曹家印 楊貴崇 張 鍇

戈蘭灘水電站位于云南省普洱市(原思茅市)綠春縣與江城縣交界的李仙江上,是李仙江干流7個(gè)梯級(jí)電站的第6級(jí),壩址距紅河州綠春縣城約114 km,距江城縣約50 km,上游距甫度水電站約44 km,下游距土卡河水電站約27 km。

戈蘭灘水電站一期工程主要建筑物包括碾壓混凝土重力壩、泄水建筑物、消能防沖建筑物、發(fā)電引水建筑物、岸邊地面廠房及GIS開關(guān)站等。碾壓混凝土重力壩軸線采用折線布置,壩頂長466 m,壩頂高程458 m,最大壩高113m,共分16個(gè)壩段。泄水建筑物布置在河床中間9#～12#壩段,采用5個(gè)表孔和2個(gè)底孔上下交錯(cuò)的布置型式；表孔堰頂高程438 m,孔口尺寸13 m×18 m(寬×高)；底孔進(jìn)口高程395 m,孔口尺寸4 m×7 m(寬×高)。泄水建筑物下游采用寬尾墩、底流聯(lián)合消能方式,消力池長110 m,底寬84 m,底板頂高程356 m；消力池尾坎高8 m,頂高程364 m。防沖板位于消力池尾坎下游,長20 m,頂高程360 m。

1 水平位移監(jiān)測控制網(wǎng)測量及精度統(tǒng)計(jì)

1.1 布網(wǎng)方案

1.1.1 網(wǎng)形情況

水平位移監(jiān)測控制網(wǎng)分2個(gè)層次布設(shè),第1層次由4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)組成的基準(zhǔn)網(wǎng),布置在水庫壓力影響范圍以外,作為下1個(gè)層次水平位移監(jiān)測的基準(zhǔn)。第2層次為近壩水平位移監(jiān)測網(wǎng),分別用以監(jiān)測壩肩高邊坡、廠房后邊坡和壩頂?shù)乃轿灰??；鶞?zhǔn)網(wǎng)布設(shè)及實(shí)施在這里不在贅述,主要敘述工作基點(diǎn)網(wǎng)的布設(shè)情況。

在已有外部變形監(jiān)測控制網(wǎng)基礎(chǔ)上,增加2座工作基點(diǎn)(命名為LSJC01、LSJC02),LSJC01位于左岸公路約30 m,與現(xiàn)閩江局施工控制網(wǎng)點(diǎn)MJ03重合,該點(diǎn)是閩江局2005年在施工控制網(wǎng)基礎(chǔ)上加密的帶有強(qiáng)制歸心設(shè)備的鋼筋混凝土觀測墩,經(jīng)過近年施工檢驗(yàn),點(diǎn)位可靠,且該點(diǎn)能與現(xiàn)狀大壩各壩段均有較好的通視條件,且與JC01、JC02、JC03、LSJC02通視,故利用MJ03作臨時(shí)工作基點(diǎn)之一；LSJC02位于原JC01北東方向約200 m,閩江局臨時(shí)營地西北角4 m,該處基礎(chǔ)較好,易于保護(hù),該處能與現(xiàn)狀大壩各壩段均有較好的通視條件,且與原網(wǎng)JC02、JC03、JC04、LSJC01均通視,且角度很好。

水平位移監(jiān)測工作基點(diǎn)網(wǎng)網(wǎng)圖見圖1。

圖1 水平位移監(jiān)測工作基點(diǎn)網(wǎng)

1.1.2 標(biāo)石埋設(shè)

LSJC02標(biāo)石規(guī)格:頂面40 cm×40 cm,下底40 cm×40 cm,柱高為120 cm,標(biāo)石頂面應(yīng)有金屬標(biāo)志中心,表石側(cè)面刻字標(biāo)注,字大小為5 cm×5 cm,并著漆描繪。標(biāo)石埋設(shè)于地質(zhì)堅(jiān)硬、便于保存、觀測有利之處。

1.1.3 網(wǎng)的構(gòu)成

工作基點(diǎn)網(wǎng)由 JC01、JC02、JC03、JC04、LSJC01、LSJC02共同組成,構(gòu)成比較復(fù)雜的多邊形,圖形條件較高,最小邊長(JC04—LSJC01)約116 m,最大邊長(JC02—JC03)約754 m,且不在同一三角形中。既保持與原有工作基點(diǎn)網(wǎng)一致,又對(duì)已有工作基點(diǎn)網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充。

