馮 歡

（寧夏水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司 寧夏銀川 750001）

1 引言

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，水利樞紐發(fā)揮的作用越來越大，依照功能的不同，水利樞紐分為了防洪樞紐、灌溉樞紐、水力發(fā)電樞紐以及航運樞紐等[1]，按照規(guī)模劃分，包含了大型、中型以及小型水利樞紐。在建設(shè)水利樞紐工程時，需要結(jié)合地質(zhì)特征、樞紐功能等進行綜合考慮。大型水利樞紐工程具有建設(shè)難度大、資金投入高、技術(shù)性強等特征。通常情況下大型水利樞紐需要承受較大的水壓力，隨著時間的延遲會導(dǎo)致水利樞紐工程產(chǎn)生一定的形變，為了確保水利樞紐工程的穩(wěn)定性與安全性，建立樞紐工程監(jiān)測基準網(wǎng)非常有必要。在建設(shè)過程中需要充分考慮到基準網(wǎng)的精度，為保障監(jiān)測效果提供支持。當(dāng)下，國外針對大型水利樞紐工程監(jiān)測基準網(wǎng)的建立已經(jīng)較為成熟，我國還處于不斷發(fā)展階段，需要進行深入探索。為此，本文以某大型水利樞紐工程為例，對工程監(jiān)測基準網(wǎng)要求以及觀測情況進行研究，為提高大型水利樞紐工程監(jiān)測基準網(wǎng)精度奠定基礎(chǔ)。

2 工程概況

某大型水利樞紐工程的主壩與副壩均采用混凝土面板砂礫石壩，主壩高度129m，在我國水利樞紐工程中屬于大型工程，大壩頂部跨長為403m，副壩高度為83m，副壩頂部跨長為108m，主壩和副壩在上游的坡度比例為1:1.5，大壩頂部寬度為14m。

3 平面監(jiān)測基準網(wǎng)設(shè)計

3.1 平面監(jiān)測網(wǎng)等級與精度確定

依照該區(qū)域建設(shè)管理局的要求，修建的工程監(jiān)測基準網(wǎng)需要滿足《水利水電工程檢測標準》（以下簡稱《標準》）相關(guān)規(guī)定。為了保證該大型水利樞紐工程監(jiān)測效果，監(jiān)測網(wǎng)的主要職能是負責(zé)對廠房高邊坡、工作閘井邊坡的形變量開展監(jiān)測工作，根據(jù)《標準》中的有關(guān)要求，使用在堆石壩等部分的穩(wěn)固性監(jiān)測基準網(wǎng)建設(shè)等級不能夠低于二級網(wǎng)監(jiān)測標準[2]。如表1 所示《標準》中規(guī)定的平面基準網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)要點與公差范圍。

表1 平面基準網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)要點與公差范圍

平面控制網(wǎng)規(guī)劃方式選用邊角同測網(wǎng)，按照《標準》中對專二等級的相關(guān)規(guī)定，要求平面網(wǎng)各邊的平均長度不得低于1400m，但是由于選取的大型水利樞紐工程建設(shè)在高山峽谷中，基準網(wǎng)的建設(shè)也受到了較大的局限性，造成各個網(wǎng)邊的平均長度僅為900m，結(jié)合專業(yè)知識以及實踐經(jīng)驗可以得知，使用專二層次規(guī)定的測量設(shè)備、測量方式、觀測精度偏差以及技術(shù)要點開展測量工作，實際取得的測量精度將超過上述表格中的尺寸誤差范圍，由此會導(dǎo)致施工困難度增加[3]。

大型水利樞紐工程監(jiān)測基準網(wǎng)的高程標準要嚴格遵從國家對一等與二等水準測量的精度要求，且不可以通過對水準測定的方式來進行各個端點間的高差，需要依托于對向三角高程途徑來測量，同時使得高程控制網(wǎng)屬于閉合水準類型[4]。

3.2 平面監(jiān)測網(wǎng)方案設(shè)計

在該工程當(dāng)中受地形條件限制，同時兼顧精度需求，共計布置了11 個點，具體為TN01～11，其中基準點選定為TN01、TN04,具體布置如下圖1 中所示。

圖1 平面位移監(jiān)測基準網(wǎng)

為了保證基準網(wǎng)建設(shè)的穩(wěn)固性，在基準網(wǎng)中沒一位置點處設(shè)計一個直徑為45cm 的鋼筋觀測支撐柱，固定點中有8 個位置點規(guī)劃在巖石上，首先利用專業(yè)設(shè)備在巖石上加工出長寬高均為65cm 的坑洞，緊接著將直徑為65cm 長度為100cm 的長錨桿放置到坑洞中，向其中倒入混凝土使之固定[5]。另外一個位置點因為特殊的地理位置，無法將其固定到巖石上，在進行這種情況的支撐柱固定時，需要在地面下開挖一個長寬高均為170cm 的基坑，向挖好的坑洞內(nèi)澆筑混凝土，使其底部形成一個長寬高為160x160x110cm 的混凝土基礎(chǔ)，再將支撐柱放置到混凝土基礎(chǔ)上，最后向基坑內(nèi)澆筑混凝土，使得支撐柱與混凝土基礎(chǔ)固定到一起，通過這種方法可以有效保障支撐柱的牢固度，一般情況下支撐柱高點離地面的距離為125cm 左右。

