覃富恒
（廣西河池水利電力勘測設計研究院 廣西河池 547000）
【摘 要】 介紹了變形觀測基準網和監測網的布網、施測和精度情況，以及對大壩變形監測的認識和體會。
【關鍵詞】 變形監測 測量控制網 測量精度 大壩觀測 位移觀測 坡甲水電大壩
0 引言
2005年9月，我院受廣西三聚公司的委托，對坡甲水電大壩進行變形觀測監測網的設計和施工，并在工程竣工后對工程大壩進行了4次水平位移和垂直位移的變形觀測，取得了階段性的大壩變形資料。
1 坡甲變形監控網的布置
布網的總原則：首先，基準網要布設在地質條件較好的基巖上，工作基點需要點位高程較高而又靠近壩區，便于觀測，校核基準點位于較遠點與工作基準點組成基準網；其次，變形觀測點要布設在壩體上對分析位移變化規律有代表性的部位，并滿足《混凝土大壩安全監測規范》（以下簡稱“監測規范”）的指標要求。
1.1 水平位移監測網的布置
1.1.1 水平位移基準網的布置觀測
水平位移基準網由6個點組成，水平位移變形觀測網由8個點組成（見圖1）。
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圖1
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水平位移基準點編號為I18、IV20、5#、6#、3#和4#。這些點都建于地質條件較好的基巖上，5#、6#點為工作基點，點位高程較高而又靠近壩區，I18、IV20、3#、4#為校核基準點，基準點均留置半年左右時間待點位穩定以后再進行基準網施測。基準網的I18、IV20點屬電站的施工測量控制網布設點，成果可作為基準網的起算數據，坐標系統為1954年北京坐標系統。基準網的5#、6#、3#、4#點組成一個大地四邊形并與起算點I18、IV20點進行連測。為了提高基準網的圖形強度，將采用邊角網的形式進行施測。對基準網多余觀測分量和點位精度進行預期估算，得出觀測值最小的多余觀測分量（即可靠性因子）為0.14，最弱點的點位中誤差為±1.41mm。從估算的各觀測值多余觀測分量來看，雖然本網因受地形條件限制，圖形條件顯得略為單薄，但由于采用邊角同測，多余觀測數較多，仍具有較強的抵御粗差能力，而且點位精度優于監測規范的要求。基準網的觀測采用索佳SET210全站儀按三等三角網的測量技術要求測角和測距進行施測。氣壓和溫度均采用測站點和覘標點的均值預置在全站儀內，氣壓和溫度改正距離經全站儀自動改正，經兩差改正和投影到測區高程面上后往返測距較差均在規范允許范圍內，各項限差按《混凝土大壩安全監測規范》和《水利水電工程測量規范》執行。
1.1.2 水平位移監測網的布置
根據監測工作的需要，在壩體頂部下游面上布置一個由8個點組成、邊角同測的水平位移監測網，點的編號為TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6、TP7、TP8，（見圖1），8個點分布于拱弧位置。對水平監測網進行觀測值多余觀測分量和點位精度的預期估算，得出觀測值最小的多余觀測分量（即可靠性因子）為0.15，最弱點點位中位誤差為±0.92mm。對于壩體上的監測點，還應把其x、y方向的位移量中誤差歸算到大壩徑向、切向的位移量中誤差，并折算成位移量中誤差，得出最大的徑向位移量中誤差為±0.95mm，切向位移量中誤差為±0.81mm，均分別小于監測規范規定的徑向位移量中誤差不大于±2.0mm、切向位移量中誤差不大于±1.0mm的要求。此外，監測規范中規定可靠性因子值不宜小于0.2，故水平位移監測網具有較強的抵御粗差能力。判別壩體及抗力體是否發生位移的能力與判別使用的監測手段的精度是緊密相關的；上述水平位移監測網具有較高的精度，因而能有效地監測壩體及抗力體的位移及其變化規律。
1.2 水平位移監測網的觀測
坡甲水電站2006年5月開始蓄水運行，廣西水電工程局在蓄水前進行兩個小測次觀測，取平均值作為基準值。我院在其后進行了4次觀測，每次觀測水平位移監測網按三等邊角網觀測。測角測邊采用徠卡TC302全站儀，標稱精度：測角2″、測距2+2ppm，采用全圓方向觀測法觀測12個測回，測邊觀測6個測回，每測回是指照準一次讀數4次，各項限差按《混凝土大壩安全監測規范》和《水利水電工程測量規范》執行。觀測時使用徠卡原配棱鏡，在觀測中嚴格讀取測站和鏡站的干、濕溫度和氣壓并將其和儀器常數直接置入儀器中。
1.3 水平位移網觀測的精度評價
1.3.1 水平位移基準網觀測的精度評價
由6個點組成的水平位移基準網，平均邊長301m，最長邊長409m，最短邊長182m。平差計算之前首先對極條件、圖形條件、對角和條件，以及由觀測邊長反算角與直接觀測角的比較條件等進行檢驗，各項驗算通過之后，便進行平差計算。平差采用水電部水規院、天津院、新疆院合編的《水利水電工程PC-1500程序集》中的控制網嚴密平差程序。經平差后測網方向中誤差為1.27″，最弱點的長半軸位差為±1.00mm，折成長半軸方向的位移量中誤差為±1.95mm，滿足《混凝土大壩安全監測規范》規定的指定方向位移量中誤差不大于±2.0mm的要求。
