何 濤， 田 超， 李 曉 波

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

二灘水電站位于四川省攀枝花市雅礱江干流，系雅礱江流域水電梯級開發(fā)的第一座水電站。二灘水電站為一等工程，攔河壩、泄洪建筑物、輸水建筑物和地下廠房為1級建筑物；大壩下游消能建筑物中二道壩為2級建筑物，水墊塘為3級建筑物；過水建筑物為3級建筑物。二灘水電站以發(fā)電為主，水庫正常蓄水位高程1 200 m，總庫容58億m3，調(diào)節(jié)庫容33.7億m3，水庫具有季調(diào)節(jié)能力。電站總裝機(jī)容量為3 300 MW，多年平均發(fā)電量為170億kW·h。

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)是監(jiān)測大壩運(yùn)行狀況、及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程隱患的重要設(shè)施之一，是大壩運(yùn)行管理的耳目。因此，大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價(jià)亦被列為水電站大壩安全定期檢查專題項(xiàng)目之一。為保證大壩安全監(jiān)測信息的可靠性，按照國家法令和規(guī)程規(guī)范中對大壩安全定期檢查的有關(guān)規(guī)定和要求，需要對大壩現(xiàn)有的監(jiān)測設(shè)施定期進(jìn)行全面檢查、測試和評價(jià)，在檢查考證施工資料、現(xiàn)場檢查和測試并對歷年監(jiān)測資料進(jìn)行對比分析等工作的基礎(chǔ)上，對整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)作出綜合評價(jià)，為大壩安全定期檢查提供技術(shù)資料。

對大壩水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析的步驟：首先，通過歷年取得的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析判斷控制網(wǎng)的工作狀態(tài)及可靠性；其次，通過現(xiàn)場檢查和測試查看測點(diǎn)的布置形式、工作環(huán)境和保護(hù)情況等，評價(jià)監(jiān)測系統(tǒng)是否具備反映建筑物性態(tài)的能力；最后，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)特性和運(yùn)行情況，對整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的完備性、監(jiān)測精度和可靠性作出系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和評價(jià)。闡述了對二灘水電站大壩水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行的穩(wěn)定分析過程。

2 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)的現(xiàn)場檢查與測試

2.1 大壩水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)的布置情況

二灘水電站水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)由原水平位移校核網(wǎng)點(diǎn)C0～C4、原水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)C5～C12以及原臨時(shí)平面監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)Ⅲ06、Ⅲ11共同組成，全網(wǎng)共15個(gè)網(wǎng)點(diǎn)。大壩水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)見圖1。水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)于2000年2月至4月間完成首次觀測，起算點(diǎn)為C3點(diǎn)，起算方向?yàn)镃3點(diǎn)至C4點(diǎn)方位[1]。

2000年10月，原水平位移校核網(wǎng)點(diǎn)C4遭到破壞，后于2001年恢復(fù)，并將原水平位移校核網(wǎng)與水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)統(tǒng)一觀測，起算方向改為C3至C1方位。C4點(diǎn)作為工作基點(diǎn)，用于監(jiān)測其附近地下煤層采空區(qū)的巖體變形。對原網(wǎng)中與C7、C8相連的邊改為只進(jìn)行邊長測量。恢復(fù)C4后，于2001年2月至3月進(jìn)行了觀測，此次觀測視作重建水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)，獨(dú)立觀測了兩次。以后每年均對控制網(wǎng)進(jìn)行了復(fù)測，復(fù)測均以C3為固定點(diǎn)，C3至C1方向?yàn)楣潭ǚ较蜻M(jìn)行平差[2]。水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)位的布置滿足規(guī)范要求及該工程需要，網(wǎng)形結(jié)構(gòu)較好，網(wǎng)點(diǎn)基本覆蓋監(jiān)測區(qū)域，滿足規(guī)范對網(wǎng)形的要求[3]。

