二級壩泵站工程范圍內變形監測網布設與觀測

朱利超，劉文國，張緒朋，張　亮，孫　磊，何明崗（山東省水利勘測設計院，山東濟南 250013）

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二級壩泵站工程范圍內變形監測網布設與觀測

朱利超，劉文國，張緒朋，張亮，孫磊，何明崗
（山東省水利勘測設計院，山東濟南 250013）

煤礦采空區對二級壩工程范圍內建筑物、構筑物安全造成極大威脅。通過在二級壩工程范圍內布設變形監測網，采用先進測量技術和高精度測量方法，對變形監測點進行定期觀測、分析和比較，能及時對變形信息進行監測和預報，具有重要意義。該文按照規范要求，應用GPS靜態觀測、導線測量、高精度水準測量等技術，組織布設該變形監測網，并對其進行首次觀測，為以后二級壩工程范圍內變形監測提供重要依據。

變形觀測；靜態GPS測量；水準測量；監測與預報

引文格式：朱利超，劉文國，張緒朋，等.二級壩泵站工程范圍內變形監測網布設與觀測［J］.山東國土資源，2016，32（5）：83-85.ZHU Lichao，LIU Wenguo，ZHANG Xupeng，etc.Setting and Observation of Deformation Monitoring Network within the Scope of GradeⅡDam Pumping Station［J］.Shandong Land and Resources，2016，32（5）：83-85.

0　引言

二級壩泵站樞紐工程位于山東省微山縣南四湖中部二級壩溢流堰西裹頭以西200 m的下級湖內，是南水北調東線工程的第十級抽水梯級泵站。其主要建（構）筑物有泵站、前池、進水池、出水池、進水閘、引水渠和出水渠。

鑒于二級壩引水渠因南部煤礦采空區影響已發生沉降，且塌陷區域正向泵站方向延伸，對引水渠、進水閘和泵站廠房的安全造成極大威脅。為此組織實施了安全監測網的布設和觀測，以方便今后定期對其進行觀測，監控煤礦采空區對二級壩泵站樞紐工程的影響，及時為工程安全狀況提供監測和預報［1-7］。

本著“由高級到低級，先控制后碎步”測量原則，該文首先在工程范圍內地質穩定的地方布設工作基點，并與高等級的基準點聯測，建立平面和高程控制網，然后在工程范圍內均勻布設變形監測點，并對其進行觀測，作為今后二級壩泵站樞紐工程安全監測的參考依據。

1　監測網的布設

1.1布設原則與精度要求

變形監測網一般由基準點、工作基點和變形監測點構成［1，8］。在選點布設時遵循的原則有：

（1）平面控制網的點位要均勻布設，覆蓋整個測區，且具有較好的圖形強度。水準路線要構成附和或閉合線路，從而增強檢核條件，提高測量精度。

（2）基準點和工作基點應選在地基穩定、不易破壞的位置，同時還要考慮交通便利、有利于設站觀測等要求。工作基點采用有強制對中裝置的觀測墩，埋石下方用混凝土澆筑，上方采取保護措施保護對中標志。

（3）變形監測點選擇在最能反應沉降和位移變化且便于觀測的位置埋設。一般選擇在廠區平臺的的四周角點、中點和重要的承重部位、沉降縫、后澆帶兩側等位置。

（4）充分考慮外界環境的影響，諸如溫度、光照、行駛車輛對電子儀器讀數的影響，高壓電線形成的磁場對GPS觀測、激光測距的影響等。

根據《工程測量規范》（GB50026-2007）和《建筑變形測量規范》（JGJ8-2007）要求，結合二級壩泵站樞紐工程的重要性，確定二級壩泵站工程范圍內變形觀測等級為三級。按照《建筑變形測量規范》（JGJ8-2007）3.0.4條規定要求，變形觀測點的平面坐標中誤差為±10.0 mm，高差中誤差為±1.5 mm。

1.2布設方案設計

（1）平面控制網：根據布設原則和測區周圍現有高等級點分布，選擇3個位置適中、分布合理的國家C級GPS點二級壩第四節制閘管理所院內點CG32、微山縣城一點WS、常口社區一點CKLS作為基準點，選擇二級壩泵站北側公路與站區防洪平臺交匯的東西兩端各一點RB1，RB2；站區西南配電室處一點RB3；泵站出水池東側一點KZ4；進水閘附近三點KZ1，JH4，KZ3；引水渠中間兩側各一點KZ2，H6，共9個工作基點。基準點與工作基點構成平面控制網。由于二級壩泵站工程范圍是南北狹長的區域，因此平面基本網為南北長的條形網，如圖1所示。

圖1　平面控制網示意圖

（2）高程控制網：由于該區域國家高等級水準點較，其余距離較遠，因此選擇國家Ⅱ等水準點CG32作為基準點，選擇RB1，RB2，RB3作為工作基點，構成高程控制網，構成閉合線路，如圖2所示。

