郝澤維

安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局

淮河臨淮崗工程垂直位移觀測方法淺議

郝澤維

安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局

本文介紹了臨淮崗洪水控制工程垂直位移觀測的主要技術(shù)方法及施測方案，通過對(duì)垂直位移數(shù)據(jù)的處理與分析，對(duì)工程的安全狀況進(jìn)行整體評(píng)估。

幾何水準(zhǔn)測量主線數(shù)據(jù)處理變形分析

一、工程概況

淮河中游臨淮崗洪水控制工程是淮河流域防洪體系中的一項(xiàng)戰(zhàn)略性骨干工程，位于淮河干流中游正陽關(guān)以上28km處。工程主體于2001年12月正式開工建設(shè)，2007年6月通過專家組竣工驗(yàn)收。該工程總投資22.67億元，若發(fā)生百年一遇洪水，工程可免向淮北分洪，減少淹沒1290平方公里，一次性防洪減災(zāi)效益為306億元。因此，臨淮崗洪水控制工程被譽(yù)為“淮河上的三峽工程”。本文著重介紹了外部變形監(jiān)測中的垂直位移監(jiān)測技術(shù)方法。

二、垂直位移觀測

1.觀測的主要方法及技術(shù)指標(biāo)

垂直位移觀測是對(duì)閘壩及其地基的代表性點(diǎn)位進(jìn)行的垂直方向位移的測量。垂直位移不正常有可能是壩體松動(dòng),壩基失去穩(wěn)定性、或是局部破壞等原因造成的。因此，垂直位移觀測是閘壩安全監(jiān)測的重要項(xiàng)目。垂直位移觀測方法：（1）幾何水準(zhǔn)測量法：這種方法是利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺從水準(zhǔn)基點(diǎn)開始測量各點(diǎn)位高程的，通過各點(diǎn)位高程變化求得其垂直位移。（2）液體靜力水準(zhǔn)法：是利用連通管原理測量各點(diǎn)位容器內(nèi)液面高差以測定各點(diǎn)垂直位移的觀測，適用于混凝土閘壩基礎(chǔ)廊道和土石壩表面垂直位移觀測。臨淮崗工程垂直位移觀測運(yùn)用了幾何水準(zhǔn)測量方法。

垂直位移各監(jiān)測點(diǎn)主要布設(shè)在城西湖船閘、臨淮崗船閘、49孔淺孔閘、姜唐湖進(jìn)洪閘、主壩及穿壩建筑物上。使用萊卡DNA03電子水準(zhǔn)儀配3m銦瓦條碼尺按二、三等水準(zhǔn)精度施測。投入變形觀測的儀器經(jīng)江蘇省測繪局儀器檢測站檢驗(yàn)合格，并按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，其精度指標(biāo)及運(yùn)行狀態(tài)滿足變形觀測工作的要求。

2.主線的選取

Ⅱ臨淮02、Ⅱ南鳳13基上兩個(gè)國家水準(zhǔn)點(diǎn)分別位于臨淮崗主壩南端與北端，分屬Ⅱ南鳳（南照—鳳臺(tái)）和臨淮崗支線兩條水準(zhǔn)線路?；谶@兩點(diǎn)間布設(shè)一條附合水準(zhǔn)線路，以二等水準(zhǔn)精度施測，測得主線。主線途經(jīng)多個(gè)預(yù)留點(diǎn)，通過測得這些預(yù)留點(diǎn)的高程，聯(lián)合附近水工建筑物進(jìn)行多線路、小范圍閉合水準(zhǔn)測量，進(jìn)而求得工程監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)位高程。采取這種方法，降低了位移觀測的工作量，同時(shí)提高了測量精度。預(yù)留點(diǎn)均為中心刻有十字對(duì)中標(biāo)志的水準(zhǔn)點(diǎn)?？紤]到預(yù)留點(diǎn)高程隨時(shí)間推移會(huì)發(fā)生一定量的變化，規(guī)定每年汛前對(duì)主線進(jìn)行一次校核測量，測得點(diǎn)的高程僅用于當(dāng)年垂直位移觀測的計(jì)算當(dāng)中。

Ⅱ臨淮02、Ⅱ南鳳13基上兩點(diǎn)經(jīng)檢測標(biāo)石穩(wěn)定，檢測成果符合《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》要求，因此由該二點(diǎn)作為主線的起閉點(diǎn)。

主線的觀測線路由南向北依次為：CT1 II臨淮02 SH1 CH01 SK6 QK6 QK04 ZB16-2 ZB15-2 ZB14-2 TS33 ZB13-2 ZB12-2 ZB11-2 ZB10-3 ZB9-3 ZB8-3 ZB7-3 ZB6-3 ZB5-3 ZB4-3 ZB3-3 ZB2-3 ZB1-3 II南鳳13。遍歷城西湖退水閘、城西湖船閘、臨淮崗船閘、12孔深孔閘、49孔淺孔閘、姜唐湖進(jìn)洪閘、主壩壩頂各預(yù)留點(diǎn)。對(duì)比主線各點(diǎn)歷年高程，除ZB13-2和ZB15-2于2012年初遭破壞，維修后分別抬升約40mm和20mm外，其余點(diǎn)較往年無明顯變化。主線各監(jiān)測點(diǎn)均處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.作業(yè)過程及平差方法