圖1 大壩水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)示意圖

2.2 監(jiān)測方法檢查

二灘水電站大壩水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)于2000年3月首次觀測后，按照1次/a的頻次進(jìn)行復(fù)測。通過查閱電站基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)的年度報(bào)告和測繪成果質(zhì)量檢查報(bào)告，對控制網(wǎng)觀測的合法性、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的合理性、成果真實(shí)有效性等方面進(jìn)行了檢查，具體檢查了復(fù)核基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)的觀測限差、外業(yè)觀測質(zhì)量統(tǒng)計(jì)、平差計(jì)算及精度評定等內(nèi)容。

2.3 現(xiàn)場檢查

按照安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定的檢查要求對二灘水電站大壩水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)點(diǎn)位情況進(jìn)行了現(xiàn)場巡查，并對現(xiàn)場觀測進(jìn)行了現(xiàn)場檢查。主要對使用全站儀對水平角、天頂距和邊長進(jìn)行觀測的外業(yè)施測、全站儀機(jī)載軟件進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集、氣象元素的觀測等項(xiàng)目進(jìn)行了現(xiàn)場檢查。

2000年至2015年施測方使用徠卡TCA2003全站儀對水平角、天頂距和邊長進(jìn)行了觀測[4]。儀器標(biāo)稱精度為測角中誤差±0.5″，測邊精度±(1 mm+1 ppm)。2016年至2019年施測方使用TM50全站儀對水平角、天頂距和邊長進(jìn)行了觀測。儀器標(biāo)稱精度為測角中誤差±0.5″，測邊精度±(0.6 mm+1 ppm)。觀測時(shí)儀器自動(dòng)讀數(shù)和記錄，內(nèi)業(yè)處理時(shí)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，觀測儀器在檢定有效期內(nèi)。

水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和水平校核網(wǎng)以C3為固定點(diǎn)，以C3～C1為固定方向進(jìn)行經(jīng)典自由網(wǎng)平差。 平差計(jì)算前首先對觀測邊長進(jìn)行了氣象改正、加乘常數(shù)改正，再用各自的二等水準(zhǔn)高程將斜距改化為平距。氣象元素為現(xiàn)場測定的測站和鏡站的干濕溫度和氣壓。在平差計(jì)算中，兩類觀測量綱的權(quán)先按方向值的先驗(yàn)權(quán)以儀器標(biāo)稱精度確定，即σm=±0.5″；距離先驗(yàn)中誤差按測距儀的標(biāo)稱精度確定，即固定誤差a=1 mm，比例誤差b=1 ppm(a與b均為儀器出廠標(biāo)稱精度)，σs=1 mm+1 ppm，其先驗(yàn)權(quán)按和給出(先驗(yàn)權(quán)為平差計(jì)算先選定的常數(shù)值)。為了正確解決邊角同測網(wǎng)涉及兩類觀測值權(quán)比，使測角和測邊的精度做到整體、真實(shí)的表達(dá)，程序計(jì)算時(shí)按赫爾默特法對兩類觀測值的權(quán)進(jìn)行了迭代求算，迭代趨近值P的限值設(shè)定為0.01。最終取經(jīng)迭代求算后的兩類觀測綱量權(quán)代替先驗(yàn)權(quán)按經(jīng)典自由網(wǎng)平差求得成果。

3 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)的穩(wěn)定性分析及評價(jià)

3.1 起算基點(diǎn)穩(wěn)定性分析及精度分析

水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)中各網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性分析建立在較多期的復(fù)測成果基礎(chǔ)上，所采用的基準(zhǔn)不同，相應(yīng)網(wǎng)點(diǎn)的位移量亦會(huì)不同。采用不同基準(zhǔn)、使用不同類型自由網(wǎng)平差計(jì)算方法求出的各點(diǎn)位移量也存在一定的差異。

