何 濤， 田 超， 李 曉 波

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)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(jí)開(kāi)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(jí)建筑物；大壩下游消能建筑物中二道壩為2級(jí)建筑物，水墊塘為3級(jí)建筑物；過(guò)水建筑物為3級(jí)建筑物。二灘水電站以發(fā)電為主，水庫(kù)正常蓄水位高程1 200 m，總庫(kù)容58億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容33.7億m3，水庫(kù)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(cè)系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)評(píng)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(cè)信息的可靠性，按照國(guó)家法令和規(guī)程規(guī)范中對(duì)大壩安全定期檢查的有關(guān)規(guī)定和要求，需要對(duì)大壩現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)設(shè)施定期進(jìn)行全面檢查、測(cè)試和評(píng)價(jià)，在檢查考證施工資料、現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試并對(duì)歷年監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析等工作的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作出綜合評(píng)價(jià)，為大壩安全定期檢查提供技術(shù)資料。

對(duì)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(guò)歷年取得的監(jiān)測(cè)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)試查看測(cè)點(diǎn)的布置形式、工作環(huán)境和保護(hù)情況等，評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否具備反映建筑物性態(tài)的能力；最后，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)特性和運(yùn)行情況，對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完備性、監(jiān)測(cè)精度和可靠性作出系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和評(píng)價(jià)。闡述了對(duì)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(guò)程。

2 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)檢查與測(cè)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(cè)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(jiàn)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(cè)，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(cè)，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(cè)其附近地下煤層采空區(qū)的巖體變形。對(duì)原網(wǎng)中與C7、C8相連的邊改為只進(jìn)行邊長(zhǎng)測(cè)量?；謴?fù)C4后，于2001年2月至3月進(jìn)行了觀測(cè)，此次觀測(cè)視作重建水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)，獨(dú)立觀測(cè)了兩次。以后每年均對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行了復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)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(cè)區(qū)域，滿足規(guī)范對(duì)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(cè)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(cè)后，按照1次/a的頻次進(jìn)行復(fù)測(cè)。通過(guò)查閱電站基準(zhǔn)網(wǎng)及校核網(wǎng)的年度報(bào)告和測(cè)繪成果質(zhì)量檢查報(bào)告，對(duì)控制網(wǎng)觀測(cè)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(cè)限差、外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)、平差計(jì)算及精度評(píng)定等內(nèi)容。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)檢查

按照安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鑒定的檢查要求對(duì)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(chǎng)巡查，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查。主要對(duì)使用全站儀對(duì)水平角、天頂距和邊長(zhǎng)進(jìn)行觀測(cè)的外業(yè)施測(cè)、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(cè)等項(xiàng)目進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查。

2000年至2015年施測(cè)方使用徠卡TCA2003全站儀對(duì)水平角、天頂距和邊長(zhǎng)進(jìn)行了觀測(cè)[4]。儀器標(biāo)稱精度為測(cè)角中誤差±0.5″，測(cè)邊精度±(1 mm+1 ppm)。2016年至2019年施測(cè)方使用TM50全站儀對(duì)水平角、天頂距和邊長(zhǎng)進(jìn)行了觀測(cè)。儀器標(biāo)稱精度為測(cè)角中誤差±0.5″，測(cè)邊精度±(0.6 mm+1 ppm)。觀測(cè)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(cè)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(duì)觀測(cè)邊長(zhǎng)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(chǎng)測(cè)定的測(cè)站和鏡站的干濕溫度和氣壓。在平差計(jì)算中，兩類觀測(cè)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(cè)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(cè)網(wǎng)涉及兩類觀測(cè)值權(quán)比，使測(cè)角和測(cè)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(duì)兩類觀測(cè)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(cè)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(píng)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(cè)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(cè)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(cè)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)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(jiàn)表2。水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)點(diǎn)位復(fù)測(cè)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(cè)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(cè)量成果報(bào)告中均經(jīng)過(guò)了變形誤差橢圓法對(duì)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(cè)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(jiàn)表3和表4，水平位移校核網(wǎng)相對(duì)于首期位移量顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3，水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)相對(duì)于首期位移量顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表4。

表3 水平位移校核網(wǎng)相對(duì)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(duì)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(duì)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(píng)價(jià)意見(jiàn)

水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)施測(cè)使用的觀測(cè)儀器在檢定有效期內(nèi)。歷次校測(cè)采用的儀器合理合法，符合測(cè)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(cè)的測(cè)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(píng)定和監(jiān)測(cè)成果滿足技術(shù)設(shè)計(jì)書要求，通過(guò)了國(guó)家測(cè)繪部門所要求的檢查驗(yàn)收，滿足現(xiàn)行國(guó)家測(cè)繪管理部門對(duì)測(cè)繪成果的要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

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(duì)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(duì)水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和校核網(wǎng)各次監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，建議結(jié)合不同的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段開(kāi)展該電站基準(zhǔn)網(wǎng)專項(xiàng)的長(zhǎng)周期資料分析，并對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)的計(jì)算平差進(jìn)行優(yōu)化。