桐柏抽水蓄能電站下水庫大壩平面控制監測及其分析

張士平

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺 317200）

0 工程概況

桐柏抽水蓄能電站工程位于浙江省天臺縣境內的棲霞百丈村，距天臺縣城7km。該電站是一座日調節純抽水蓄能電站，共安裝4臺立軸單級混流可逆式水泵水輪機組，機組單機容量300MW，總裝機容量為1200MW。

電站樞紐建筑物由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房、地面建筑物等部分組成。上水庫為原桐柏電站老水庫均質土壩加固處理；下水庫為新建鋼筋混凝土面板堆石壩；輸水系統包括引水隧洞、尾水隧洞及導流泄放洞等；地下廠房包括主廠房、副廠房、主變洞及排水廊道等。2001年12月30日，主體工程開工，2006年1～4號機組陸續投入商業運行。

1 下水庫壩體水平位移監測項目

下水庫工程由主壩、副壩、壩身溢洪道和泄放洞組成。下水庫主壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程148.25m，壩頂長434.0m，壩頂寬8.0m，最大壩高68.25m。副壩為混凝土重力式擋墻，位于庫尾埡口上，壩頂高程148.25m，最大壩高6.25m，壩頂寬1.0m，壩頂長度28.5m。下庫正常高水位141.17m，相應庫容1283.6萬m3，死水位110.00m，相應庫容214.0萬m3。

為了監測下水庫大壩壩體水平位移情況，進行在壩頂上游側、壩頂下游側、壩后100馬道、壩后120馬道等采用視準線法觀測的壩體外部水平位移監測項目，0＋181.00m斷面、0＋313.00m斷面等壩體內部水平位移監測項目。

2 下水庫平面控制網監測

2.1 平面控制網的組成

根據《混凝土大壩安全監測技術規范》（DL/T5178-2003）、《土石壩安全監測技術規范》（SL60-94）有關規定，為了監測下水庫水平位移監測項目8個工作基點的穩定情況，在左右岸穩定的山體上布置了4個基準點，與8個工作基點組成平面控制網，采用測邊測角法進行觀測，以分析、判斷工作基點運行情況，確保壩體水平位移監測項目所測數據的可靠性、真實性。控制網結構見圖1，其中XJ1～XJ4是4個基準點，X1～X8是8個工作基點。

圖1 控制網結構圖

2.2 平面控制網的監測

根據大壩安全監測技術規范要求，每年對平面控制網進行復測，2005年對控制網進行了首次觀測，至今共觀測了7次。

平面控制網按一等邊角網的要求進行觀測，根據現場通視情況共觀測方向角68個、觀測邊長34條。主要觀測儀器為Leica TCA2003

2.2.1 平面控制網水平角觀測

水平角觀測采用“方向觀測法”觀測12測回，讀數采用雙照準法，即照準目標二次、讀數二次，具體操作均附合《國家三角測量規范》（GB/T17942-2000）要求。

水平角所有觀測數據均需滿足表1要求方可使用

表1 水平角觀測限差表

2.2.2 平面控制網邊長觀測

每條邊均進行對向觀測，所有測距斜邊均經過加常數、乘常數、周期誤差、氣象、濕度等改正，改正后的邊長用三角高程網平差后或平差前概算的高程進行改平，并投影至148m高程面上。

表2 邊長觀測限差表

3 下水庫平面控制網監測分析

3.1 平面控制網平差計算

平面控制網的首次觀測以起算數據基準點XJ2作為起算點，以XJ2-XJ1的方向作為起算方位角進行平差計算。起算數據具體見表3。

表3 平差計算起算數據表

控制網建成后于2005年進行了首次觀測，平差后獲得的控制網各測點坐標作為以后評價控制網測點穩定性的首次值。以后每次平面控制網觀測的平差計算均以2005年觀測平差坐標計算值作為近似值按自由網進行平差，可以得到平差后兩次坐標差、點位差中誤差，經測點坐標差與中誤差的比值計算，比值大于中誤差3倍的測點作為不穩定點，然后進行擬穩平差計算，計算出本次觀測各測點坐標變化量，歷年控制網觀測平差計算結果見表4：

表4 平面控制網歷年觀測結果坐標變化量一覽表

3.2 平面控制網測點穩定性分析

從2006年開始，每年平面控制網觀測經自由網平差后，得出X7測點為不穩定測點，然后設定X7測點作為不穩定點，進行擬穩平差計算作為最終計算結果，歷年平差后坐標變化量過程線見圖2、圖3。

圖2 X方向坐標變化量過程線

圖3 Y方向坐標變化量過程線

從表4及圖2、圖3可以看出，平面控制網測點X7不穩定，每年坐標變化量都在增加，到2011年已累計向右岸位移14.8mm，向下游位移5.0mm。控制網其它測點坐標變化量均在點位中誤差2倍范圍內，說明這些基點均處于穩定狀態。

X7測點作為壩后100馬道視準線工作基點，因處于不穩定狀態，故壩后100馬道壩體上的水平位移測點所測得的位移量應進行改正，改正原則：從前一次改正時至本次觀測，當X7測點坐標變化量超過控制網觀測點位中誤差的2倍時，進行測值改正。

當工作基點變位時壩體測點位移量進行改正計算的方法：設A、B分別為視準線二個工作基點，a、b為相應工作基點通過控制網測得的變形量，P為壩體某個觀測點，該測點本測次觀測位移量為x，S為二個工作基點的水平距離，S1為工作基點B至測點P的水平距離，見圖4。

圖4 工作基點變動后與測點測值改正關系圖

從圖4看出：工作基準線由原A-B變為A1-B1，測點P本次觀測位移量為C1至P的距離x，但真正的位移量還應加上因工作基準線本身變位而引起的C至C1的距離Δx,作為測點P本次觀測的實際位移量。

4 結語

桐柏蓄能電站下水庫大壩安全監測平面控制網至今已進行了6次復測，盡管控制網網型不好，短邊與長邊長度相差較大，最長邊邊長為744.0m，最短邊邊長只有19.9m，導致在測量過程中三角形閉合差及邊長限差容易超限，但按要求進行補測后能滿足限差要求，且多余觀測數達到69個，經平差計算后平面控制網監測精度高，最弱點點位中誤差在1mm之內，完全滿足大壩安全監測技術規范要求。因X7測點的不穩定，每年應及時對下水庫平面控制網進行復測，并應根據工作基點的變化情況對大壩壩體測點水平位移量進行必要的改正，以求得壩體真實的水平位移量。