4 觀測情況

通過電子經(jīng)緯儀對相關(guān)角度進行測量，根據(jù)現(xiàn)成的實際工況得出，總共需要測量的角度數(shù)量為14個，測量方法選取分時間段最佳測量法，在上午天氣環(huán)境適宜的情況下測量7 個角度，再在下午適宜環(huán)境中測量7 個角度，將已有的照準標準單一微讀數(shù)方法改為兩次讀數(shù)，盡可能的降低照準偏差，并且兩次讀取數(shù)值的大小差別不能夠超過3″。于此同時在任何一個觀測時間范圍內(nèi)部測量到半數(shù)測回過程中都需要調(diào)整照準部的旋轉(zhuǎn)方向，也可以選取測回間的方式來調(diào)整方向。在進行觀測過程中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變化時，都需要進行歸零操作，并且保證每次歸零的誤差范圍控制在4″以內(nèi)。在正式觀測前要做好準備工作，第一步要依照規(guī)定對望遠鏡的焦距以及讀數(shù)反光鏡的方位進行改變，并且在相同的測回中要穩(wěn)定不變，在實際開展觀測工作時，氣泡圓心位置與整置中心點的偏差量不能夠超過一格，當(dāng)偏差量處于極限位置時，則需要對儀器進行重新調(diào)整，之后再進行觀測?；谒浇怯^測的照準目標一般選取直徑為5mm 長度為18mm 的塔形桿，在桿的頂端噴涂上紅色油漆，在尾部噴涂上白色油漆，之后將桿放入到強制對中的螺栓孔中[6]。

通過水準儀開展水準測量工作，觀測過程中各個部分的往返測都劃分為上午與下午兩個時間段，但是當(dāng)天氣環(huán)境較好或者處于陰天狀態(tài)時，可以將同一個地點的往返測均放置在上午或者下午，需要注意的時采用這種方法進行的往返測數(shù)量不能夠超過總測量數(shù)的2 成。在將水準儀放置到各個觀測站上時，必須要確保水平儀中兩個地面支點的連線與水準線相平行，另外一個支點處于水平線的左邊或者右邊均可以。在往測環(huán)節(jié)結(jié)束以后開展返測環(huán)節(jié)時，各自的水準尺也要進行相應(yīng)的位置調(diào)換，同時依照規(guī)定要求對水平儀進行重新調(diào)試。此外，任何一個測站的往測數(shù)量與返測數(shù)量均不得為奇數(shù)。

5 基準網(wǎng)精度評定

5.1 水平位移基準網(wǎng)的預(yù)期精度

整個監(jiān)測網(wǎng)以TN01、TN04 為固定點來計算符合網(wǎng)的平差估算，最終得到水平位移基準網(wǎng)的預(yù)期精度，具體如下表2 中所示。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，表2 中的預(yù)期精度數(shù)據(jù)估算實際上是對最大誤差與方位角的估算，從表2 中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，點位中的誤差大約為±1.892mm，橢圓長半軸與短半軸的誤差則分別為±1.621mm 與±0.954mm，完全能夠滿足規(guī)范要求。

表2 水平位移基準網(wǎng)的預(yù)期精度（注明的單位均為mm）

5.2 監(jiān)測網(wǎng)的可靠指標統(tǒng)計

共計監(jiān)測了38 條邊與76 個方向，對相關(guān)觀測的可靠性指標進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如下表3 中所示，從表中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，該工程項目當(dāng)中水平位移基準網(wǎng)觀測的可靠性因子均高于規(guī)范規(guī)定的0.2 限值，這說明該控制網(wǎng)抵御粗差的能力相對較強。此外，從表2 中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)該監(jiān)測網(wǎng)的靈敏度長半軸位于0.645～0.653mm 之間，靈敏度也能滿足實際需求。

表3 監(jiān)測網(wǎng)可靠性指標統(tǒng)計

6 提高工程監(jiān)測基準網(wǎng)精度的方法

現(xiàn)階段隨著GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展，在大型水利樞紐工程監(jiān)測基準網(wǎng)建設(shè)上發(fā)揮了重要的作用，通過GPS 測量技術(shù)的應(yīng)用，彌補了以往觀測技術(shù)中存在的問題，顯著改善了監(jiān)測效率與準確性[7]。GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)運用最優(yōu)觀測時段技術(shù)，盡可能的解決了GPS 衛(wèi)星運行過程中產(chǎn)生的周期性誤差，減低了計算的復(fù)雜程度，避免了外業(yè)數(shù)據(jù)檢核處理的復(fù)雜運算，有效的改善了測繪精度。在將GPS 技術(shù)應(yīng)用到工程監(jiān)測基準網(wǎng)設(shè)立工作中時，一方面要確保觀測時間的設(shè)置要日夜平衡，同時保證夜間觀測時長要占據(jù)總觀測時長的2.5 成以上；另一方面在計算基線精處理的限差過程中，應(yīng)當(dāng)避免使用基線向量的方差陣進行計算。

7 結(jié)束語

綜上所述，大型水利樞紐建設(shè)難度高、投資成本大、建設(shè)周期長，所發(fā)揮出的社會功能也更大，為此本文以某大型水利樞紐為例，首先確定監(jiān)測精準網(wǎng)的等級以及精度，并明確了基準網(wǎng)的設(shè)計方案，深入探究了工程監(jiān)測基準網(wǎng)的精度設(shè)計與評定，得到了各項參數(shù)偏差范圍都符合二級網(wǎng)允許的偏差范圍，由此說明監(jiān)測基準網(wǎng)精度能夠很好的滿足大型樹立樞紐工程監(jiān)測要求。