齊 博

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院測繪分院，陜西 西安 710002）

高精度工程監(jiān)測邊角網(wǎng)的測量與質(zhì)量評價(jià)

齊 博

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院測繪分院，陜西 西安 710002）

以亭口水庫樞紐工程為例，對水庫工程樞紐區(qū)安全監(jiān)測邊角網(wǎng)測量存在的難點(diǎn)進(jìn)行分析，提出監(jiān)測邊角網(wǎng)的網(wǎng)形選設(shè)、預(yù)期精度估算優(yōu)化設(shè)計(jì)、布點(diǎn)建墩、觀測與數(shù)據(jù)處理等過程中有針對性的應(yīng)對措施和解決思路，并將設(shè)計(jì)與實(shí)施的結(jié)果對比，統(tǒng)計(jì)分析表明采取應(yīng)對措施的可靠性與復(fù)測的必要性，所取得的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與結(jié)論可為類似工程監(jiān)測邊角網(wǎng)的建立借鑒與參考。

工程監(jiān)測網(wǎng)；邊角網(wǎng)；測量；質(zhì)量評價(jià)

0 引言

亭口水庫樞紐位于陜西省咸陽市長武縣境內(nèi)、彬長礦區(qū)中部、涇河一級支流黑河上，主要建筑物由攔河大壩、溢洪道、泄洪排沙洞、輸水洞、壩后電站等五部分組成；溢洪道、泄洪排沙洞、輸水洞均布置在右岸，由臨河側(cè)向外依次布置泄洪排沙洞、輸水洞、溢洪道。其中：攔河大壩為均質(zhì)土壩，壩頂設(shè)計(jì)高程897.0 m，正常蓄水位893 m，設(shè)計(jì)供水流量為3.6 m3/s，最大壩高49.0 m,壩頂長度476.2 m。

依據(jù)《咸陽市亭口水庫工程Ⅲ標(biāo)項(xiàng)大壩及電站監(jiān)測設(shè)施安裝工程》(TJJS2013-05-276)招標(biāo)文件，應(yīng)對大壩壩體表面、大壩右壩肩高邊坡、輸水洞和泄洪排沙洞進(jìn)出口邊坡、電站廠房背坡高邊坡穩(wěn)定實(shí)施水平和垂直位移監(jiān)測，本文就該項(xiàng)目水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的建立與復(fù)測過程中應(yīng)對技術(shù)措施與解決思路。

1 基準(zhǔn)網(wǎng)的建立

1.1 網(wǎng)形的確定

樞紐區(qū)高壓線較多，加之河道兩岸邊坡較陡，不具備實(shí)施GPS觀測方案的環(huán)境要求，因此，設(shè)計(jì)采用高精度的邊角網(wǎng)觀測方案。

1.2 基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)的選設(shè)計(jì)及功能

依據(jù)樞紐工程區(qū)地形地貌特征及監(jiān)測對象的位置分布，經(jīng)外業(yè)實(shí)地踏勘現(xiàn)場后，樞紐區(qū)水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)構(gòu)成如下：

（1）利用Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ8、Ⅲ9等4個施工控制網(wǎng)點(diǎn)的觀測墩標(biāo)志；

（2）利用近壩區(qū)域地表穩(wěn)定性監(jiān)測B級網(wǎng)GPS點(diǎn)B06的觀測墩標(biāo)志；

（3）在大壩上、下游選設(shè)了J01、J02、J03等3個點(diǎn)。

以上8個點(diǎn)構(gòu)成水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)（邊角網(wǎng)），基準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)形如圖1所示。網(wǎng)中各個基準(zhǔn)點(diǎn)的功能與用途分別為：

①J01、Ⅲ1、B06、Ⅲ2、Ⅲ8、Ⅲ9 主要用于：

a.監(jiān)測大壩右岸溢洪道邊坡及電站廠房等邊坡表面水平位移測點(diǎn)；

b.聯(lián)測大壩壩體表面布設(shè)視準(zhǔn)線—小角法右岸水平位移工作基點(diǎn)。

②J01、J02、J03主要用于聯(lián)測大壩壩體表面布設(shè)視準(zhǔn)線—小角法左岸水平位移工作基點(diǎn)。

圖1 基準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)

（3）受工程所在區(qū)域地形地貌限制，J02點(diǎn)選設(shè)在右岸高邊坡區(qū)域，僅用于組成基準(zhǔn)網(wǎng)形，加密工作基點(diǎn)網(wǎng)時(shí)不作為基準(zhǔn)點(diǎn)功能。

