浯溪口工程高邊坡變形監測方案設計

李俊超

摘 要：文章介紹了浯溪口水利樞紐工程的變形監測方案設計，包括監測內容、測點布設、監測方法、觀測精度及監測成果處理。本工程所采用的方法精度可靠，資料能及時反映邊坡的變形情況，對設計和施工具有一定的指導意義。

關鍵詞：浯溪口；高邊坡；變形監測

1 監測的主要內容

變形監測須充分考慮浯溪口工程高邊坡的特點。其主要特點有：（1）變形范圍特別大。（2）施工期特別長。（3）監測精度要求特別高。（4）變形監測成果反饋要求特別快。要求能快速取得監測成果，分析巖體變形性狀，及時反饋到業主、設計、監理等有關部門，以服務動態設計、指導施工。結合工程的地質條件、施工特點、場平及規劃情況，以少而精、經濟、實用為原則，要安全監測項目布置如下主：變形觀測網、邊坡表面變形監測、鋼筋計監測等。

2 監測網的建立及監測點的布置

平面監測網分為兩個層次布網：基準點網和工作基點網。基準點網是覆蓋工程而建立的。以工程變形基準點為依據，檢測各基點的穩定性。以基準點網中已檢測的基點為依據，檢測該部位某些水平位移工作基點的穩定性。高程監測網分為檢核網和垂直位移監測網兩個層次。檢核網是為了檢驗垂直位移監測網基準點的穩定性。垂直位移監測網用于監測垂直位移工作基點的穩定性。邊坡變形監測主要由水平、垂直位移監測網和設置在邊坡各級馬道上的水平、垂直位移監測點組成。水平位移監測網的布置根據地形地質條件，按一等邊角測量要求進行觀測。高程監測點布設在邊坡的各級馬道上，監測地表變形情況；基準點和工作基點的具體位置可以根據現場地形及地質條件確定，選擇在有完整基巖的穩定處。

3 監測方法

水平位移監測主要有測邊網、極坐標法、前方交會法等。根據具體情況，可以對監測方法進行優化；垂直位移監測采用沉降觀測。

3.1 極坐標法

根據極坐標的原理，以A、B兩個已知點建立坐標軸，并以B點為極點建立極坐標系。測定B、C兩點間的距離以及B、C連線和A、B連線夾角的方法。如圖1：

圖1 極坐標法

（1）

（2）

則C點坐標：

（3）

采用全站儀進行觀測，其系統誤差主要來源于測角誤差、測距誤差。假設取視距長度100m，采用Leica TCR1201全站儀進行觀測（1″，1+1.5ppm）2個測回。

測角中誤差：m角=1″/206265×100×1000=0.48mm

測距中誤差：ms=1+1.5×10-6×100×1000=1.15mm

點位中誤差：m點=（m角2+ms2）1/2=1.25mm

兩次觀測同一點水平位移變化量中誤差：mΔcc′=m點/■=0.9mm

3.2 前方交會法

觀測中，由于邊坡的地質地貌條件，導致測站點無法與測點通視，可采用前方交會法來測定待測點坐標。對工作基點C點進行校核時，可用前方交會法。如圖2。

圖2 前方交會法

其計算公式為：

（4）

3.3 垂直位移監測

精密水準測量是對樞紐各建筑物及其基礎、高邊坡、近壩區巖體垂直位移監測的主要方法。基準點與工作基點、水準點組成結點環線水準網，按一等水準測量要求觀測。

4 觀測精度

（1）基準網觀測精度

變形監測基準點的位移量中誤差絕對值不得大于2mm。為工作基點及監測點提供高精度的基準。

（2）工作基點及測點觀測精度

水平位移監測工作基點是在基準點之下設置的。監測頻度在施工開挖期是每月一次，同時對部分不穩定的水平位移監測網點適時加密觀測。水平、垂直位移監測點觀測頻次為每月一次。采取監測點與工作基點同步觀測整體平差方案，施測中采用多項措施保證監測點的觀測精度。

5 監測成果處理

（1） 數據預處理與平差計算

數據預處理與平差計算利用武漢大學變形監測數據處理軟件。改軟件具有功能齊全、通用性強、數學模型及處理方法嚴密，輸出成果表格化、規范化等優點。

（2） 位移量計算

編制相應的計算程序，計算當次位移量、累計位移量，按規定的格式形成報表。

（3） 工作基點位移修正

由于觀測精度、頻次的需要，工作基點通常布置在工程建筑物附近，只要求它在一定的時間段內相對穩定或固定，其自身的穩定性由基準點來監測。通過一年一次的水平、垂直位移監測網的觀測成果，計算出相鄰兩次網點的坐標差和高程差，對其按時間進行線性內插，得出一年中網點的坐標和高程在每個月的內插值，再利用該內插值作為監測網點與監測點觀測數據處理的起算數據，重新計算監測點的坐標和高程，得出修正后的監測點的位移量。

6 變形統計模型分析

（1） 開挖對變形的影響。

式中H0為首測日斷面的開挖高程，Ht為t時間斷面的開挖高程，t為觀測日距首測日的月數，δH為開挖對變形的影響分量。

（2） 溫度對變形的影響。

式中：T0為壩區常年平均氣溫，Tt為t時間的實測氣溫，Tt-3為超前3個月實測氣溫，t為觀測日距首測日的月數，δT為溫度對變形的影響分量。

（3） 巖體自身時效變形的影響。

式中：t為觀測日距首測日的月數，δD為時間效應分量。

（4） 位移影響函數。

位移影響函數：

7 結束語

浯溪口工程規模大，工期長，技術復雜，對變形監測系統的要求很高。根據工程實際情況，進行變形監測的優化設計，實事求是地選用更為嚴格、更為先進的監測方法，滿足了工程的需要，對設計和施工具有一定的指導意義。

參考文獻

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