左起奎

(河南省水利勘測(cè)有限公司,河南鄭州 450008)

常莊水庫變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布控與施測(cè)

左起奎

(河南省水利勘測(cè)有限公司,河南鄭州 450008)

結(jié)合常莊水庫大壩、溢洪道大閘、溢洪道邊坡的變形監(jiān)測(cè),簡要介紹了監(jiān)測(cè)方案的制定,監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè),監(jiān)測(cè)儀器的選擇與施測(cè)。重點(diǎn)介紹了TM30測(cè)量機(jī)器人,Dini03水準(zhǔn)儀在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

變形監(jiān)測(cè) 監(jiān)測(cè)控制網(wǎng) TM30測(cè)量機(jī)器人 Dini03水準(zhǔn)儀 數(shù)據(jù)采集

在水庫變形監(jiān)測(cè)工程中,監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè),監(jiān)測(cè)方法,儀器的選擇,一直是討論最多的問題。TM30測(cè)量機(jī)器人的應(yīng)用是監(jiān)測(cè)工作有了質(zhì)的變化,TM30以其智能化、自動(dòng)化、高精度,使檢測(cè)工作變得簡單高效。Dini03水準(zhǔn)儀以其自動(dòng)觀測(cè)、記錄,精度高誤差小,在水準(zhǔn)測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。平面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)分開布設(shè)是高精度監(jiān)測(cè)最有效的手段,本文對(duì)監(jiān)測(cè)方案的簡要闡述,也為初學(xué)者如何展開監(jiān)測(cè)工作提供了一個(gè)良好的思路。

1 工程概況

常莊水庫位于淮河流域沙潁河水系的賈魯河支河賈峪河下游,壩址在鄭州市西南中原區(qū)須水鎮(zhèn)王垌村東,水庫主壩為均質(zhì)土壩,壩高26米,壩頂寬8米,壩頂高程135．74米,水庫控制流域面積825平方公里,總庫容1740萬立方米,南水北調(diào)工程的興修之后,常莊水庫又作為配套工程受水城市鄭州的蓄水水庫,一級(jí)水源地,更突出了其重要性。受甲方委托對(duì)水庫大壩、溢洪道大閘進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

2 變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的建立

2.1 實(shí)地查堪

(1)已知點(diǎn)的確立。在本公司資料庫查找到在常莊水庫附近有一對(duì)南水北調(diào)首級(jí)平高控制點(diǎn),標(biāo)石狀態(tài)完好,并且正在使用中,完全符合本次監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的已知點(diǎn)要求。

(2)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)地選址。根據(jù)設(shè)計(jì)要求;①在大壩兩側(cè)各建設(shè)兩個(gè)平面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),和兩個(gè)垂直監(jiān)測(cè)點(diǎn)。常莊水庫主壩為均質(zhì)土壩,迎水面為干砌六邊形水泥塊護(hù)坡(水泥塊可單個(gè)取出),背水面為裸露土質(zhì),可用常規(guī)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)規(guī)格、尺寸建造永久性監(jiān)測(cè)點(diǎn)。②在溢洪道大閘上建造4個(gè)垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),在靠近大壩溢洪道邊坡建造2個(gè)平面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。以上需要建造的點(diǎn)位均為鋼筋混凝土。垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)可用電鉆打眼鑲嵌標(biāo)心。平面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)可用電鉆打眼鑲嵌鋼筋建造觀測(cè)墩。

2.2 觀測(cè)方法的確立

平面位移監(jiān)測(cè),目前常采用儀器是,高精度GPS、高精度全站儀。這次監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)選擇靜態(tài)GPS,變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)選擇全站儀,利用全站儀常采用極坐標(biāo)法、測(cè)角交會(huì)法、側(cè)邊交會(huì)法作為變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)方法。要想取得較為理想的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),這三種方法各有其特點(diǎn)及適應(yīng)范圍。就常莊水庫而言,根據(jù)地形地勢(shì)條件,工作基點(diǎn)只能建立在靠近大壩的水庫兩岸。而監(jiān)測(cè)點(diǎn)根據(jù)設(shè)計(jì),距基點(diǎn)距離不超過200米。因此用極坐標(biāo)法比較理想。

垂直位移監(jiān)測(cè),目前常采用直接水準(zhǔn)(地勢(shì)平坦、交通方便)、間接水準(zhǔn)(山區(qū)、高差大、交通不便),根據(jù)常莊水庫地形地勢(shì)條件,高差不大,采用直接閉合水準(zhǔn)比較合適。

2.3 監(jiān)測(cè)儀器選擇

全站儀TM30全站儀是瑞士萊卡公司專為變形監(jiān)測(cè)生產(chǎn)的高精度測(cè)量機(jī)器人,其測(cè)角精度為0．5″,測(cè)距精度0．6mm+1x10-6D,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況看其精度完全滿足(水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范)。

水準(zhǔn)儀Dini03水準(zhǔn)儀是德國蔡司公司 生產(chǎn)的高精度電子水準(zhǔn)儀,15′內(nèi)自動(dòng)補(bǔ)嘗,安平精度±0．2″,每公里往返中誤差 0．3mm,高程觀測(cè)值分辨率0．01mm距離觀測(cè)值分辨率1mm,其精度完全滿足(水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范)。

