大壩變形監測控制網布設及其基準控制點穩定性分析

楊小平

(楊凌職業技術學院,陜西 楊凌712100)

我國20世紀50～60年代建造的大壩,經過幾十年的運營,大部分已處于危險期,需進行加固,通過對大壩進行變形監測,給加固設計方案提供理論依據。對新建大壩的變形監測作為其運營管理階段的一項必要任務。根據不同的大壩類型,布設不同圖形的控制網和變形觀測點,以便更好的服務于大壩運營。對控制網的強度和精度,必須根據被監測對象的特性要求和客觀條件利用計算機進行優化設計,按最小二乘法進行估算,保證控制網的可靠[1]。

1 平面控制網的布設

1.1 邊角控制網的圖形

邊角控制網的圖形見圖1。

1.2 基準控制點必須穩固

工作控制點離壩體適當距離,但需穩定。壩軸線上需布設2個工作控制點。控制點均應建造觀測墩,其頂部應設置強制對中底盤。

1.3 一般以壩軸線為準

控制網的圖形為大地四邊形和一個三角形組合(或布設成雙大地四邊形)的邊角網。控制網的可靠因子值需小于0.2″/mm。因條件限制個別觀測不能滿足此要求時,則應在觀測中采取特殊措施。

圖1 控制網

2 控制網的外業觀測

2.1 水平方向觀測

(1)用1″級全站儀。使用前必須對儀器進行檢校。

(2)水平角觀測按全圓方向法進行12測回觀測[2]。

(3)觀測時均選擇較好的天氣進行,觀測前應將儀器進行一定時間涼曬,使儀器溫度和外界環境保持一致。

(4)觀測時調好焦距,成像清晰,同一測繪保持不變。

(5)一測回操作程序和讀盤配置值按規范執行,照準目標時均二次照準目標讀數。整個測回都在兩個不同時間段完成,全陰天可在一個時間段內完成。麻家砭水庫平面控制網水平角各測回觀測均值見表1。

表1 麻家砭水庫平面控制網水平角各測回觀測均值

(6)觀測值限差如表2[3]。

表2 觀測限差

2.2 邊長觀測

(1)用1″級全站儀。使用前必須對儀器進行檢校。

(2)邊長觀測時均選擇氣象條件穩定時間段。

(3)邊長全部對向觀測,每單向邊均在兩個時間段內觀測,每單向邊一個時間段內觀測3測回,每測回2次[2]。

(4)每次觀測時測前測后分別在測站和棱鏡處讀取溫度、氣壓。分別量取儀器和棱鏡高2次,讀止0.5 mm,2次讀數差小于1 mm[2]。

(5)所測邊必須進行平均高程面歸化。其公式為:

式中:DP為已加入傾斜、溫度、氣壓改正后的實測邊長(m);DH為邊長歸化至測區平均高程面的距離(m);HP為測區平均高程面的值(m);Hm為邊長的平均高程(m);Rm為橢球曲率半徑(m)。

(6)邊長觀測值及限差如表3、表4[1]。

表3 觀測限差

表4 麻家邊水庫平面控制網各測站邊長觀測均值

2.3 豎直角觀測

(1)用1″級全站儀中絲法觀測6個測回[2]。使用前必須對儀器進行檢校。

(2)觀測限差如表5[2]。

表5 觀測限差

3 控制網起算數據限差

控制網起算數據限差如表6。

表6 起算數據限差

4 控制點穩定性分析

邊角網應盡早建成,盡快取得基準值。初次觀測必須待控制點穩定后(28 d)進行,必須按照本文中1、2項操作。第2次復測按工程測量規范要求,檢查控制點穩定性的方法是測量固定角和固定邊是否在限差內,認為控制點穩定,反之不穩定。當控制點的時,為位移明顯,否則不明顯。

5 實例分析

2008年11月對金堆城鉬業公司麻家砭庫區進行首次控制網布設、觀測、數據處理。2009年5月進行復測。按照測量規范相關要求,檢查控制點的穩定時只檢查基準控制點是否穩定,即J1、J2、J4。因為在本大壩安全監測項目中認為此三點遠離變形應力范圍之外,是相對固定不變的,而其他各控制點是為監測視準線工作點和變坡點而布設,監測大壩的變形就是定期監測它們的變化量來反映大壩是否有移位,因此復核控制點(J1、J2、J4)的穩定性是必須的。這次對外業觀測資料進行核對,均滿足規范精度要求。內業平差按照二級邊角網的精度等級,采用秩虧自由網平差方法。

(1)控制網的起算點數據如表7。

表7 起算點坐標

(2)控制網的精度統計見表8。

表8 控制網精度

(3)控制點平面坐標及誤差計算如表9。

表9 控制點平面坐標及誤差

(4)由表8、表9看,固定邊(DJ1-J2)和固定角(∠J2J1J3)誤差均小于規定值,因而控制J1、J2、J3穩定,精度均滿足要求,通過對該網采用秩虧自由網平差,可靠因子為0.125″/mm,誤差最大點為J4(1.15 mm),小于±1.41 mm,無明顯位移,可以作為變形監測點觀測的已知點應用。

6 結 語

控制網的圖形強度和精度是保證大壩變形監測的首要條件,從對該網型的分析,各項誤差均滿足技術要求。因而對變形點觀測和數據處理分析能起到去偽存真,從而對大壩的運營管理提供有力的技術保障。隨著高科技設備在工程中的不斷應用,大壩變形監測工作將更加方便,發展更加完善。具體實施時應做到:

①控制網的網型一般可采用三角形和大地四邊形組合或雙大地四邊形的邊角網。②控制網首先在室內借助計算機進行精度估算,優化設計方案,再實地標定控制點。控制點必須標定為強制對中點。③外業數據觀測必須按設計步驟進行。④控制網的平差可采用秩虧自由網平差;擬穩網平差。⑤所用全站儀必須經過檢校。

[1]DL/T5178-2003.混凝土壩安全監測技術規范[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2]GB/T17942-2000.國家三角測量規范[M].北京:中國標準出版社,2000.

[3]GB50026-93.工程測量規范[M].北京:中國計劃出版社,2001.