戴燦偉

（新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830049）

大壩外部變形觀測是大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，其變形監(jiān)測網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)是測量工程建筑物、構(gòu)筑物變形的基準(zhǔn)，如基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生變形，是不能正確測出目標(biāo)物位移量的[1]。因此通過網(wǎng)形復(fù)測及穩(wěn)定性分析，來判斷基準(zhǔn)網(wǎng)形前后是否一致，區(qū)分前后觀測基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)差異量是測量誤差干擾，還是位移量是十分重要的。

1 工程概述

奴爾水庫大壩工程位于新疆和田地區(qū)策勒縣境內(nèi)的奴爾河中下游河段，其壩址位于奴爾鄉(xiāng)上游12km，距策勒縣137km，規(guī)模為Ⅲ等中型工程，是一座承擔(dān)灌溉、發(fā)電綜合利用任務(wù)的控制性樞紐工程。奴爾水庫的正常蓄水位為2497m，總庫容為0.69億m3，電站裝機(jī)容量為6.2MW，主要建筑物由碾壓式瀝青混凝土心墻壩、導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞、溢洪洞、發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等組成。工程于2015年動(dòng)土，2018年8月蓄水，2019年底主體工程完工。

水庫壩址區(qū)兩岸山體表層為風(fēng)積低液限粉土覆蓋，厚度30～50m，下伏沖積砂礫石及西域礫巖。水庫在蓄水過程中庫盤左右岸巨厚粉土均有大方量的滑塌現(xiàn)象，水域面漸近設(shè)立在庫盤兩岸山體上的變形監(jiān)測網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)。為得知岸坡的滑塌是否對上游網(wǎng)點(diǎn)造成變形，開展定期變形平面監(jiān)測網(wǎng)的網(wǎng)形復(fù)測和穩(wěn)定性分析是必要的[2]。

2 平面監(jiān)測網(wǎng)的布置及復(fù)測

2.1 網(wǎng)形布置

奴爾水庫大壩外部變形平面監(jiān)測網(wǎng)于2019年10月設(shè)立，共由KZ1、KZ2、KZ3、KZ4、KZ5、KZ6 6點(diǎn)組成，左右岸各3點(diǎn)。受 地 形 限制網(wǎng)點(diǎn)中KZ1與KZ2間、KZ4與KZ6間不通視，其它各點(diǎn)間均可通視，其中KZ2、KZ5點(diǎn)距大壩較近、分別位于壩軸線兩端，網(wǎng)中共有24個(gè)方向，12條觀測邊，最大邊長約1.33km，最短邊長約0.34km，平均邊長0.91km，網(wǎng)點(diǎn)間最大高差114.40m，最小高差2.27m，平均高程約2590.02m，相對大壩建基面高差平均約170.02m，變形監(jiān)測平面基準(zhǔn)網(wǎng)形見圖1。

圖1 大壩外部變形平面監(jiān)測網(wǎng)形圖

2.2 復(fù)測及觀測精度

2021年7月開展平面監(jiān)測網(wǎng)復(fù)測工作，觀測精度要求：點(diǎn)位中誤差±2.0mm、邊長固定誤差1mm、邊長比例誤差1ppm、邊長相對中誤差1/200000[3-4]。所用儀器是徠卡TS60高精度全站儀，測角精度 0.5″、測距精度 0.6mm+1ppm。

（1）獨(dú)立坐標(biāo)系的選取：建筑物變形測量可采用獨(dú)立平面的平面坐標(biāo)系統(tǒng)及高程基準(zhǔn)[5]。奴爾工程范圍內(nèi)施測點(diǎn)和被測點(diǎn)間的最大高差因在100m以上，平面觀測時(shí)為減小長度變形的影響，選擇投影法進(jìn)行抵償，計(jì)算得到長度投影變形為39.1cm/km，投影抵償面高程為2489m，為了與前期投影面保持一致，仍取壩頂高程投影面2500m。高程系統(tǒng)延續(xù)1985國家高程基準(zhǔn)。

（2）復(fù)測方法的選擇：為與初始網(wǎng)形保持一致，保留初始觀測邊長值。為提高整個(gè)網(wǎng)的精度和強(qiáng)度，采用測邊網(wǎng)方式觀測，并根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量及分布，采用三組起算數(shù)據(jù)，每組起算點(diǎn)為二個(gè)：第一組起算點(diǎn)KZ1、KZ4；第二組起算點(diǎn)KZ3、KZ6；第三組起算點(diǎn)KZ2、KZ5，測邊網(wǎng)形及起算點(diǎn)分布見圖2。