表1 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)限差

2.4 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的建立

在靠近大壩的水庫兩岸建立4個(gè)觀測(cè)基點(diǎn),為了更好的消除測(cè)量誤差,變形監(jiān)測(cè)基點(diǎn)采用具有強(qiáng)制歸心標(biāo)盤的混凝土標(biāo)墩,利用水庫附近兩個(gè)已知點(diǎn)做C級(jí)GPS控制網(wǎng),在水庫管理局院內(nèi)布設(shè)一個(gè)水準(zhǔn)觀測(cè)基點(diǎn),由附近已知點(diǎn)做二等水準(zhǔn)引來高程。

2.5 觀測(cè)基點(diǎn)與變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的建造規(guī)格要求

觀測(cè)基點(diǎn)與平面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),采用《水利水電施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)墩建造,另外觀測(cè)墩底盤下面加4根鋼筋混凝土穩(wěn)定柱,觀測(cè)墩頂鑲嵌不銹鋼強(qiáng)制歸心標(biāo)盤。垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),采用二等水準(zhǔn)標(biāo)石規(guī)格建造,另外標(biāo)石底盤下面加4根鋼筋混凝土穩(wěn)定柱,標(biāo)石頂鑲嵌不銹鋼標(biāo)心。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)精度控制

監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)建立以后,即可進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集工作。

(1)監(jiān)測(cè)周期確定。變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)按設(shè)計(jì)要求,每月觀測(cè)一次。

(2)監(jiān)測(cè)時(shí)間的確定。觀測(cè)時(shí)間的選定是保證儀器成像穩(wěn)定、觀測(cè)精度及避免大氣折光對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)影響的重要前提之一。因此,每次監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)盡量錯(cuò)開強(qiáng)陽光、強(qiáng)熱流閃爍等惡劣的氣候環(huán)境,應(yīng)選擇在早上、傍晚,或者陰天。

(3)基準(zhǔn)控制網(wǎng)精度分析。變形觀測(cè)的位移量是指同一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩期觀測(cè)坐標(biāo)的差值。因此,變形監(jiān)測(cè)基本控制網(wǎng)的點(diǎn)位誤差對(duì)變形監(jiān)測(cè)無影響,可以認(rèn)為監(jiān)測(cè)基本控制網(wǎng)的相對(duì)點(diǎn)位誤差為零。

(4)監(jiān)測(cè)點(diǎn)精度控制。本監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)點(diǎn)和平面監(jiān)測(cè)點(diǎn)皆采用強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩形式,不存在對(duì)中誤差。因此,對(duì)中誤差可以忽略。平面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)采用極坐標(biāo)法,觀測(cè)儀器TM30采用徠卡TCA機(jī)載自動(dòng)監(jiān)測(cè)程序觀測(cè),采用配套萊卡圓棱鏡,自動(dòng)搜索鎖定目標(biāo)自動(dòng)觀測(cè)、記錄,不存在觀測(cè)員的人為誤差。設(shè)定水平角、垂直角、距離,均三個(gè)測(cè)回,每次照準(zhǔn)目標(biāo)兩次讀數(shù),現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)限差設(shè)定見(表1),現(xiàn)場(chǎng)對(duì)距離進(jìn)行氣象改正。

垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),采用Dini03水準(zhǔn)儀做三個(gè)二等水準(zhǔn)閉合環(huán),兩個(gè)環(huán)分別連接兩個(gè)垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),第三個(gè)環(huán)連接4個(gè)垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),這樣線路長度大大縮短,減少了偶然誤差。每次立尺都有兩根竹竿輔助,保證立尺的垂直,減小立尺傾斜帶來的誤差,提高了精度。

4 成果生成

外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成以后,將儀器里面的數(shù)據(jù)通訊到PC,平面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用與儀器配套的徠卡三維變形監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)平差計(jì)算。垂直監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用本公司的二等水準(zhǔn)計(jì)算程序平差計(jì)算。至此,即可根據(jù)平差后的成果進(jìn)行顯著性分析、回歸分析等,從而達(dá)到檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)水庫大壩、溢洪道大閘 、邊坡穩(wěn)定性的目的。

5 結(jié)語與建議

在進(jìn)行水庫變形監(jiān)測(cè)時(shí),一定要結(jié)合實(shí)地情況,現(xiàn)有儀器情況,制定合理的監(jiān)測(cè)方案。在使用全站儀監(jiān)測(cè)時(shí),一定要設(shè)置好儀器配置參數(shù),氣象改正尤其重要,最好現(xiàn)場(chǎng)改正。如果后期內(nèi)業(yè)改正,在觀測(cè)前一定要把儀器里的氣象參數(shù)調(diào)成儀器廠家的標(biāo)準(zhǔn)氣象參數(shù)

(TM30：溫度12°;氣壓1013．3mbar;相對(duì)濕度60%),以免重復(fù)改正,造成錯(cuò)誤。

[1]吳應(yīng)中,尹邦權(quán)主編．淺談TAC2003全站儀高精度半自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.成都:四川水力發(fā)電,2010.