沙牌水電站蓄水期大壩變形觀測的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

10/10水電站設(shè)計(jì)DHPS

第19卷第4期2003年12月沙牌水電站蓄水期大壩變形觀測的設(shè)計(jì)與應(yīng)用吳 常 棟(國家電力公司成都勘測設(shè)計(jì)商量院,四川成都摘要:以沙牌水電站蓄水期大壩的變形觀測為例,介紹了運(yùn)用常規(guī)大地測量法進(jìn)行大壩平安監(jiān)測在設(shè)計(jì)的一些閱歷和方法。關(guān)鍵詞:變形觀測;測量掌握;平差計(jì)算;水平位移;垂直位移;沙牌拱壩中圖法分類號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1003-(2003)--1 前 言土拱壩,壩高130m,壩型為三心圓單曲拱壩,壩頂高程,底寬28m,頂寬915m。年6月16日正式開工,年2月底完成大壩基礎(chǔ)開挖,年3月9日正式開頭大壩混凝土澆筑度受到耽擱,到年5月大壩才澆筑至設(shè)計(jì)高程位,并于年5月8日正式下閘蓄水。在蓄水期間為了監(jiān)視大壩的平安正常運(yùn)行和客觀地反映大壩不同高程拱圈在水荷載作用下的變化規(guī)律,對大壩實(shí)施了變形觀測。2 觀測方案的設(shè)計(jì)直位移監(jiān)測。該網(wǎng)作為沙牌大壩建設(shè)的一部分,已于年建成并投產(chǎn),壩體各部分監(jiān)測點(diǎn)在蓄水前均已相繼建設(shè)完成面位移監(jiān)測包括:壩頂五點(diǎn)邊角網(wǎng)觀測壩后監(jiān)測點(diǎn)前方交會(huì)觀測。大壩垂直位移監(jiān)測包括:壩頂監(jiān)測點(diǎn)垂直位移觀測高程和1810m高程水平廊道垂直位移觀測的較為完備的臨時(shí)性大壩變形觀測系統(tǒng),為本次變形觀測設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)選取和方案優(yōu)化設(shè)計(jì)供應(yīng)了保證。大壩蓄水前庫區(qū)死水位為1780m高程。整個(gè)

蓄水分二個(gè)階段完成:第一階段,蓄水位從1780～1805m高程(蓄至1號(hào)泄洪洞口),水位上升15m。在這段時(shí)間內(nèi)停止蓄水約8～10小時(shí),其間工作人員將對大壩及近壩區(qū)水工建筑物和巖體進(jìn)行全面檢查,同時(shí)也將對庫區(qū)清渣情況進(jìn)行檢查和最后清理,為下一階段蓄水作好籌備;其次階段,如果第一階段進(jìn)展順利,蓄水位將從1805m上升至1825m高程(蓄至2號(hào)泄洪洞口),水位上升20m。依據(jù)蓄水位的變化,全網(wǎng)分別接受相同的起算基準(zhǔn)獨(dú)立觀測四個(gè)測次1測次在蓄水前進(jìn)行,平差結(jié)果經(jīng)檢驗(yàn)合格后,取該兩測次觀測成果的均值作為大壩蓄水變形分析的基準(zhǔn)值測次在蓄水的兩個(gè)不同階段分別進(jìn)行觀測。3 變形觀測觀測期間天氣晴朗,氣候干燥。作業(yè)人員在觀測前依據(jù)規(guī)范要求和依據(jù)現(xiàn)場觀測條件,進(jìn)行了較為充分的籌備,選取了有利的時(shí)間段,使氣象條件等客觀因素對外業(yè)數(shù)據(jù)采集的精度影響削減到最小。觀測期間平均氣溫為降水量較少,風(fēng)力1～5級(jí)。為了保證觀測精度,在外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)壩頂五點(diǎn)網(wǎng)觀測限差分別家三角測量規(guī)范》(GB/-2000)一等測角和一等測邊限差要求執(zhí)行;壩后交會(huì)法觀測按一等前方測角交會(huì)法限差執(zhí)行;水準(zhǔn)觀測均家一等水準(zhǔn)測量規(guī)范》(-91)的一等觀測限差要求執(zhí)行器接受一級(jí)(1類)設(shè)備,即平面觀測接受測角精度收稿日期:2003--作者簡介:吳常棟(1976-),男,河北沽源人,助理工程師,主要從事精密工程測量工作。 1mm+1-6mm的儀器;水準(zhǔn)觀測接受S05型儀器。壩頂平面監(jiān)測網(wǎng)壩頂平面監(jiān)測網(wǎng)是由J020304共5點(diǎn)構(gòu)成的全邊角網(wǎng),原大壩平面位移基準(zhǔn)網(wǎng)的兩點(diǎn)作為該網(wǎng)基本起算元素1所示,全網(wǎng)圖形較為特別,最長邊為144m,最短邊為52m。壩頂平面位移監(jiān)測點(diǎn)的高程測量監(jiān)測點(diǎn)和供邊長改平使用,故觀測中接受一等水準(zhǔn)支線納入壩頂垂直位移監(jiān)測網(wǎng)一并進(jìn)行共獨(dú)立觀測4個(gè)單測次,取第一中數(shù)作為各點(diǎn)的首次觀測基準(zhǔn)值測變形觀測的要求,當(dāng)?shù)谝粫r(shí),取其平均值作為首期觀測成果次壩頂平面位移監(jiān)測點(diǎn)的高程觀測時(shí)間與平面網(wǎng)邊。壩頂網(wǎng)各測次(測段)高程觀測成果驗(yàn)算主要精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表3。表3壩頂網(wǎng)點(diǎn)高程觀測成果精度統(tǒng)計(jì)測 的分級(jí)比例的百分比/%次然中誤差/mm<2<3圖1壩頂平面位移監(jiān)測網(wǎng)水平角及邊長外業(yè)觀測精度壩頂平面監(jiān)測網(wǎng)水平角觀測按規(guī)范要求,接受全圓方向法觀測12個(gè)測回。壩頂平面監(jiān)測網(wǎng)邊長觀測,接受不同時(shí)段來回各4測回,每測回照準(zhǔn)一次讀數(shù)4次,接受測站測定氣壓。氣壓讀至015mmHg,溫度讀至使用千分卡尺量測儀器高程和棱鏡高至011mm。方向觀測成果精度(見表1)受網(wǎng)形條件的影響,本網(wǎng)在進(jìn)行方向及邊長觀標(biāo),其余圖形及邊角條件在計(jì)算過程中僅列出以供參考。表1方向限值統(tǒng)計(jì) 合格率/%

