和川引水樞紐工程大壩垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)

李殿龍

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 概述

和川引水樞紐工程地處臨汾市安澤縣和川鎮(zhèn)嶺南村附近，工程主要是為解決臨汾市的工農(nóng)業(yè)及生活用水問(wèn)題。工程由引水樞紐工程和輸水工程兩部分組成。測(cè)區(qū)位于安澤縣東北部，測(cè)區(qū)內(nèi)平均海拔900m左右。測(cè)區(qū)附近有第安公路通過(guò)，交通較為便利，測(cè)區(qū)內(nèi)村莊稀少，交通較為困難，斷面樁又布設(shè)在淹沒(méi)高程之上，作業(yè)高差大，工作難度較大。大壩垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)于2009年10月27日開(kāi)始，2009年11月取得首次觀測(cè)，至2010年11月已觀測(cè)兩次，為大壩及邊坡提供了垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)，同時(shí)為壩下巖體沉降特征評(píng)價(jià)提供了監(jiān)測(cè)依據(jù)。

2 垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)

2.1 布網(wǎng)原則

二等水準(zhǔn)路線是國(guó)家高程控制的基礎(chǔ)，應(yīng)在一等水準(zhǔn)環(huán)內(nèi)布設(shè)。二等水準(zhǔn)路線盡量沿省、縣級(jí)公路布設(shè)，如有特殊需要可跨鐵路、公路及河流布設(shè)。二等水準(zhǔn)環(huán)線周長(zhǎng)在平原和丘陵地區(qū)應(yīng)不大于750 km，山區(qū)和困難地區(qū)可酌情放寬。本次為二等水準(zhǔn)路線，工程施工期利用施工控制網(wǎng)進(jìn)行工程變形監(jiān)測(cè)的重要臨時(shí)沉降工作基點(diǎn)納入網(wǎng)中，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。監(jiān)測(cè)網(wǎng)的高程系統(tǒng)與工程施工控制網(wǎng)的高程系統(tǒng)一致，監(jiān)測(cè)網(wǎng)垂直位移量中誤差±2 mm。

2.2 布網(wǎng)精度

各等級(jí)每千米水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差M△和每千米水準(zhǔn)測(cè)量的全中誤差Mw不應(yīng)超過(guò)相關(guān)規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。

2.3 布網(wǎng)設(shè)計(jì)

本次大壩位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)應(yīng)選在比較穩(wěn)定且方便使用的位置?？紤]到工程的實(shí)際情況，大壩左右岸各布設(shè)1個(gè)工作基點(diǎn)。

根據(jù)工程要求，在大壩排水溝里布設(shè)11個(gè)大壩監(jiān)測(cè)點(diǎn)。高程控制起算數(shù)據(jù)采用2008年3月所測(cè)的臨汾市引沁入汾輸水線路二等水準(zhǔn)成果高程起算數(shù)據(jù)Ⅱ壩右高程910.127m；Ⅱ壩右高程900.085m。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，標(biāo)石均保存完好，經(jīng)檢測(cè)可以使用，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 起算數(shù)據(jù)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

3 垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 觀測(cè)儀器

水準(zhǔn)觀測(cè)使用TRIBMLE的DINI12電子水準(zhǔn)儀，儀器經(jīng)中測(cè)國(guó)檢（北京）測(cè)繪儀器檢測(cè)中心鑒定，鑒定結(jié)果合格。采用二等水準(zhǔn)精度施測(cè)，詳見(jiàn)《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》相關(guān)部分。

3.2 監(jiān)測(cè)網(wǎng)線路、點(diǎn)布設(shè)

本次測(cè)量布設(shè)為閉合水準(zhǔn)線路：以Ⅱ壩右為起算點(diǎn)，沿水準(zhǔn)線路布設(shè)11個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，編號(hào)為11號(hào)垂監(jiān)、10號(hào)垂監(jiān)、9號(hào)垂監(jiān)、8號(hào)垂監(jiān)、7號(hào)垂監(jiān)、6號(hào)垂監(jiān)、5號(hào)垂監(jiān)、4號(hào)垂監(jiān)、3號(hào)垂監(jiān)、2號(hào)垂監(jiān)、1號(hào)垂監(jiān)，長(zhǎng)約9 km。兩次監(jiān)測(cè)時(shí)間分別為2009年11月3—20日，2010年11月5—25日。

3.3 觀測(cè)要求

外業(yè)水準(zhǔn)測(cè)量檢驗(yàn)：在作業(yè)期間，自動(dòng)安平光學(xué)水準(zhǔn)儀每天檢校一次i角，氣泡式水準(zhǔn)儀每天下午各檢校一次i角，作業(yè)開(kāi)始后的7個(gè)工作日內(nèi)，若i角較為穩(wěn)定，以后每隔15 d檢校一次。數(shù)字水準(zhǔn)儀整個(gè)作業(yè)期間應(yīng)每天測(cè)前進(jìn)行i角測(cè)定。經(jīng)i角測(cè)量均小于《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》規(guī)定的15″，符合規(guī)范要求。測(cè)段往返側(cè)不符值、環(huán)閉合差、每千米水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差和每千米水準(zhǔn)測(cè)量的全中誤差等按二等水準(zhǔn)精度進(jìn)行檢驗(yàn)，全長(zhǎng)9.0 km，由1個(gè)閉合環(huán)組成。兩次監(jiān)測(cè)路線的每公里全中誤差規(guī)范規(guī)定在環(huán)線為20個(gè)時(shí)才進(jìn)行計(jì)算，本次監(jiān)測(cè)1個(gè)閉合環(huán)小于20個(gè)，因此沒(méi)有計(jì)算線路的每公里全中誤差。

