谷幅變形觀測可靠性分析

廖年春，陳錫鑫，蔡思思

（1.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南省長沙市 410014；2.雅礱江流域水電開發有限公司，四川省成都市 610051）

谷幅變形觀測可靠性分析

廖年春1，陳錫鑫2，蔡思思1

（1.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南省長沙市 410014；2.雅礱江流域水電開發有限公司，四川省成都市 610051）

本文根據谷幅觀測成果與其他類觀測成果進行對比分析，論證谷幅觀測成果的可靠性和真實性，說明了谷幅觀測為一種較好的變形觀測手段。

谷幅觀測；地層；卸荷裂隙；全站儀；石墨桿收斂計；精度

0 引言

谷幅，是指兩岸河谷的寬度。谷幅變形觀測就是在河谷兩岸按一定要求設立測點，觀測兩點間距離（即谷幅長度）獲得各期長度觀測數據，通過對各期觀測數據的變化進行分析，獲得坡體變形信息的變形觀測手段。本文以某大型水電站壩肩邊坡典型的谷幅測線PD21～PD42為例，通過同其他類觀測成果的對比分析，多角度闡述和論證谷幅變形觀測成果的可靠性和真實性。

該大型水電站兩岸邊坡開挖規模宏大，左岸開挖垂直高度約538m，開口線高程2118m；右岸邊坡開挖垂直高度約500m，開口線高程2080m，壩基高程為1580m。為了解兩岸開挖邊坡變形情況，在河谷兩岸布了多條谷幅測線，其中，PD21～PD42谷幅測線，分別由右岸勘探平洞PD21洞口測點、左岸勘探平洞PD42洞口測點以及兩平洞內多個變形傳遞測點組成。

PD21平洞位于右岸開挖邊坡1930m高程部位，平洞工程地質揭示結構完整，穩定性較好；PD42平洞位于左岸開挖邊坡1930m高程部位，平洞工程地質揭示地層巖性為T2-3Z3（2）、T2-3Z3（3）、T2-3Z3（4）厚層狀砂巖夾薄層板巖、板巖、厚-巨厚層狀砂巖夾薄層狀粉砂巖、粉砂質板巖。洞內分布有斷層f42-9、煌斑巖脈X等破碎帶及多條強卸荷裂隙。

圖1 PD21～PD42布置示意圖

PD21～PD42谷幅測線組成示意見圖1。其中，在平洞內布設的變形傳遞測點由平洞最深處至洞口位置，各測點間間距約為50m。左岸PD42平洞觀測深度達238m（主洞80m，支洞158m），右岸PD21平洞觀測深度達186m。

1 成果分析

本文對PD21～PD42谷幅的變形分析所選取的觀測數據時段為2008年8月12日～2013年8月12日期間的觀測成果。谷幅觀測累計變化量成果見表1。

表1 PD21～PD42谷幅觀測累計變化量成果

由表1可知，在2008年8月12日～2013年8月12日間，右岸平洞內兩個測段累計變化量較小，分別為3.34mm和-1.43mm。整個平洞測段合計位移為1.91mm，量級相對較小，位移方向指向臨空面（河谷方向），觀測的變形深度約為186m。

2008年8月12日～2013年8月12日間，左岸平洞位移累計變化量為17.22mm，位移方向指向臨空面（河谷方向），觀測的變形深度約77m。因該平洞內所布設測段跨越洞內分布的軟弱結構面較多，觀測巖體變形量相對較大。

期間跨江段谷幅測線變化量為55.52mm，此變化量為兩岸測點部位坡體表面共同向臨空面（河谷方向）變形的累計結果。

由以上分析可知，右岸測點部位坡體變形量相對較小，谷幅觀測變形量主要來自左岸測點部位的坡體。

整線合計位移變化量為36.39mm，主要來自左岸變形，深度達77m，變形方向指向臨空面（河谷方向）。

自觀測以來，谷幅年度變幅逐步趨緩，表明邊坡向臨空面（河谷方向）變化逐步趨緩趨穩，各測段年度變化量值衰減趨勢如圖2所示。

2 對比分析

本章主要從谷幅測段與同步布置的其他類型監測儀器的監測成果進行對比分析。

2.1 與石墨桿收斂計對比

在PD42平洞內同步布設石墨桿收斂計觀測儀器，如圖1所示。選取石墨桿收斂計與PD42-2～PD42-1測段相同樁號、同時段觀測成果進行對比，彼此相互印證在PD42平洞內沿洞軸方向位移監測成果的可靠性。

石墨桿收斂計與PD42-2～PD42-1測段相同樁號、同時段觀測成果年度變化量統計見表2。

圖2 PD21～PD42谷幅測線年度變化量值衰減趨勢線

表2 PD21～PD42與石墨桿收斂計年度變化量成果

圖3 PD21～PD42谷幅測線與石墨桿收斂計年度變化量值衰減趨勢線

圖4 PD21～PD42谷幅測線與石墨桿收斂計累計量觀測成果對比

由表2可知，兩種觀測模式的年度變化量級大小彼此接近，真實反應出PD42平洞內軟弱結構面存在一定的位移，兩者在量值上存在的少量差異，應屬兩種觀測模式精度所帶來的誤差。年度變化量對比曲線見圖3，累計觀測量成果對比曲線見圖4。

2.2 與邊坡表面測點對比

谷幅與邊坡表面測點對比是指谷幅跨江段位移在排除右岸PD21平洞位移、左岸PD42平洞軟弱結構面洞段位移的量值之后，與平洞附近的邊坡表面測點TPL15的河床方向位移進行比較，邊坡表面測點TPL15與谷幅測線位置關系見圖5。

