摘 要：大壩的外部變形監測是整個水利樞紐安全監測的重要組成部分，其主要由基準點網、工作基點網、監測網三級觀測組成。目前主要采用大地測量方法，遵循分級布網逐級控制的原則進行平面控制網和高程控制網設計。本文對黑河大壩安全監測網進行研究分析，并對壩體視準線平面和高程的監測數據進行了分析處理。

　　關鍵詞：變形監測,監測網,數據處理與分析

　　一、引言

　　黑河金盆水庫，是西安市黑河引水系統的主水源，是一項以城市供水為主，兼有農灌、發電、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、左岸單薄山梁防滲及副壩等建筑物組成。大壩為均質土壩。

　　二、監測網組成

　　1、水平位移的監測設計

　　(1)近壩區巖體水平位移監測

　　方案布置：大壩外部變形監測及近壩區巖體水平位移監測，采用大地測量的方法建立平面位移控制網，大壩外部變形監測控制網覆蓋整個面板堆石壩，溢洪道、導流洞、引水洞進口、壩下近壩區巖體變形區。

　　網形設計：根據壩區地形巖體監測部位及水工建筑物布設情況，水平位移監測控制網由8點組成，壩下線兩岸對稱分布。由于受地形限制，少數點間高差較大，網中最大邊長1160米，最小邊長476米，平均邊長750米。最大垂直角7度30分。具體網形如圖1

　　基準設計：平面監控網基準采用常規的固定基準設在穩定的基巖上，并盡量遠離壓力區。

　　觀測量設計：根據規范要求，布設專用全邊角監測網以保證網的可靠性，設計時考慮的觀測量較多，以確保平差時有足夠的篩選余地。

　　精度設計：監測控制網最弱點點位中誤差小于等于 。各點的點位精度控制按最小二乘法進行估算，先驗權按從估算結果看，滿足設計精度要求

　　(2)壩體表面橫向水平位移監測

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

　　視準線基點設置：每條視準線均設置兩個工作基點，工作基點要定期用平面監測網進行校測，采用精密導線或邊角交會法進行各線工作基點的校測。

　　測點設置：變形監測點的具體設置見圖2：

　　監測精度設計：工作基點，相對于監測網點的點位中誤差應小于 ;監測點，相對于工作基點的橫向中誤差應小于 。

　　(3)壩體表面縱向水平位移監測

　　觀測橫向水平位移的同時，采用TCA2003全站儀測量各位移測點相對壩軸線方向的變化。

　　精度指標:邊長單向觀測測回間讀數較差應小于2.5mm。

　　2、沉降變形的監測設計

　　(1)近壩區巖體豎向位移監測

　　方案布置：近壩區巖體豎向位移監測，采用一等精密水準測量方法。在壩區和壩址下游區約一公里范圍內建立一等精密水準網，根據樞紐區建筑物和地質情況 ,選設了 6 個垂直位移監測工準基點。

　　精度指標：每公里水準測量的偶然中誤差 ，相對基準點的高程中誤差應小于 。

　　(2)壩體豎向位移監測

　　方案布置：壩體豎向位移監測是把視準線上的水平位移測點同時作為豎向位移測點，在每條視準線上以豎向位移工作基點為起閉點，布置二等精密水準附合路線，豎向位移測點的點號與水平位移測點的點號相同，工作基點的校測采用二等精密水準，從一等水準點起測作附合或閉合路線。

　　精度指標：每公里水準測量的偶然中誤差 ，相對工作基點的高程中誤差應小于 。

　　3、監測網的組成

　　監測網采用TCA2003邊坡自動監測系統，主要由TCA2003測量機器人、基點、參考點、目標點組成，是基于一臺測量機器人的有合作目標(照準棱鏡)的變形監測系統，可實現全天候的無人值守監測。

　　(1)工作基點

　　監測前，首先依據壩體上目標點及參考點的分布情況，合理安置TCA2003測量機器人，要求具有良好的通視條件,一般應選擇在穩定處,特殊情況下也應選在相對穩定處，使所有目標點與全站儀的距離均在設置的觀測范圍內，且避免同一方向上由兩個監測點，給全站儀的目標識別帶來困難。為了儀器的防護、保溫等需要，并保證通視良好，應專門設計，建造監測站房。

　　(2)基準點(參考點)。

　　基準點是進行大壩變形觀測的起算基準點，因而應布設為控制網，至少保證在3個點以上。基準點(三維坐標已知)應位于變形區以外，選擇適當的穩定的基準點，用以在監測變形點之前首先檢測基點位置的變化，以保證監測結果的有效性。

　　(3)目標點(變形點)。

　　根據需要，在變形體上選擇若干變形監測點，這些監測點分布在變形體上，到基點的距離應大致相等，且互不阻擋。每個監測點上安置有對準監測站的反射單棱鏡。在壩體的主要變形部位，例如最大高度處、合龍段、壩內有泄水底孔部位、壩基地形和地質變化較大的地段，沿橫向布設的變形點要適當增多

　　三、變形監測的數據處理與分析

　　1、垂直壩軸線方向變形數據處理分析

　　此次進行處理分析的觀測數據為壩頂高程為600的視準線SA3，觀測時間為2006年1月14日至2007年11月29日，共有12期觀測數據，其中2007年4月4日觀測數據有明顯錯誤，可用11期觀測數據。視準線SA3共有變形監測點17個，SA3-2至SA3-17，對其中的8個變形點的數據進行了處理。通過各變形點的變形趨勢圖可知各變形點并無明顯的變形規律，壩體有些點變形起伏較大也體現了土石壩變形較大的特點。通過分析可知大壩在垂直壩軸線方向的穩定性較好，壩體的平面變形正常，運行良好。

　　2壩體沉降變形資料的處理與分析

　　此次進行處理與分析的沉降數據為壩頂高程600的觀測數據。觀測時間為2004年6月8日至2005年12月13日，共有12期觀測數據，壩頂共設置有沉降變形監測點17個，SA3-2至SA3-17，對其中的7個沉降變形點的數據進行了處理。通過各沉降監測點的沉降趨勢圖可知壩體存在緩慢下沉的規律，在觀測初期壩體下沉速率明顯大于觀測后期。隨著時間的推移大壩沉降越來越緩慢逐漸趨于穩定。通過分析可知大壩在垂直方向沉降正常穩定性較好。

　　四、結論

　　外部變形監測系統，所確立的精度指標是作為施工期，蓄水期和正常運營期的作業標準。經過實踐認為，施工期填筑骨料過程中平面和豎向位移都比較大，而且施工干擾大，對精密測量影響很大，所以把施工期，蓄水期，正常運營期分三個檔次確立精度指標。通過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果可知壩體平面沒有明顯位移且沉降正常，壩體處于正常的變形范圍內，運行狀態良好。

　　參考文獻：

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