圖2 測邊網(wǎng)形及三組起算點(diǎn)分布圖

（3）外業(yè)觀測及觀測限差：施測時(shí)，網(wǎng)點(diǎn)邊長觀測每邊往返測3測回，每測回照準(zhǔn)目標(biāo)一次，測讀距離4次，一測回讀數(shù)較差限制為2.0mm，單程各測回讀數(shù)較差限制為3.0mm；每邊觀測始末讀記氣象數(shù)據(jù)，取兩端平均值用作氣象改正計(jì)算；往返距離較差經(jīng)過氣象改正、加乘常數(shù)改正、傾斜改正，往返距離較差應(yīng)≤2（a+bD）。天頂距全站儀三等要求觀測，網(wǎng)點(diǎn)三角高程測量每條邊往返觀測，中絲法4測回。天頂距觀測指標(biāo)差較差和測回間較差限制均為5″，每千米高差中數(shù)中誤差±6mm、對向高差較差35D、單程雙測高差較差±8false、附（閉）合路線閉合差±12false。現(xiàn)場觀測精度滿足測量技術(shù)指標(biāo)及其限差要求，復(fù)測精度統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 復(fù)測精度統(tǒng)計(jì)表

3 數(shù)據(jù)平差及穩(wěn)定性分析

3.1 平差方法的選擇

平差方法主要有經(jīng)典平差、自由網(wǎng)平差和擬穩(wěn)平差。本期監(jiān)測網(wǎng)平差基準(zhǔn)與初始平差基準(zhǔn)一致，即固定基準(zhǔn)?？紤]以后監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)變形情況，計(jì)算了固定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為重心參考基準(zhǔn)（秩虧自由網(wǎng)平差的草看基準(zhǔn)）及局部重心參考基準(zhǔn)（擬穩(wěn)平差的參考基準(zhǔn)）。

3.2 平差結(jié)果

采用經(jīng)典邊角網(wǎng)平差計(jì)算得到的協(xié)因數(shù)見表2，平差后，點(diǎn)位中誤差、單位權(quán)中誤差等精度統(tǒng)計(jì)見表3。

表2 二等水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)平差計(jì)算的協(xié)因數(shù)

表3 點(diǎn)位中誤差、單位權(quán)中誤差精度統(tǒng)計(jì)表

3.3 穩(wěn)定性分析

平面監(jiān)測網(wǎng)（控制網(wǎng)）穩(wěn)定性分析常用方法有：單點(diǎn)位移顯著性分析的比較法、t檢驗(yàn)法、限差檢驗(yàn)法，平均間隙法和穩(wěn)健迭代權(quán)估計(jì)方法。

本期采用限差檢驗(yàn)法，即當(dāng)一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的兩期坐標(biāo)差均滿足檢驗(yàn)式，方視為兩點(diǎn)相對穩(wěn)定或變動(dòng)不顯著，否則應(yīng)視為存在位移。穩(wěn)定性分析約定：兩期觀測的多組起算數(shù)據(jù)取3組，基準(zhǔn)點(diǎn)參加3組起算點(diǎn)的次數(shù)為1次，取3倍單位權(quán)中誤差的綜合估算值[5]，對初始觀測重新平差，控制網(wǎng)組成，平差方法保持兩期一致，達(dá)到協(xié)因數(shù)兩期不變。

設(shè)以t倍中誤差作為限差，檢驗(yàn)式為：

式中：t一般取2～3；0μ為兩期觀測的單位權(quán)中誤差的綜合估算值，由下式計(jì)算：

式中：j表示第j期。此式可推廣到多期的情形。

經(jīng)過限差檢驗(yàn)法計(jì)算，兩期所得坐標(biāo)差計(jì)算的均方差，小于單位權(quán)中誤差的綜合估算值的極限誤差，可見基準(zhǔn)點(diǎn)KZ1～KZ6平面位置沒有發(fā)生位移，是穩(wěn)定的。

表4 基準(zhǔn)點(diǎn)兩期限差法檢驗(yàn)結(jié)果表

4 結(jié)語

此次對奴爾水庫大壩外部變形平面監(jiān)測網(wǎng)復(fù)測，測繪觀測流程和方法符合規(guī)范各項(xiàng)要求，數(shù)據(jù)可靠。平面監(jiān)測網(wǎng)變形分析中，采用了限差檢驗(yàn)法。對各點(diǎn)進(jìn)行了點(diǎn)位穩(wěn)定性分析計(jì)算，兩期所得坐標(biāo)差計(jì)算的均方差，小于單位權(quán)中誤差的綜合估算值的極限誤差，認(rèn)為各點(diǎn)未發(fā)生變形，各基準(zhǔn)點(diǎn)可以作為觀測變形監(jiān)測點(diǎn)的起算依據(jù)進(jìn)行變形觀測。為了使樞紐區(qū)平面控制網(wǎng)更好地服務(wù)于大壩外觀觀測，除定期開展平面監(jiān)測網(wǎng)復(fù)測及穩(wěn)定分析外，建議多開展網(wǎng)點(diǎn)區(qū)域的巡視檢查[6]，關(guān)注庫盤兩岸滑塌是否使網(wǎng)點(diǎn)周邊土層產(chǎn)生裂縫。