臨淮崗洪水控制工程垂直位移變形監(jiān)測及已知點(diǎn)的檢測均使用同一類型的儀器和尺墊，在儀器成像清晰而穩(wěn)定時(shí)，按閉合或附合路線施測。每年汛前（4月份）、汛后（10月份）各進(jìn)行一次測量，沿相同路線行進(jìn)。

閉合于兩個(gè)已知水準(zhǔn)點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)之間的單一水準(zhǔn)路線，其線路閉合差W的配賦均按測段的測站數(shù)S成比例配賦于各測段高差中，按下式計(jì)算高差改正數(shù)：

Vi=Si/ΣS?W

式中：W為施加各項(xiàng)改正后的閉合差（mm）；Si為第i測段的測站數(shù)，ΣS為總測站數(shù)。

各監(jiān)測點(diǎn)均以前兩次高程平均值作為基準(zhǔn)值計(jì)算以后各次觀測的垂直位移量。

三、數(shù)據(jù)處理與分析

1.數(shù)據(jù)處理

高程控制基準(zhǔn)網(wǎng)測量數(shù)據(jù)根據(jù)水準(zhǔn)線路構(gòu)成的閉合條件采用嚴(yán)密平差方法推求各基準(zhǔn)點(diǎn)高程。垂直位移觀測根據(jù)二、三等水準(zhǔn)觀測記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行各次平差計(jì)算，求得各次垂直位移監(jiān)測點(diǎn)的高程。用各監(jiān)測點(diǎn)一、二次觀測計(jì)算的高程平均值為初始值，用于統(tǒng)計(jì)計(jì)算以后各次監(jiān)測的累計(jì)垂直位移量，編制垂直位移量統(tǒng)計(jì)表。依據(jù)各監(jiān)測點(diǎn)垂直位移量和時(shí)間的關(guān)系繪制監(jiān)測點(diǎn)垂直位移過程曲線，根據(jù)相同監(jiān)測點(diǎn)垂直位移量與位置(距離)關(guān)系繪制各次觀測的縱（橫）斷面圖。

2.建筑物變形分析

2.1 分析依據(jù)

垂直位移觀測采用二、三等水準(zhǔn)測量。根據(jù)國家二、三等水準(zhǔn)測量每公里高差中數(shù)偶然中誤差和全中誤差的精度指標(biāo)衡量垂直位移觀測的精度，并根據(jù)誤差分布規(guī)律和誤差傳播規(guī)律分析測量誤差對(duì)工程變形觀測的影響規(guī)律和影響程度，進(jìn)而分析工程的變形規(guī)律和變形程度。

在各種變形的時(shí)程曲線圖中，若時(shí)程線在零線一側(cè)方向，可以認(rèn)為工程在向某一方向位移；若時(shí)程線在零線兩側(cè)上下擺動(dòng)，可以認(rèn)為工程的變形無規(guī)律或無明顯變形；若時(shí)程線在零線一側(cè)方向上下擺動(dòng)，可以認(rèn)為工程在向某一方向位移的同時(shí)存在回彈現(xiàn)象。

2.2 分析結(jié)果

對(duì)2006年5月至2007年6月工程竣工驗(yàn)收期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，壩體內(nèi)垂直位移主要發(fā)生在施工加荷時(shí)期，同時(shí)與填筑前的地形地質(zhì)條件有關(guān)。在采取地質(zhì)加固處理措施和合理的施工程序后，沉降速率得到控制，變化較前期緩慢。對(duì)2007年竣工驗(yàn)收至2014年工程運(yùn)行管理期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，土石建筑物（如主壩）壩頂處沉降最大，兩壩坡次之，兩壩腳處有微量下沉，證明土石建筑物受時(shí)效影響的特點(diǎn)還存在；混凝土建筑物（如臨淮崗船閘）每年汛前較以往下沉，汛后又有所回升，說明混凝土建筑物受上下游水力變化影響也會(huì)發(fā)生彈性形變。

四、結(jié)語

臨淮崗工程變形監(jiān)測點(diǎn)同建筑物結(jié)合緊密，觀測方法合理，監(jiān)測精度較高，滿足工程安全監(jiān)測的需要。水工建筑物各監(jiān)測點(diǎn)具有相似的位移時(shí)程曲線，且量值較小，累計(jì)沉降量接近零值。同時(shí)垂直位移變化速率在減緩。結(jié)合歷年的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，臨淮崗洪水控制工程樞紐沉降變化為整體變形，在無外加荷載作用下，其處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。

[1]楊仰誠，史瑋，朱世同，馬國強(qiáng).臨淮崗洪水控制工程變形監(jiān)測分析[J].治淮，2008（12）

[2]左勇，戴新偉.淺議基坑及周邊建筑沉降位移監(jiān)測方案，《河南省土木建筑學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集》2008年

[3]丁建軍，劉國明.良淺大壩垂直位移觀測資料分析，《福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》2010年08期

[4]敬晨，孫汝霖.基于垂直位移觀測的幾何水準(zhǔn)測量法《黑龍江水利科技》2011年03期