常莊水庫變形監測點的布控與施測

左起奎

(河南省水利勘測有限公司,河南鄭州 450008)

常莊水庫變形監測點的布控與施測

左起奎

(河南省水利勘測有限公司,河南鄭州 450008)

結合常莊水庫大壩、溢洪道大閘、溢洪道邊坡的變形監測,簡要介紹了監測方案的制定,監測點的布設,監測儀器的選擇與施測。重點介紹了TM30測量機器人,Dini03水準儀在變形監測中的應用。

變形監測 監測控制網 TM30測量機器人 Dini03水準儀 數據采集

在水庫變形監測工程中,監測點的布設,監測方法,儀器的選擇,一直是討論最多的問題。TM30測量機器人的應用是監測工作有了質的變化,TM30以其智能化、自動化、高精度,使檢測工作變得簡單高效。Dini03水準儀以其自動觀測、記錄,精度高誤差小,在水準測量中得到廣泛應用。平面位移監測點與垂直位移監測點分開布設是高精度監測最有效的手段,本文對監測方案的簡要闡述,也為初學者如何展開監測工作提供了一個良好的思路。

1 工程概況

常莊水庫位于淮河流域沙潁河水系的賈魯河支河賈峪河下游,壩址在鄭州市西南中原區須水鎮王垌村東,水庫主壩為均質土壩,壩高26米,壩頂寬8米,壩頂高程135．74米,水庫控制流域面積825平方公里,總庫容1740萬立方米,南水北調工程的興修之后,常莊水庫又作為配套工程受水城市鄭州的蓄水水庫,一級水源地,更突出了其重要性。受甲方委托對水庫大壩、溢洪道大閘進行變形監測。

2 變形監測控制網的建立

2.1 實地查堪

(1)已知點的確立。在本公司資料庫查找到在常莊水庫附近有一對南水北調首級平高控制點,標石狀態完好,并且正在使用中,完全符合本次監測控制網的已知點要求。

(2)變形監測點的實地選址。根據設計要求;①在大壩兩側各建設兩個平面位移監測點,和兩個垂直監測點。常莊水庫主壩為均質土壩,迎水面為干砌六邊形水泥塊護坡(水泥塊可單個取出),背水面為裸露土質,可用常規變形監測點規格、尺寸建造永久性監測點。②在溢洪道大閘上建造4個垂直位移監測點,在靠近大壩溢洪道邊坡建造2個平面位移監測點。以上需要建造的點位均為鋼筋混凝土。垂直位移監測點可用電鉆打眼鑲嵌標心。平面位移監測點可用電鉆打眼鑲嵌鋼筋建造觀測墩。

2.2 觀測方法的確立

平面位移監測,目前常采用儀器是,高精度GPS、高精度全站儀。這次監測基準網觀測選擇靜態GPS,變形監測點觀測選擇全站儀,利用全站儀常采用極坐標法、測角交會法、側邊交會法作為變形監測點的監測方法。要想取得較為理想的監測數據,這三種方法各有其特點及適應范圍。就常莊水庫而言,根據地形地勢條件,工作基點只能建立在靠近大壩的水庫兩岸。而監測點根據設計,距基點距離不超過200米。因此用極坐標法比較理想。

垂直位移監測,目前常采用直接水準(地勢平坦、交通方便)、間接水準(山區、高差大、交通不便),根據常莊水庫地形地勢條件,高差不大,采用直接閉合水準比較合適。

2.3 監測儀器選擇

全站儀TM30全站儀是瑞士萊卡公司專為變形監測生產的高精度測量機器人,其測角精度為0．5″,測距精度0．6mm+1x10-6D,結合現場情況看其精度完全滿足(水利水電工程施工測量規范)。

水準儀Dini03水準儀是德國蔡司公司 生產的高精度電子水準儀,15′內自動補嘗,安平精度±0．2″,每公里往返中誤差 0．3mm,高程觀測值分辨率0．01mm距離觀測值分辨率1mm,其精度完全滿足(水利水電工程施工測量規范)。

表1 現場觀測限差

2.4 監測基準網的建立

在靠近大壩的水庫兩岸建立4個觀測基點,為了更好的消除測量誤差,變形監測基點采用具有強制歸心標盤的混凝土標墩,利用水庫附近兩個已知點做C級GPS控制網,在水庫管理局院內布設一個水準觀測基點,由附近已知點做二等水準引來高程。

2.5 觀測基點與變形監測點的建造規格要求

觀測基點與平面位移監測點,采用《水利水電施工規范》標準觀測墩建造,另外觀測墩底盤下面加4根鋼筋混凝土穩定柱,觀測墩頂鑲嵌不銹鋼強制歸心標盤。垂直位移監測點,采用二等水準標石規格建造,另外標石底盤下面加4根鋼筋混凝土穩定柱,標石頂鑲嵌不銹鋼標心。

3 監測數據采集與監測精度控制

監測控制網建立以后,即可進行變形監測數據的采集工作。

(1)監測周期確定。變形監測點按設計要求,每月觀測一次。

(2)監測時間的確定。觀測時間的選定是保證儀器成像穩定、觀測精度及避免大氣折光對觀測數據影響的重要前提之一。因此,每次監測時間應盡量錯開強陽光、強熱流閃爍等惡劣的氣候環境,應選擇在早上、傍晚,或者陰天。

(3)基準控制網精度分析。變形觀測的位移量是指同一個監測點兩期觀測坐標的差值。因此,變形監測基本控制網的點位誤差對變形監測無影響,可以認為監測基本控制網的相對點位誤差為零。

(4)監測點精度控制。本監測平面控制網點和平面監測點皆采用強制對中觀測墩形式,不存在對中誤差。因此,對中誤差可以忽略。平面位移監測點,現場采用極坐標法,觀測儀器TM30采用徠卡TCA機載自動監測程序觀測,采用配套萊卡圓棱鏡,自動搜索鎖定目標自動觀測、記錄,不存在觀測員的人為誤差。設定水平角、垂直角、距離,均三個測回,每次照準目標兩次讀數,現場觀測限差設定見(表1),現場對距離進行氣象改正。

垂直位移監測點,采用Dini03水準儀做三個二等水準閉合環,兩個環分別連接兩個垂直位移監測點,第三個環連接4個垂直位移監測點,這樣線路長度大大縮短,減少了偶然誤差。每次立尺都有兩根竹竿輔助,保證立尺的垂直,減小立尺傾斜帶來的誤差,提高了精度。

4 成果生成

外業數據采集完成以后,將儀器里面的數據通訊到PC,平面監測數據利用與儀器配套的徠卡三維變形監測分析系統平差計算。垂直監測數據利用本公司的二等水準計算程序平差計算。至此,即可根據平差后的成果進行顯著性分析、回歸分析等,從而達到檢驗和評價水庫大壩、溢洪道大閘 、邊坡穩定性的目的。

5 結語與建議

在進行水庫變形監測時,一定要結合實地情況,現有儀器情況,制定合理的監測方案。在使用全站儀監測時,一定要設置好儀器配置參數,氣象改正尤其重要,最好現場改正。如果后期內業改正,在觀測前一定要把儀器里的氣象參數調成儀器廠家的標準氣象參數

(TM30：溫度12°;氣壓1013．3mbar;相對濕度60%),以免重復改正,造成錯誤。

[1]吳應中,尹邦權主編．淺談TAC2003全站儀高精度半自動變形監測系統在高邊坡變形監測中的應用.成都:四川水力發電,2010.