圖5 邊坡表面測點與谷幅測線位置關系剖面圖

由表3可知，在2008年8月12日～2013年8月12日間，跨江段位移變化量為55.52mm，該量值包含右岸PD21平洞河床向位移變化量、左岸PD42平洞位移變化量及左岸邊坡位移變化量。

左岸PD42平洞觀測變化量值見表3。

表3 PD42平洞觀測變化量

右岸PD21平洞內觀測變化量值見表4。

表4 PD21平洞內觀測變化量

由上，根據跨江段位移變化量55.52mm、右岸PD21平洞河床向位移變化量及左岸PD42平洞位移變化量推算左岸邊坡位移變化量為：

注：此處使用PD42平洞石墨桿收斂計累計變化量26.2mm，是考慮到測距與石墨桿收斂計觀測非常接近及深部卸荷裂隙的變形。

在2008年8月12日～2013年8月12日間，PD42平洞附近的表面測點TPL15河床方向變化量值為：

注：TPL15測點河谷方向的位移是以變形監測控制網點為工作基點，通過交會法觀測所得，計算過程略。

由式（1）、式（2）可知，由谷幅測線推算的左岸邊坡位移變化量與大地測量所得的表面觀測點河床方向位移變化量非常接近，相差僅為0.19mm。

3 相關性分析

以下主要從谷幅跨江測段與邊坡開挖支護及大壩澆筑進程相關性進行分析。

3.1 谷幅跨江測段與邊坡開挖相關性分析

統計PD21～PD42測線的跨江段變形與左岸邊坡開挖進程，繪制相關性曲線如圖6所示。

由圖6可知，PD21～PD42測線的跨江段變形與左岸邊坡開挖施工過程關系密切，在2007年9月～2007年12月初之間，邊坡 1850m高程開挖處于暫停時期，PD21～PD42跨江段變形在-14mm左右的波動。邊坡1850m高程以下開挖進行時，跨江段谷幅變形有所增大，特別是高程1800～1750m開挖期間，谷幅變形值呈現持續增加趨勢。開挖至1700m高程以后，跨江段谷幅的測值隨時間仍有少量增加，但變形速率相對前期有所減緩。從圖中可知，變形遞增主要發生在前期的開挖爆破期間，自2009年4月26日～2009年9月15日時段中，該測段在-56～-57mm前后波動，說明變形平衡的時段出現，主要是坡體大面積開挖、支護工作已基本完成。

圖6 PD21～PD42谷幅跨江測段與開挖高程相關性曲線

圖7 PD21～PD42谷幅跨江測段與大壩澆筑進程相關性曲線

3.2 谷幅跨江測段與大壩澆筑進程相關性分析

統計PD21～PD42測線的跨江段變形與大壩澆筑進程，繪制相關性曲線如圖7所示。

由圖7可知，PD21～PD42測線的跨江段變形與大壩澆筑進程無明顯相關性。

4 原理簡析與精度評定

谷幅觀測為距離觀測，采用高精度全站儀（如TM30）按一等精度邊長觀測技術要求，將各測段邊長改平（經過儀器常數改正、溫度和氣壓改正、傾斜改正、高程投影面改正）后進行比較，得出各期變形量。

其中，對邊長觀測影響較大的主要因素來自氣象條件，尤其是河谷段邊長觀測。兩岸受光照先后間隔時間較長、溫差變化較大且快，所以，在河谷段邊長觀測時，均采用在固定的觀測時間進行，并以最快的觀測速度完成觀測，以減少因氣象條件變化帶來的誤差影響。平洞內氣象條件相對較穩定，對觀測結果影響較小。

根據（GB 50026—2007）《工程測量規范》中規定，單位權中誤差：

式中：d——各邊往返測的距離較差，mm；

n——測距邊數；

P——各邊距離先驗權。

任一邊的實際測距中誤差：

式中：MDi——第i邊的實際測距中誤差，mm；

Pi——第i邊距離測量的先驗權。

經過評定計算，最弱邊長相對中誤差均優于1/50萬；任一邊的實際測距中誤差均在1mm以內。

5 結束語

由上分析可知，采用谷幅變形觀測的手段得出的觀測成果精度高，成果真實可靠，方法簡單易行，能快速監測到邊坡及不利地質結構的變形，值得推廣。

[1]張軍.寒冷地區面板堆石壩混凝土面板垂直縫止水結構的最新改進［J］.水電與抽水蓄能，2015，1（1）：112-118.

[2]張家鶴，王建，柴麗莎.混凝土壩變形滯后特征及壩型對其的影響研究［J］.水電與抽水蓄能，2015，1（4）：9-12.

[3]郭熔.響洪甸蓄能電站閘門槽混凝土貫穿性漏水處理施工技術應用分析［J］.水電與抽水蓄能，2016，2（2）：50-55.

廖年春（1973—），男，高級工程師，主要研究方向：巖土工程安全監測工作。E-mail：lnc2001@163.com

Reliability Analysis of Valley Width Deformation Observation

LIAO Nianchun1，CHEN Xixin2，CAI Sisi1
（1.China electric power construction group and mid South design and Research Institute Co.， Ltd.Changsha 410014，China ；2.The Yalong River Hydropower Development Co.， Ltd，chengdu 610051，China）

According to the observation results of Valley width and other observation results are compared and analyzed，The observation results prove reliability of Valley width and authenticity，The valley width measurement is an effective means of deformation observation.

observation of valley width; layer; discharge fracture;total station; graphite rod convergence gauge; precision