二灘水電站水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)點(diǎn)位的穩(wěn)定性分析采用變形誤差橢圓檢驗(yàn)法。變形誤差橢圓法即在每一點(diǎn)上作變形誤差橢圓和取k倍中誤差為極限變形誤差橢圓，根據(jù)該點(diǎn)位移向量的分布是否落在這些橢圓之內(nèi)判斷位移是否顯著。

水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)的精度分析主要以基準(zhǔn)網(wǎng)外業(yè)觀測質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表和基準(zhǔn)網(wǎng)平差計(jì)算后精度指標(biāo)(2014年至2019年)統(tǒng)計(jì)表為主，水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)外業(yè)觀測質(zhì)量統(tǒng)計(jì)情況見表1，水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)平差計(jì)算精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況見表2。水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)點(diǎn)位復(fù)測平差后點(diǎn)位精度滿足技術(shù)設(shè)計(jì)的要求。

表1 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)外業(yè)觀測質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

表2 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)平差計(jì)算精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)點(diǎn)位在每期測量成果報(bào)告中均經(jīng)過了變形誤差橢圓法對各點(diǎn)位的變形量顯著性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)個(gè)別點(diǎn)位位移量比較顯著(該點(diǎn)位移向量的k值中誤差為極限變形誤差橢圓之內(nèi)的分布情況，判斷位移是否顯著)，其余點(diǎn)位移量不顯著或在某個(gè)觀測期內(nèi)發(fā)現(xiàn)顯著。位移量顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)(2014年至2019年)情況見表3和表4，水平位移校核網(wǎng)相對于首期位移量顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)情況見表3，水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)相對于首期位移量顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)情況見表4。

表3 水平位移校核網(wǎng)相對于首期位移量顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

表4 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)相對于首期位移量顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

從位移量顯著性檢驗(yàn)對網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析得知：各網(wǎng)點(diǎn)每期位移量比較顯著的點(diǎn)主要集中在C3點(diǎn)、C4點(diǎn)、C10點(diǎn)和C11點(diǎn)，其余各基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)不存在顯著位移，但每期位移量顯著性不統(tǒng)一，整體規(guī)律性不強(qiáng)。

3.2 評價(jià)意見

水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)施測使用的觀測儀器在檢定有效期內(nèi)。歷次校測采用的儀器合理合法，符合測量規(guī)范要求的精度[5]。水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)是以一個(gè)固定點(diǎn)(C3)、一個(gè)(C3～C1)固定方向進(jìn)行經(jīng)典自由網(wǎng)平差。歷次校測的測量方法是延續(xù)和統(tǒng)一的，是現(xiàn)有網(wǎng)形中合理并滿足設(shè)計(jì)要求的。水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)的數(shù)據(jù)平差處理、精度評定和監(jiān)測成果滿足技術(shù)設(shè)計(jì)書要求，通過了國家測繪部門所要求的檢查驗(yàn)收，滿足現(xiàn)行國家測繪管理部門對測繪成果的要求。

4 結(jié) 語

二灘水電站水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)按照一點(diǎn)一方向作為起算基準(zhǔn)對計(jì)算成果進(jìn)行復(fù)核和分析取得的結(jié)果表明：二灘水電站水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)整體穩(wěn)定。對水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)各次監(jiān)測精度進(jìn)行分析取得的結(jié)果表明：網(wǎng)點(diǎn)精度符合控制網(wǎng)的誤差傳遞理論；最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度滿足《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》DL/T 5178-2016要求[6]；水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)形強(qiáng)度和成果數(shù)據(jù)可靠。由于水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)的初始起算條件的穩(wěn)定性有觀測誤差的引入，導(dǎo)致水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)點(diǎn)位變化量顯著且規(guī)律性不強(qiáng)。隨著監(jiān)測技術(shù)的不斷進(jìn)步，建議結(jié)合不同的監(jiān)測技術(shù)手段開展該電站基準(zhǔn)網(wǎng)專項(xiàng)的長周期資料分析，并對基準(zhǔn)網(wǎng)的計(jì)算平差進(jìn)行優(yōu)化。