高精度工程監測邊角網的測量與質量評價

齊 博

（陜西省水利電力勘測設計研究院測繪分院，陜西 西安 710002）

高精度工程監測邊角網的測量與質量評價

齊 博

（陜西省水利電力勘測設計研究院測繪分院，陜西 西安 710002）

以亭口水庫樞紐工程為例，對水庫工程樞紐區安全監測邊角網測量存在的難點進行分析，提出監測邊角網的網形選設、預期精度估算優化設計、布點建墩、觀測與數據處理等過程中有針對性的應對措施和解決思路，并將設計與實施的結果對比，統計分析表明采取應對措施的可靠性與復測的必要性，所取得的應用經驗與結論可為類似工程監測邊角網的建立借鑒與參考。

工程監測網；邊角網；測量；質量評價

0 引言

亭口水庫樞紐位于陜西省咸陽市長武縣境內、彬長礦區中部、涇河一級支流黑河上，主要建筑物由攔河大壩、溢洪道、泄洪排沙洞、輸水洞、壩后電站等五部分組成；溢洪道、泄洪排沙洞、輸水洞均布置在右岸，由臨河側向外依次布置泄洪排沙洞、輸水洞、溢洪道。其中：攔河大壩為均質土壩，壩頂設計高程897.0 m，正常蓄水位893 m，設計供水流量為3.6 m3/s，最大壩高49.0 m,壩頂長度476.2 m。

依據《咸陽市亭口水庫工程Ⅲ標項大壩及電站監測設施安裝工程》(TJJS2013-05-276)招標文件，應對大壩壩體表面、大壩右壩肩高邊坡、輸水洞和泄洪排沙洞進出口邊坡、電站廠房背坡高邊坡穩定實施水平和垂直位移監測，本文就該項目水平位移監測基準網的建立與復測過程中應對技術措施與解決思路。

1 基準網的建立

1.1 網形的確定

樞紐區高壓線較多，加之河道兩岸邊坡較陡，不具備實施GPS觀測方案的環境要求，因此，設計采用高精度的邊角網觀測方案。

1.2 基準網點的選設計及功能

依據樞紐工程區地形地貌特征及監測對象的位置分布，經外業實地踏勘現場后，樞紐區水平位移監測基準網點構成如下：

（1）利用Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ8、Ⅲ9等4個施工控制網點的觀測墩標志；

（2）利用近壩區域地表穩定性監測B級網GPS點B06的觀測墩標志；

（3）在大壩上、下游選設了J01、J02、J03等3個點。

以上8個點構成水平位移監測基準網（邊角網），基準網網形如圖1所示。網中各個基準點的功能與用途分別為：

①J01、Ⅲ1、B06、Ⅲ2、Ⅲ8、Ⅲ9 主要用于：

a.監測大壩右岸溢洪道邊坡及電站廠房等邊坡表面水平位移測點；

b.聯測大壩壩體表面布設視準線—小角法右岸水平位移工作基點。

②J01、J02、J03主要用于聯測大壩壩體表面布設視準線—小角法左岸水平位移工作基點。

圖1 基準網網

（3）受工程所在區域地形地貌限制，J02點選設在右岸高邊坡區域，僅用于組成基準網形，加密工作基點網時不作為基準點功能。

1.3 預期精度估算與優化設計

從1∶1000地形圖上量取基準網點概略坐標，采用清華山維《工程測量控制網微機平差系統》軟件在微機上進行精度估算，其網形如上圖1所示。該網中最大邊長（Ⅲ1～J03）1352.65 m；最短邊長(Ⅲ1～Ⅲ8)295.86 m，且該測距邊垂直角也最大為 14°11′；平均邊長754.19 m。

精度估算參數：測距中誤差ms為1 mm+1 ppm·Dkm；測角中誤差分別按 mβ=±1.0″、mβ=±0.7″等兩種觀測方案選取，其估算結果見表1。

表1 基準網精度估算表

從表1可以看出，水平位移監測基準網選取mβ=±0.7″的邊角全測網方案，可以滿足水平位移監測基準網的點位中誤差小于±2.0 mm精度要求，但內可靠性R（最大值）大于5、外可靠性R′（最大值）大于3，說明內外可靠性一般，而根據現場地形地貌特征點位難于調整，只有通過增加水平角觀測的測回數來保證精度，觀測儀器為Leica TCA2003智能型全站儀，因此，邊角網水平角、天頂距、測距均按15個測回來觀測。

完成基準網選設建網后，首期觀測于2016年6月13日至16日、6月18日至22日期間獨立、連續進行兩次觀測，又于2016年12月21日至12月30日對該網采用同一臺Leica TCA2003智能型全站儀進行第二期觀測。該網各測站首期第一次觀測區段內溫度在14.0℃～29℃，首期第二次觀測區段內溫度在19.0℃～30.4℃，第二期觀測區段內溫度在-3.6℃～9.3℃。