（3）變形監測點：為了監測不同位置的變形情況，在引水渠南漫水橋上埋設3個觀測點，引水渠兩側埋設14個監測點，在進水閘上埋設6個觀測點，在前池后澆帶縫處埋設4個觀測點，在出水池兩側埋設2個觀測點，在泵站基礎平臺內部和角點埋設14個觀測點，在泵站樓周圍埋設10個觀測點，共計53個。

圖2　高程控制網示意圖

2　監測網的觀測

2.1平面控制測量

平面基準網由RB1，RB2，RB3，CG32，WS，CKLS構成，采用6臺Leica GS15接收機同步靜態觀測3個時段，運用精密星歷，使用LGO數據處理軟件進行平差，獲得RB1，RB2，RB3平面坐標［9］。其平面位置精度如表1所示：

表1　平面基準網測量精度（m）

平面控制網由RB1，RB2，RB3，KZ1，KZ2，H6，JH4，KZ3，KZ4構成附和合導線，使用Leica TM30型全站儀（測角精度0.5″、測距精度1 mm+1 ppm），采用多測回法測角測距［10］，經氣溫、壓強改正，用清華山維軟件平差獲得工作基點的平面坐標。其平面位置測量精度如表2所示：

表2　平面控制網測量精度（m）

2.2高程控制測量

高程控制網與國家水準網聯測，該次測量聯測Ⅱ等CG32點。使用Leica DNA03電子水準儀，根據國家二級幾何水準測量規范要求，線路采用閉合環方式（圖2）。外業觀測數據通過水準標尺長度改正、溫度改正和正常水準面不平行改正后，經平差處理獲得RB1，RB2，RB3的高程值，其測量精度：單位權（每km）中誤差為±0.35 mm，最弱點（RB3）高程中誤差為±0.49 mm。

2.3變形監測點首次觀測

通過平面控制獲得工作基點的平面坐標，在工作基點上設站，通過方向觀測法測得平面位移監測點的平面坐標。利用三等水準測量技術要求，采用單程雙轉站方法，從高程控制網的工作基點出發，獲得各垂直位移監測點的高程值。

對于二級壩泵站樓周圍的監測點，由于其結果反映了泵站樓的沉降和位移變化，因此采用二等水準測量技術要求，測得其高程值。

經平差處理，平面單位權（每km）中誤差為±4.32mm，最弱點（S1）點位中誤差為±8.79 mm；高程單位權（每km）中誤差為±0.43 mm，最弱點（S4）高程中誤差為±1.11 mm。

3　成果分析與總結

該文通過建立二級壩泵站工程范圍內的變形監測網，對泵站各部位及其周圍建立起了全面的監控。運用先進的測量儀器設備和合理的測量方法，嚴格按照測量規范要求，各測量結果符合限差要求。對變形監測點的測量，平面最弱點S1的點位中誤差為±8.79 mm，高程最弱點S4的高程中誤差為±1.11 mm，滿足三等變形觀測的精度指標要求。

總結在變形監測網的布設與觀測過程中所面臨關鍵問題和解決方案總結如下：

（1）由于受區域條件限制，測區呈南北狹長條帶狀，控制網在布設時網形強度較差，因此在控制測量時采用GPS靜態和精密導線測量保證平面精度，用幾何二等水準測量保證高程精度。

（2）由于二級壩泵站樞紐工程范圍內待監測的建（構）筑物較多，包括泵站廠房、前池、進水池、出水池、進水閘、引水渠和出水渠，變形監測點分布廣而散，因此在測量時按照建（構）筑物重要性分類觀測，平面采用多測回方向觀測法觀測，高程采用附和或閉合水準路線觀測，從而減低誤差累計，提高測量精度。

（3）當基準點和工作基點埋設好之后要保護好，假如現場施工將點破壞，就會破壞控制網形，違背變形監測中的“五定原則”，從而影響測量精度。

（4）變形監測網布設好后，經過定期監測，就可以對二級壩泵站工程范圍內的建筑物、構筑物變形情況進行分析和預報。

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Setting and Observation of Deformation Monitoring Network within the Scope of GradeⅡDam Pumping Station

ZHU Lichao，LIU Wenguo，ZHANG Xupeng，ZHANG Liang，SUN Lei，HE Minggang
（Shandong Water Conservancy Survey and Design Institute，Shandong Jinan 250013，China）

Coal mined-out area will cause great threaten to the buildings and structures within the scope of GradeⅡDam Pumping Station.By laying deformation monitoring network in the GradeⅡDam Pumping Station scope，using advanced technology and high precision measurement method，regular observation，analysis and comparison of the monitoring points have been carried out.It can timely monitor and forecast the modification information.In this paper，in accordance with regulatory requirements，and application of GPS static observation，traverse，precision leveling technology，the deformation monitoring network has been laid，and the first observation has been carrie out.It will provide an important basis for future deformation monitoring.

Deformation observation；static GPS measurement；level measurement；monitoring and prediction

TV1；X83

B

2015-10-08；

2016-02-17；編輯：陶衛衛

工程應用項目：南水北調山東干線有限公司下達項目書，南水北調東線第一期工程二級壩泵站工程范圍內安全監測網建設管理委托協議

朱利超（1986—），男，山東濟寧人，助理工程師，主要從事水利工程測量；Email：kdlichao@163.com