1.3 預(yù)期精度估算與優(yōu)化設(shè)計(jì)

從1∶1000地形圖上量取基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)概略坐標(biāo)，采用清華山維《工程測量控制網(wǎng)微機(jī)平差系統(tǒng)》軟件在微機(jī)上進(jìn)行精度估算，其網(wǎng)形如上圖1所示。該網(wǎng)中最大邊長（Ⅲ1～J03）1352.65 m；最短邊長(Ⅲ1～Ⅲ8)295.86 m，且該測距邊垂直角也最大為 14°11′；平均邊長754.19 m。

精度估算參數(shù)：測距中誤差ms為1 mm+1 ppm·Dkm；測角中誤差分別按 mβ=±1.0″、mβ=±0.7″等兩種觀測方案選取，其估算結(jié)果見表1。

表1 基準(zhǔn)網(wǎng)精度估算表

從表1可以看出，水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)選取mβ=±0.7″的邊角全測網(wǎng)方案，可以滿足水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的點(diǎn)位中誤差小于±2.0 mm精度要求，但內(nèi)可靠性R（最大值）大于5、外可靠性R′（最大值）大于3，說明內(nèi)外可靠性一般，而根據(jù)現(xiàn)場地形地貌特征點(diǎn)位難于調(diào)整，只有通過增加水平角觀測的測回?cái)?shù)來保證精度，觀測儀器為Leica TCA2003智能型全站儀，因此，邊角網(wǎng)水平角、天頂距、測距均按15個測回來觀測。

完成基準(zhǔn)網(wǎng)選設(shè)建網(wǎng)后，首期觀測于2016年6月13日至16日、6月18日至22日期間獨(dú)立、連續(xù)進(jìn)行兩次觀測，又于2016年12月21日至12月30日對該網(wǎng)采用同一臺Leica TCA2003智能型全站儀進(jìn)行第二期觀測。該網(wǎng)各測站首期第一次觀測區(qū)段內(nèi)溫度在14.0℃～29℃，首期第二次觀測區(qū)段內(nèi)溫度在19.0℃～30.4℃，第二期觀測區(qū)段內(nèi)溫度在-3.6℃～9.3℃。

1.4 墩標(biāo)建造

為了保證儀器在觀測過程中的穩(wěn)定性，視線具有一定高度，消除折光差及對中誤差的影響，水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)除利用原有觀測墩標(biāo)志外，其它點(diǎn)也建造混凝土觀測墩，墩標(biāo)高于地面1.2 m以上，頂部設(shè)置F-1A型強(qiáng)制對中基座，在觀測墩頂面埋設(shè)強(qiáng)制對中基座時(shí)將基座調(diào)整水平，其傾斜度小于4′,強(qiáng)制對中基座的對中誤差小于±0.1 mm，觀測墩設(shè)置可靠的保護(hù)蓋。

2 基準(zhǔn)網(wǎng)（邊角網(wǎng)）觀測

2.1 使用儀器及檢驗(yàn)

水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)測量采用Leica TCA2003智能型全站儀（測角精度 0.5″，測距精度（1 mm+1 ppm）），配套的主要設(shè)備有：溫度計(jì)（讀數(shù)精確至0.2℃），氣壓計(jì)（讀數(shù)精確至50 Pa），游標(biāo)卡尺（專用量高工具）。以上儀器設(shè)備作業(yè)前均按規(guī)范要求對儀器及附件進(jìn)行了檢驗(yàn)，且在有效期內(nèi)使用，作業(yè)過程儀器性能處于良好狀態(tài)。

2.2 測站觀測

按照軟件程序設(shè)置功能，使用Leica TCA2003智能型全站儀加載多測回測角軟件，測站觀測實(shí)現(xiàn)自動尋找目標(biāo)與照準(zhǔn)、自動觀測、自動記錄、自動檢測等一體化操作，即在每測回觀測過程儀器自動完成了水平角、天頂距、斜距等觀測與記錄，因此，水平角、天頂距、斜距等觀測均采用方向觀測法觀測15個測回。水平角、天頂距、斜距等觀測各項(xiàng)限差超限時(shí)，儀器會自動進(jìn)行重測，軟件設(shè)置已考慮重測要求，故不再敘述此項(xiàng)。

3 觀測精度與質(zhì)量評定

3.1 外業(yè)觀測數(shù)據(jù)精度統(tǒng)計(jì)