兩次監(jiān)測(cè)的線路閉合差見(jiàn)表2。

表2 工作基點(diǎn)環(huán)水準(zhǔn)路線閉合差

3.4 數(shù)據(jù)采集

水準(zhǔn)主路線采用閉合路線監(jiān)測(cè)。使用同一類(lèi)型的儀器和轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承，沿同一道路進(jìn)行。每一測(cè)段的站數(shù)均為偶數(shù)站。由往測(cè)轉(zhuǎn)向返測(cè)時(shí)，兩支標(biāo)尺應(yīng)互換位置，并重置儀器。測(cè)站視線長(zhǎng)度小于或等于50m，前后視距差不大于0.3m，視距差累積不大于1.5m，視線高要求2.8~0.3m。同一測(cè)段的往測(cè)（或返測(cè)）與返測(cè)（或往測(cè)）基本上在上午或下午分別進(jìn)行。每一周期應(yīng)使用相同的監(jiān)測(cè)路線和監(jiān)測(cè)方法、同一儀器和設(shè)備及固定的監(jiān)測(cè)人員。監(jiān)測(cè)前30 min將儀器置于露天陰影下使儀器與外界溫度趨于一致；設(shè)站時(shí)用測(cè)傘遮蔽陽(yáng)光，遷站時(shí)罩以?xún)x器罩。測(cè)站往測(cè)時(shí)的監(jiān)測(cè)順序是奇數(shù)站為后前前后，偶數(shù)站為前后后前；返測(cè)時(shí)，奇、偶測(cè)站照準(zhǔn)標(biāo)尺的順序與往測(cè)時(shí)偶奇站相同。

3.5 平差計(jì)算

二等垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)路線長(zhǎng)度所測(cè)高差進(jìn)行水準(zhǔn)標(biāo)尺長(zhǎng)度誤差改正、溫度改正、路線閉合差改正等項(xiàng)改正后，采用南方2005平差易軟件對(duì)該水準(zhǔn)線路進(jìn)行嚴(yán)密平差。結(jié)果表明：第一次測(cè)量每公里偶然中誤差為0.54 mm，小于規(guī)范1 mm的精度要求；相對(duì)于起算點(diǎn)的最弱點(diǎn)（1號(hào)垂監(jiān)）高程中誤差為±0.25 mm，小于2 mm；第二次測(cè)量每公里偶然中誤差為0.61 mm，小于規(guī)范1 mm的精度要求；相對(duì)于起算點(diǎn)的最弱點(diǎn)（1號(hào)垂監(jiān)）高程中誤差為±0.41 mm，小于2 mm的精度要求，各項(xiàng)精度指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

4 大壩巖體沉降分析

和川引水樞紐工程系混凝土壩監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 和川引水樞紐工程系混凝土壩監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降統(tǒng)計(jì)表

從2010年成果可以看出，相對(duì)于2009年，從上表監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)水準(zhǔn)閉合路線的，高程最大差為+0.7 mm，小于限差±5.6 mm（±5.6 mm為沉降標(biāo)準(zhǔn)），說(shuō)明和川引水樞紐工程系混凝土壩測(cè)量時(shí)間范圍內(nèi)整體上穩(wěn)定。

和川引水樞紐工程系混凝土壩垂直監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的建網(wǎng)從設(shè)計(jì)、選點(diǎn)、埋設(shè)到觀測(cè)，歷時(shí)一個(gè)月，工作過(guò)程中嚴(yán)格遵守規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，數(shù)據(jù)成果精度較高，確保測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目工程按質(zhì)按時(shí)完成。經(jīng)平差計(jì)算，監(jiān)測(cè)網(wǎng)兩次觀測(cè)的初始值成果具有較高的精度水平，為今后大壩安全運(yùn)行、建筑物變形監(jiān)測(cè)和邊坡安全監(jiān)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)大壩工程壩址附近順河流向一般有較大的監(jiān)測(cè)范圍，對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)及時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)是確保邊坡、建筑物沉降的關(guān)鍵，同時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降與水庫(kù)水位升降存在關(guān)聯(lián)性，因此監(jiān)測(cè)網(wǎng)的合理復(fù)測(cè)周期綜合庫(kù)水位特征考慮極為必要。

水庫(kù)大壩工程垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在蓄水影響范圍之外，為同時(shí)滿足其最弱點(diǎn)垂直位移中誤差不大于±2 mm的要求，應(yīng)綜合工程特性，合理控制監(jiān)測(cè)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與規(guī)模。當(dāng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)規(guī)模較大時(shí)，將網(wǎng)內(nèi)水準(zhǔn)路線特別是關(guān)鍵水準(zhǔn)路線設(shè)置為固定水準(zhǔn)路線，可對(duì)提高觀測(cè)效率與確保觀測(cè)精度起到關(guān)鍵作用。