1.1.4 測量實(shí)施

按《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》DL/T5178—2003要求,選用LEICA TCA2003全站儀進(jìn)行施測,水平角采用全圓觀測法觀測12個(gè)測回,在監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)每點(diǎn)設(shè)立測站進(jìn)行所有方向觀測,并量取了測站及方向點(diǎn)的氣壓、干濕溫度。

1.2 精度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1～3。

表1 監(jiān)測網(wǎng)邊長及邊長相對(duì)中誤差統(tǒng)計(jì)表

表2 三角形閉合差統(tǒng)計(jì)表

表3 平差后點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)表

2 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)測量

2.1 一等水準(zhǔn)基點(diǎn)網(wǎng)

由于已有垂直位移工作基點(diǎn)網(wǎng)可以滿足監(jiān)測使用,不再重復(fù)建造。即由左岸工作基點(diǎn)組LJZ06-1、LJZ06-2、LJZ06-3,右岸工作基點(diǎn)組LJZ07-1、LJZ07-2、LJZ07-3,廠房工作基點(diǎn)組LJZ05,左岸壩下橋 LJZ03,右岸壩下橋LJZ04組成。以LJZ01-1為起閉點(diǎn)聯(lián)測所有基點(diǎn)組的點(diǎn)的閉合水準(zhǔn)路線。

2.2 二等水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)

以一等水準(zhǔn)基準(zhǔn)網(wǎng)為基礎(chǔ),聯(lián)測水平位移監(jiān)測控制網(wǎng)各監(jiān)測點(diǎn),布設(shè)二等水準(zhǔn)路線。聯(lián)測了JC01、JC02、LSJC01、LSJC02點(diǎn)。

3 大壩監(jiān)測點(diǎn)的布置及施測

根據(jù)實(shí)際情況,在壩體上布設(shè)形變監(jiān)測點(diǎn),以利用工作基點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。

3.1 大壩監(jiān)測點(diǎn)的布置

3.1.1 已經(jīng)封頂壩段及壩肩監(jiān)測點(diǎn)布置

已封頂壩段包括:1#～5#、16#,以距壩頂下游邊線30 cm為觀測墩下游側(cè)底座邊線,在左右壩頭與公路交接處各布設(shè)1座監(jiān)測點(diǎn)(BJC01、BJC18)在1#～5#、16#壩段中部各布設(shè) 1座監(jiān)測點(diǎn)(BJC02 、BJC03 、BJC05 、BJC06 、BJC17)。

3.1.2 未封頂壩段監(jiān)測點(diǎn)布置

未封頂壩段包括:6#～15#壩段。以各壩段下游側(cè)立面距現(xiàn)狀壩頂0.5 m高程面,各壩段布設(shè)1座監(jiān)測點(diǎn),有左右閘墩的壩段布設(shè)在左側(cè)閘墩下游側(cè)立面上,從左到右點(diǎn)名依次為:BJC07、BJC08、BJC09、 BJC10、 BJC11、 BJC12、 BJC13、 BJC14、BJC15、BJC16。由于施工的影響B(tài)JC16已被破壞,根據(jù)實(shí)際情況不再重做。

3.2 監(jiān)測點(diǎn)造埋

3.2.1 已經(jīng)封頂壩段及壩肩監(jiān)測點(diǎn)造埋

采用普通混凝土帶有強(qiáng)制歸心設(shè)備的四棱柱狀觀測墩,根據(jù)現(xiàn)狀特點(diǎn),便于施工,將觀測墩地下部分底座除去,改為4根 Φ 12的豎向插筋,插筋深入壩體1 m,插筋總長2.2 m,同時(shí)在壩面上加120 cm×120 cm×20 cm底座。

3.2.2 未封頂壩段監(jiān)測點(diǎn)造埋

為了便于施工,采用壁掛式安裝強(qiáng)制歸心設(shè)備,并安裝專用棱鏡。

3.3 臨時(shí)監(jiān)測點(diǎn)初始值獲取及施測精度

3.3.1 水平位移施測方法

采用LEICA TCA2003全站儀位移監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及和處理,在 LSJC01、LSJC02、JC01、JC04、分別架站,采用多方向前方交會(huì)12測回觀測,依次測量大壩所有監(jiān)測點(diǎn),分別進(jìn)行了2次獨(dú)立觀測,把2次獨(dú)立觀測的成果取其中值作為監(jiān)測點(diǎn)水平位移的初始值。

3.3.2 監(jiān)測點(diǎn)位精度

監(jiān)測點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 監(jiān)測點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)表