1 2 3 4 壩臉平面交會(huì)觀測及壩頂弦長觀測壩臉平面位移監(jiān)測網(wǎng)由J0506080912、J14交會(huì)觀測點(diǎn)構(gòu)成,接受前方測角交會(huì)法觀測。以大壩施工期建筑的永久性平面位移基準(zhǔn)網(wǎng)的兩點(diǎn)作為該網(wǎng)固定點(diǎn)起算元素觀測條件限制,交會(huì)點(diǎn)精度以達(dá)到要求為準(zhǔn)圖見圖2。觀測,水平角外業(yè)觀測時(shí)分別以和后視點(diǎn),每測站依據(jù)全圓方向法觀測6個(gè)測回,因監(jiān)測點(diǎn)分別在壩高1820m高程和1830m高程布設(shè)(其中J050608分布于1820m高程面,J091214分布于1810m高程面,見圖2),故在實(shí)際觀測中進(jìn)行測 次差差″0000向2C差″0000向2C差″0000差″0000

分組觀測外業(yè)采集限差作出主要驗(yàn)算指標(biāo)。表4壩后平面監(jiān)測網(wǎng)水平角觀測限值統(tǒng)計(jì)合格率/%化歸同一起始方向,同一方向值各測回互差邊長觀測成果精度統(tǒng)計(jì)(詳見表2)

測 次差差″0000向2C差″0000表2邊長觀測成果精度統(tǒng)計(jì)測總實(shí)測來回閉合差小于允許值的分級(jí)比例條10式0%0%0%10式0%0%0%420式0%0%0%430式0%0%0%3

/mm

不同測回同方向2C值互差化歸同一起始方向,同一方向值各測回互差垂直位移監(jiān)測網(wǎng)垂直位移監(jiān)測網(wǎng)包括1750m高程水平廊道和壩頂網(wǎng)。各網(wǎng)均接受一等水準(zhǔn)支線進(jìn)行觀4見公式 % % % 注:邊長限值計(jì)算公式為:2(a+b-6)mm。

測,觀測路線略圖如圖3所示。81 圖2大壩平面位移監(jiān)測點(diǎn)布置及每測站高差中數(shù)偶然中誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果列入表5,以衡量一等水準(zhǔn)外業(yè)數(shù)據(jù)觀測精度。4 平差計(jì)算圖3水準(zhǔn)路線觀測略圖壩頂平面位移監(jiān)測網(wǎng)壩頂平面位移監(jiān)測網(wǎng)邊長經(jīng)氣象元素?cái)?shù),再用各點(diǎn)高程(以當(dāng)前測次觀測成果為準(zhǔn))將斜距改化為平距,統(tǒng)一投影在1700m高程平面上,氣象元素分別接受現(xiàn)場實(shí)地測表5各點(diǎn)高程觀測成果精度指標(biāo)測 實(shí)測來回閉合差小于允許值的分級(jí)比/%