3.1.1 水平角觀測精度

根據(jù)首期第1、2次獨(dú)立觀測、第二期觀測的測站觀測數(shù)據(jù)分別計(jì)算得三角形閉合差見表2。

表2 三角形閉合差統(tǒng)計(jì)表

從表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出：

（1）邊角網(wǎng)首期兩次獨(dú)立觀測、第二期觀測的三角形閉合差均小于±3.5″的規(guī)定限差，且小于1/3限差的三角形閉合差個數(shù)分別占到81.25%、87.5%、68.75%；

（2）根據(jù)兩次獨(dú)立觀測的三角形閉合差計(jì)算得邊角網(wǎng)測角中誤差分別為±0.44″、±0.66″、±0.69″，均優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

3.1.2 測距精度統(tǒng)計(jì)

根據(jù)首期兩次獨(dú)立觀測、第二期觀測的數(shù)據(jù)分別計(jì)算得各測距邊往返測水平距離，根據(jù)其較差計(jì)算得邊角網(wǎng)的平均測距中誤差及任一邊實(shí)際測距中誤差、邊長相對中誤差統(tǒng)計(jì)見表3。邊角網(wǎng)進(jìn)行平差,各期次邊角網(wǎng)平差主要精度見表4。

表4 邊角網(wǎng)平差主要精度統(tǒng)計(jì)表

表3 測距精度統(tǒng)計(jì)表

通過對外業(yè)觀測水平角和測距數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評定，說明外業(yè)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

3.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用《工程測量控制網(wǎng)微機(jī)平差系統(tǒng) NASEW》軟件，以邊角網(wǎng)中Ⅲ1點(diǎn)作為坐標(biāo)起算點(diǎn)、Ⅲ1～Ⅲ2作為起算方位邊，邊長投影至895.0 m高程面。按固定一點(diǎn)一方位的獨(dú)立

從表4統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，邊角網(wǎng)各期次數(shù)據(jù)處理后的點(diǎn)位精度均優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

3.3 初值的確定

根據(jù)首期兩次獨(dú)立觀測數(shù)據(jù)處理后的坐標(biāo)計(jì)算較差如下表5所示；兩次獨(dú)立觀測坐標(biāo)較差允許值M按下式計(jì)算。

式中：m1、m2分別為第1、2次獨(dú)立觀測數(shù)據(jù)處理后的點(diǎn)位中誤差。

表5 首期兩次獨(dú)立觀測數(shù)據(jù)處理后的坐標(biāo)計(jì)算較差統(tǒng)計(jì)表

從表5可以看出：首期兩次獨(dú)立觀測坐標(biāo)較差優(yōu)于設(shè)計(jì)允許值，故取均值作為初值。

4 樞紐區(qū)水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性分析

以每個基準(zhǔn)點(diǎn)首期測量的坐標(biāo)值為初始值，對應(yīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算與第二期測量的坐標(biāo)值的較差即為周期位移量?；鶞?zhǔn)點(diǎn)周期位移量統(tǒng)計(jì)見表6。

表6 周期位移量計(jì)算統(tǒng)計(jì)表

取水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)位中誤差±2.0 mm精度的兩倍作為最大測量誤差，當(dāng)周期位移量小于最大測量誤差時(shí)，認(rèn)為該點(diǎn)穩(wěn)定，否則認(rèn)為該點(diǎn)發(fā)生位移。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果認(rèn)為：樞紐區(qū)Ⅲ1、Ⅲ2、B06、J01、Ⅲ8、等 5 個基準(zhǔn)點(diǎn)相對穩(wěn)定，而Ⅲ9、J02、J03等3個基準(zhǔn)點(diǎn)不穩(wěn)定或者發(fā)生位移。

5 結(jié)論

（1）采用高精度邊角網(wǎng)的觀測技術(shù)方案建立水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，通過實(shí)施精度分析驗(yàn)證了其成果質(zhì)量達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，滿足工程監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的要求。

（2）基準(zhǔn)網(wǎng)是監(jiān)測變形部位的基準(zhǔn)，應(yīng)定期進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)。

（3）盡管徠卡TCA2003智能型全站儀代替了人工觀測，但是精密邊角網(wǎng)的自動化觀測過程仍然受某一瞬間或某一短時(shí)間內(nèi)大氣狀態(tài)（如氣溫、濕度、壓強(qiáng)等）和大氣現(xiàn)象（風(fēng)、云、霧霾、降水）的變化因素的影響，因此，高精度水平角觀測仍需要選擇大氣狀態(tài)相對穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行觀測。

P221

B

1673-9000（2017）05-0170-03

2017-04-11

齊博（1981-），男，陜西藍(lán)田人，主要從事水利水電工程測繪生產(chǎn)技術(shù)工作。