3.3.3 垂直位移施測方法、精度

3.3.3.1 壩頂觀測墩

采用一等水準(zhǔn)的方法,分別以工作基點(diǎn)LJZ07-1、LJZ06-1為起閉點(diǎn),組成閉合水準(zhǔn)路線。2次獨(dú)立觀測監(jiān)測點(diǎn) BJC01、BJC02、BJC03、BJC05、BJC06、BJC17、BJC18,結(jié)果取 2次測量結(jié)果中數(shù)最為監(jiān)測點(diǎn)垂直位移的初始值。

表5 監(jiān)測點(diǎn)水準(zhǔn)精度統(tǒng)計(jì)

3.3.3.2 未封頂區(qū)域

用全站儀在LSJC02、LSJC01監(jiān)測點(diǎn)分別架站,采用三角高程的方法進(jìn)行交會(huì)測量,12測回觀測垂直角邊長,記錄測站及測點(diǎn)兩端氣壓、干濕溫度,利用水準(zhǔn)高程計(jì)算出K值及各項(xiàng)改正,并最終取得2次獨(dú)立觀測的結(jié)果的均值作為垂直位移的初始值。同時(shí)也測量了壩頂觀測墩的高程,并與水準(zhǔn)高程做了比較。

3.3.3.3 高程及精度

高程及精度統(tǒng)計(jì)見表6～8。

表6 三角高程與水準(zhǔn)高程比較表

表7 三角高程精度統(tǒng)計(jì)表(第1次獨(dú)立觀測)

表8 三角高程精度統(tǒng)計(jì)表(第2次獨(dú)立觀測)

4 大壩變形觀測數(shù)據(jù)初始值的分析處理

大壩變形監(jiān)測的目的是為了監(jiān)測大壩運(yùn)行的安全性,了解大壩的變形情況,為管理部門提供各種監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測結(jié)論,所以對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)初始值的分析處理是大壩變形觀測的重要環(huán)節(jié),為變形提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。

4.1 水平位移初始值數(shù)據(jù)的分析

使用TCA2003全站儀進(jìn)行觀測,并充分考慮了氣壓、干溫、濕溫,并通過儀器各種改正計(jì)算,求出了觀測過程中的K系數(shù)。工作基點(diǎn)網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)最大點(diǎn)位中誤差為±1.96 mm。通過2次對(duì)監(jiān)測點(diǎn)的觀測,監(jiān)測點(diǎn)點(diǎn)位中誤差最大為±0.50 mm,觀測精度很高,把2次坐標(biāo)的平均值作為大壩變形監(jiān)測的初始值。

4.2 垂直位移初始值數(shù)據(jù)的分析

此次的變形監(jiān)測涉及到了臨時(shí)監(jiān)測,與以往的大壩建成后觀測還不一樣,臨時(shí)監(jiān)測部分采用了特制的棱鏡作為監(jiān)測目標(biāo),在以前的工作中還沒遇到過,可以說是一種新的嘗試。通過已封頂壩段的三角高程數(shù)據(jù)與水準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出,經(jīng)過各種改正后的三角高程測量的數(shù)據(jù)是可靠的,由于未封頂區(qū)域與封頂區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)所處環(huán)境一樣,及在相同條件下同時(shí)觀測,同樣實(shí)用于未封頂監(jiān)測點(diǎn)。由此延伸有個(gè)想法,在所處環(huán)境相同及觀測條件一致的情況下,所有變形點(diǎn)高程是否可以用三角高程取代,通過嚴(yán)密地對(duì)距離修正及取得了觀測過程中的K系數(shù),經(jīng)過實(shí)例證明了這一想法,并應(yīng)用到了實(shí)際工作中。

5 結(jié) 語

戈蘭灘水電站大壩變形監(jiān)測,自監(jiān)測系統(tǒng)建立以來,水平位移和豎向位移的觀測方法正確,所提供的監(jiān)測初始值可靠,采取的臨時(shí)監(jiān)測法方值得推薦。觀測位移時(shí)完全采用測量機(jī)器人自動(dòng)化的處理,大大縮短了工作周期,提高了工作效率,認(rèn)為此測量的方法可以在大壩變形監(jiān)測或其它建筑物的變形監(jiān)測中應(yīng)用。目前各種建筑物的變形監(jiān)測項(xiàng)目較多,但測量方法、數(shù)據(jù)分析處理方式各不相同,本文旨在交流探討變形監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理的方法以共同提高變形監(jiān)測的效率和可靠性。