大壩在垂直方向沉降正常穩(wěn)定性較好。

　　四、結(jié)論

　　外部變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所確立的精度指標(biāo)是作為施工期，蓄水期和正常運(yùn)營(yíng)期的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐認(rèn)為，施工期填筑骨料過(guò)程中平面和豎向位移都比較大，而且施工干擾大，對(duì)精密測(cè)量影響很大，所以把施工期，蓄水期，正常運(yùn)營(yíng)期分三個(gè)檔次確立精度指標(biāo)。通過(guò)壩體垂直于壩軸線方向的平面位移和壩體的垂直位移分析結(jié)果可知壩體平面沒(méi)有明顯位移且沉降正常，壩體處于正常的變形范圍內(nèi)，運(yùn)行狀態(tài)良好。

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