1.3.2 水平位移監測網的觀測精度評價
由8個點組成的水平位移監測網，最長邊長208m，最短邊長50m，平均邊長133m。此網按三等三角網的測量技術要求邊角同測，我院測量采用徠卡TC302全站儀，標稱精度：測角2″、測距2+2ppm，采用全圓方向觀測法觀測12個測回，測邊觀測6個測回，每測回是指照準一次讀數4次。測角中誤差，測邊平均值中誤差均在規范規定范圍之內。各項精度指標見野外觀測精度指標統計表：
野外觀測精度指標統計表
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半測回歸零差最大值（″） |
同一測回2C變化最大值（″） |
同一方向各測回較差最大值（″） |
垂直角測回較差最大值（″） |
斜距測回較差最大值（mm） |
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實測 |
規范 |
實測 |
規范 |
實測 |
規范 |
實測 |
規范 |
實測 |
規范 |
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6 |
8 |
11 |
13 |
8.5 |
9 |
8 |
8 |
2 |
5 |
平差以工作基點5#、6#點為固定點，5#—6#為起算方位，邊角的權配比用迭代法確定，經平差后各點的誤差歸算到大壩的徑向、切向上，其精度滿足《混凝土大壩安全監測規范》所規定的位移量中誤差徑向不大于±2.0mm、切向不大于±1.0mm的要求。
1.4 垂直位移網的布置
1.4.1 垂直位移基準網的布置
垂直位移基準網由埋設在生活區地質穩定的BM1、BM2和BM3組成。利用I18作為起算點，按一等水準測量要求，采用 Ni002自動安平水準儀進行往返觀測，組成符合水準線路，分別聯測到BM1、BM2和BM3上，為垂直位移監測提供可靠的基準。基準網布置見圖1。
1.4.2 垂直位移監測網的布置
垂直位移監測點均布設在水平位移觀測墩的右側下方，水準路線從工作基點BM1出發，經上壩道路后在壩體上連測垂直位移監測點，最后沿途反測回到工作基點BM3上。
1.5 垂直位移基準網和監測網的觀測垂直位移基準網和監測網使用Ni002自動安平水準儀觀測。
儀器的標稱精度為每公里偶然中誤差±（0.2～0.3）mm。在整個水準觀測過程中，堅持所走路線相同和主要作業人員相同。儀器的操作及各項限差執行《水利水電工程測量規范》。
1.6 首次觀測精度評價
1.6.1 垂直位移基準網觀測的精度評價
一等水準環線長2.2km，用Ni002自動安平水準采用雙擺位法觀測。環線閉合差為0.6mm，由往返測不符值算得的每公里偶然中誤差為±0.28mm，達到《水利水電工程測量規范》規定的±0.45mm／km的要求。對一等水準環線采用水電部水規院、天津院、新疆院合編的《水利水電工程PC-1500程序集》中的任意高程網嚴密平差程序平差，以I18為起算點，評定得工作基點BM1、BM2和BM3的高程中誤差分別為±0.18mm、±0.16mm和±0.13mm。
1.6.2 垂直位移監測網觀測的精度評價
從工作基點BM1出發，水準路線經上壩道路后在壩體上連測垂直位移監測點，最后沿途反測回到工作基點BM3上。平差以BM1和BM3為起算點，采用水電部水規院、天津院、新疆院合編的《水利水電工程PC-1500程序集》中的任意高程網嚴密平差程序平差。得出壩體內垂直位移監測點4次觀測的最弱點相對于工作基點的高程中誤差分別為±0.76mm、±0.53mm、±0.85mm和±0.61mm，滿足《混凝土大壩安全監測規范》所規定的位移量中誤差不大于±1.0mm的要求。
2 幾點認識和體會
（1）大壩前期得到的基準值為施工單位測定，在以后每次測定的成果都與之相比較，這個差值就是位移量，位移量的變化反映大壩的變形，由于施工單位不一定把基準值測得很精確，所以可能會使得出的位移量顯得大一些，但位移量的變化和變化的規律才是最重要的，基準值的精度對研究大壩變形規律影響不大；
（2）進行大壩的位移監測時，最好是主要作業人員相同、使用儀器設備相同及所走路線相同，這樣就會因有更多共性而更有可比性；
（3）壩體水平及垂直位移監測點的布置最好由測量專業人員與水工專業人員共同完成，因為水工人員對垂直位移監測點的觀測方案往往考慮不周，而測量人員對布點代表性考慮得也不一定全面。若單由一方來布置壩內垂直位移監測點，則可能存在缺陷。
（4）判別大壩位移及其變化規律的能力與位移監測網的觀測精度有關。因此通過多次測量得出的成果能夠將大壩施工期位移的真實動態正確地反映出來。
【參考文獻】
[1] DL/T5178-2003.《混凝土壩安全監測技術規范》[S]
[2] GB/ 12897-1991.《國家一、二等水準測量規范》[S]
[3] GB50026-931.《工程測量規范》[S]
[4] 李青岳[M].《工程測量學》.（測繪出版社）1984