1.4 墩標建造

為了保證儀器在觀測過程中的穩定性，視線具有一定高度，消除折光差及對中誤差的影響，水平位移監測基準網點除利用原有觀測墩標志外，其它點也建造混凝土觀測墩，墩標高于地面1.2 m以上，頂部設置F-1A型強制對中基座，在觀測墩頂面埋設強制對中基座時將基座調整水平，其傾斜度小于4′,強制對中基座的對中誤差小于±0.1 mm，觀測墩設置可靠的保護蓋。

2 基準網（邊角網）觀測

2.1 使用儀器及檢驗

水平位移監測基準網測量采用Leica TCA2003智能型全站儀（測角精度 0.5″，測距精度（1 mm+1 ppm）），配套的主要設備有：溫度計（讀數精確至0.2℃），氣壓計（讀數精確至50 Pa），游標卡尺（專用量高工具）。以上儀器設備作業前均按規范要求對儀器及附件進行了檢驗，且在有效期內使用，作業過程儀器性能處于良好狀態。

2.2 測站觀測

按照軟件程序設置功能，使用Leica TCA2003智能型全站儀加載多測回測角軟件，測站觀測實現自動尋找目標與照準、自動觀測、自動記錄、自動檢測等一體化操作，即在每測回觀測過程儀器自動完成了水平角、天頂距、斜距等觀測與記錄，因此，水平角、天頂距、斜距等觀測均采用方向觀測法觀測15個測回。水平角、天頂距、斜距等觀測各項限差超限時，儀器會自動進行重測，軟件設置已考慮重測要求，故不再敘述此項。

3 觀測精度與質量評定

3.1 外業觀測數據精度統計

3.1.1 水平角觀測精度

根據首期第1、2次獨立觀測、第二期觀測的測站觀測數據分別計算得三角形閉合差見表2。

表2 三角形閉合差統計表

從表2統計結果可以看出：

（1）邊角網首期兩次獨立觀測、第二期觀測的三角形閉合差均小于±3.5″的規定限差，且小于1/3限差的三角形閉合差個數分別占到81.25%、87.5%、68.75%；

（2）根據兩次獨立觀測的三角形閉合差計算得邊角網測角中誤差分別為±0.44″、±0.66″、±0.69″，均優于設計值。

3.1.2 測距精度統計

根據首期兩次獨立觀測、第二期觀測的數據分別計算得各測距邊往返測水平距離，根據其較差計算得邊角網的平均測距中誤差及任一邊實際測距中誤差、邊長相對中誤差統計見表3。邊角網進行平差,各期次邊角網平差主要精度見表4。

表4 邊角網平差主要精度統計表

表3 測距精度統計表

通過對外業觀測水平角和測距數據進行精度評定，說明外業觀測數據質量可靠。

3.2 數據處理

數據處理采用《工程測量控制網微機平差系統 NASEW》軟件，以邊角網中Ⅲ1點作為坐標起算點、Ⅲ1～Ⅲ2作為起算方位邊，邊長投影至895.0 m高程面。按固定一點一方位的獨立

從表4統計結果可以看出，邊角網各期次數據處理后的點位精度均優于設計值。

3.3 初值的確定

根據首期兩次獨立觀測數據處理后的坐標計算較差如下表5所示；兩次獨立觀測坐標較差允許值M按下式計算。

式中：m1、m2分別為第1、2次獨立觀測數據處理后的點位中誤差。

表5 首期兩次獨立觀測數據處理后的坐標計算較差統計表

從表5可以看出：首期兩次獨立觀測坐標較差優于設計允許值，故取均值作為初值。

4 樞紐區水平位移基準網點穩定性分析

以每個基準點首期測量的坐標值為初始值，對應統計計算與第二期測量的坐標值的較差即為周期位移量?；鶞庶c周期位移量統計見表6。

表6 周期位移量計算統計表

取水平位移監測基準網點位中誤差±2.0 mm精度的兩倍作為最大測量誤差，當周期位移量小于最大測量誤差時，認為該點穩定，否則認為該點發生位移。根據統計結果認為：樞紐區Ⅲ1、Ⅲ2、B06、J01、Ⅲ8、等 5 個基準點相對穩定，而Ⅲ9、J02、J03等3個基準點不穩定或者發生位移。

5 結論

（1）采用高精度邊角網的觀測技術方案建立水平位移監測基準網，通過實施精度分析驗證了其成果質量達到預期設計技術指標，滿足工程監測基準網的要求。

（2）基準網是監測變形部位的基準，應定期進行穩定性檢驗。

（3）盡管徠卡TCA2003智能型全站儀代替了人工觀測，但是精密邊角網的自動化觀測過程仍然受某一瞬間或某一短時間內大氣狀態（如氣溫、濕度、壓強等）和大氣現象（風、云、霧霾、降水）的變化因素的影響，因此，高精度水平角觀測仍需要選擇大氣狀態相對穩定的時間段進行觀測。

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B

1673-9000（2017）05-0170-03

2017-04-11

齊博（1981-），男，陜西藍田人，主要從事水利水電工程測繪生產技術工作。