/mm 次<1/2限差<2/3限差合限限值實(shí)測1234定的測站和鏡站的干。行。計(jì)算中以右岸近壩體點(diǎn)為起算點(diǎn),以的坐標(biāo)方位角為固定起算方位角,進(jìn)行經(jīng)典自由網(wǎng)平差。由于有兩類觀測值,其先驗(yàn)權(quán)按P角平角一等觀測精度進(jìn)行算合格后,全網(wǎng)以左(大壩永久性變形平安監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn))作為固定點(diǎn)起算點(diǎn),接受平差計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。mσ2m

和P邊=2

給出,即方向值的先驗(yàn)

垂直位移監(jiān)測網(wǎng)(壩頂高程高中誤差按一等觀測的中誤差確定,即=(角度測量的先驗(yàn)中誤差=;距離先驗(yàn)中誤差按測距儀的標(biāo)稱精度確定,即固定誤差a=1mm,比例誤差b=1-6mm=1mm+1-6mm值取測角中誤差。由于邊角同測網(wǎng)涉及兩類觀測值,為了解決其正確權(quán)比,使測角和測邊的精度能整體,對兩類觀測值的權(quán)按赫爾默特法進(jìn)行迭代求算,迭代趨近值P的限值設(shè)定為μ代入程序進(jìn)行平差計(jì)算見表6。壩后平面位移交會(huì)監(jiān)測網(wǎng)82

程水平廊道)接受一等水準(zhǔn)支線測量。壩頂網(wǎng)起算點(diǎn)為B6(原大壩永久性垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)),1750m、1810m高程水平廊道監(jiān)測網(wǎng)起算點(diǎn)為B5(原大壩永久性垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)),計(jì)算前各起算點(diǎn)均經(jīng)過主。由于全網(wǎng)接受水準(zhǔn)支線計(jì)算,故本文不再進(jìn)行平差精度統(tǒng)計(jì)分析。5 監(jiān)測點(diǎn)高程化量統(tǒng)計(jì)為了反映壩體監(jiān)測點(diǎn)的變化情況,現(xiàn)分別依據(jù) 表6點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)測次點(diǎn)號(hào)Mx測次點(diǎn)號(hào)Mx/cmMy/cmMp/cmE/cmF/cmθ/)2200008J27867751J3787967J47767702187708J24634552J3463646J44525402857708J28730573J3873317J42959252534408J29319364J3143499J4518158Q10Q20Q201001000010001001000011-112022-121021-10101201102各平面和高程監(jiān)測網(wǎng)平差計(jì)算結(jié)果,對監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)及高程差異量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括壩頂五點(diǎn)平面位移監(jiān)測網(wǎng)、壩后點(diǎn)平面位移交會(huì)監(jiān)測網(wǎng)

1810m高程垂直位移監(jiān)測網(wǎng)和壩頂弦長觀測的坐標(biāo)7～10。表7壩頂網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)位移變化量統(tǒng)計(jì)點(diǎn)名坐標(biāo) 高程1測次2測次80m1測次中數(shù) 3測次/mm 4測次/mmm5662-5-Jm99921H/m98952m687271Jm76706-H/m42305m2334-6Jm09069-H/m1113121813表8壩頂弦長監(jiān)測點(diǎn)位移量統(tǒng)計(jì)點(diǎn)號(hào)1測次2測次1次中數(shù)3測次差異量/mm4測次差異量/mmJ1414141717J1013121410J56203.61-6-6 結(jié)束語本次沙牌大壩永久性平安監(jiān)測蓄水期(水位高程)的變形觀測,全部外業(yè)觀測及內(nèi)

業(yè)計(jì)算約歷時(shí)15天,由于對作業(yè)進(jìn)行了合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)和作業(yè)中接受正確的觀測方法,確保了外觀變形監(jiān)測工作的順利完成程中的變化狀態(tài)和運(yùn)行情況的監(jiān)測,可為大壩今后的平安運(yùn)行和維護(hù)。83 表9壩后交會(huì)點(diǎn)平面位移量統(tǒng)計(jì)點(diǎn)坐標(biāo) 1測次 2測次

3測次

ΔXΔY

4

ΔXΔY合位移位稱名高程

1中數(shù)

/mm

/mm

方位/

/mm

/mm

方位//m/m8528538538530842-1/m370373372370-2370-2Jmm05508888

0-81

0JJmmmm813648076027812

-1---9749

--/m/m85885585787818736/m3993993993056397-2/m883881882428919/m382381382379-3356-6表0垂直位移監(jiān)測點(diǎn)高程差異量統(tǒng)計(jì) mJJ8網(wǎng)名壩頂網(wǎng)1l1lE()0181 1次 2次 3次 量 4次量名 第1/2數(shù)l0m l0m l5m /mm l5m /mmB30116644B49997856B57776914B60210-10-1B7254842-2B629742B73529-4B808-25-5BM-242-20-4B963-31-5BM-326-69-3B051-45-1B200033參考文獻(xiàn):[1]中華