淮河臨淮崗工程垂直位移觀測方法淺議

郝澤維

安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局

淮河臨淮崗工程垂直位移觀測方法淺議

郝澤維

安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局

本文介紹了臨淮崗洪水控制工程垂直位移觀測的主要技術(shù)方法及施測方案，通過對垂直位移數(shù)據(jù)的處理與分析，對工程的安全狀況進行整體評估。

幾何水準測量主線數(shù)據(jù)處理變形分析

一、工程概況

淮河中游臨淮崗洪水控制工程是淮河流域防洪體系中的一項戰(zhàn)略性骨干工程，位于淮河干流中游正陽關(guān)以上28km處。工程主體于2001年12月正式開工建設，2007年6月通過專家組竣工驗收。該工程總投資22.67億元，若發(fā)生百年一遇洪水，工程可免向淮北分洪，減少淹沒1290平方公里，一次性防洪減災效益為306億元。因此，臨淮崗洪水控制工程被譽為“淮河上的三峽工程”。本文著重介紹了外部變形監(jiān)測中的垂直位移監(jiān)測技術(shù)方法。

二、垂直位移觀測

1.觀測的主要方法及技術(shù)指標

垂直位移觀測是對閘壩及其地基的代表性點位進行的垂直方向位移的測量。垂直位移不正常有可能是壩體松動,壩基失去穩(wěn)定性、或是局部破壞等原因造成的。因此，垂直位移觀測是閘壩安全監(jiān)測的重要項目。垂直位移觀測方法：（1）幾何水準測量法：這種方法是利用水準儀和水準尺從水準基點開始測量各點位高程的，通過各點位高程變化求得其垂直位移。（2）液體靜力水準法：是利用連通管原理測量各點位容器內(nèi)液面高差以測定各點垂直位移的觀測，適用于混凝土閘壩基礎廊道和土石壩表面垂直位移觀測。臨淮崗工程垂直位移觀測運用了幾何水準測量方法。

垂直位移各監(jiān)測點主要布設在城西湖船閘、臨淮崗船閘、49孔淺孔閘、姜唐湖進洪閘、主壩及穿壩建筑物上。使用萊卡DNA03電子水準儀配3m銦瓦條碼尺按二、三等水準精度施測。投入變形觀測的儀器經(jīng)江蘇省測繪局儀器檢測站檢驗合格，并按相關(guān)規(guī)范進行參數(shù)設置，其精度指標及運行狀態(tài)滿足變形觀測工作的要求。

2.主線的選取

Ⅱ臨淮02、Ⅱ南鳳13基上兩個國家水準點分別位于臨淮崗主壩南端與北端，分屬Ⅱ南鳳（南照—鳳臺）和臨淮崗支線兩條水準線路?；谶@兩點間布設一條附合水準線路，以二等水準精度施測，測得主線。主線途經(jīng)多個預留點，通過測得這些預留點的高程，聯(lián)合附近水工建筑物進行多線路、小范圍閉合水準測量，進而求得工程監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)所有點位高程。采取這種方法，降低了位移觀測的工作量，同時提高了測量精度。預留點均為中心刻有十字對中標志的水準點?？紤]到預留點高程隨時間推移會發(fā)生一定量的變化，規(guī)定每年汛前對主線進行一次校核測量，測得點的高程僅用于當年垂直位移觀測的計算當中。

Ⅱ臨淮02、Ⅱ南鳳13基上兩點經(jīng)檢測標石穩(wěn)定，檢測成果符合《國家一、二等水準測量規(guī)范》要求，因此由該二點作為主線的起閉點。

主線的觀測線路由南向北依次為：CT1 II臨淮02 SH1 CH01 SK6 QK6 QK04 ZB16-2 ZB15-2 ZB14-2 TS33 ZB13-2 ZB12-2 ZB11-2 ZB10-3 ZB9-3 ZB8-3 ZB7-3 ZB6-3 ZB5-3 ZB4-3 ZB3-3 ZB2-3 ZB1-3 II南鳳13。遍歷城西湖退水閘、城西湖船閘、臨淮崗船閘、12孔深孔閘、49孔淺孔閘、姜唐湖進洪閘、主壩壩頂各預留點。對比主線各點歷年高程，除ZB13-2和ZB15-2于2012年初遭破壞，維修后分別抬升約40mm和20mm外，其余點較往年無明顯變化。主線各監(jiān)測點均處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.作業(yè)過程及平差方法

臨淮崗洪水控制工程垂直位移變形監(jiān)測及已知點的檢測均使用同一類型的儀器和尺墊，在儀器成像清晰而穩(wěn)定時，按閉合或附合路線施測。每年汛前（4月份）、汛后（10月份）各進行一次測量，沿相同路線行進。

閉合于兩個已知水準點或結(jié)點之間的單一水準路線，其線路閉合差W的配賦均按測段的測站數(shù)S成比例配賦于各測段高差中，按下式計算高差改正數(shù)：

Vi=Si/ΣS?W

式中：W為施加各項改正后的閉合差（mm）；Si為第i測段的測站數(shù)，ΣS為總測站數(shù)。

各監(jiān)測點均以前兩次高程平均值作為基準值計算以后各次觀測的垂直位移量。

三、數(shù)據(jù)處理與分析

1.數(shù)據(jù)處理

高程控制基準網(wǎng)測量數(shù)據(jù)根據(jù)水準線路構(gòu)成的閉合條件采用嚴密平差方法推求各基準點高程。垂直位移觀測根據(jù)二、三等水準觀測記錄數(shù)據(jù)進行各次平差計算，求得各次垂直位移監(jiān)測點的高程。用各監(jiān)測點一、二次觀測計算的高程平均值為初始值，用于統(tǒng)計計算以后各次監(jiān)測的累計垂直位移量，編制垂直位移量統(tǒng)計表。依據(jù)各監(jiān)測點垂直位移量和時間的關(guān)系繪制監(jiān)測點垂直位移過程曲線，根據(jù)相同監(jiān)測點垂直位移量與位置(距離)關(guān)系繪制各次觀測的縱（橫）斷面圖。

2.建筑物變形分析

2.1 分析依據(jù)

垂直位移觀測采用二、三等水準測量。根據(jù)國家二、三等水準測量每公里高差中數(shù)偶然中誤差和全中誤差的精度指標衡量垂直位移觀測的精度，并根據(jù)誤差分布規(guī)律和誤差傳播規(guī)律分析測量誤差對工程變形觀測的影響規(guī)律和影響程度，進而分析工程的變形規(guī)律和變形程度。

在各種變形的時程曲線圖中，若時程線在零線一側(cè)方向，可以認為工程在向某一方向位移；若時程線在零線兩側(cè)上下擺動，可以認為工程的變形無規(guī)律或無明顯變形；若時程線在零線一側(cè)方向上下擺動，可以認為工程在向某一方向位移的同時存在回彈現(xiàn)象。

2.2 分析結(jié)果

對2006年5月至2007年6月工程竣工驗收期間的數(shù)據(jù)進行分析，壩體內(nèi)垂直位移主要發(fā)生在施工加荷時期，同時與填筑前的地形地質(zhì)條件有關(guān)。在采取地質(zhì)加固處理措施和合理的施工程序后，沉降速率得到控制，變化較前期緩慢。對2007年竣工驗收至2014年工程運行管理期間的數(shù)據(jù)進行分析，土石建筑物（如主壩）壩頂處沉降最大，兩壩坡次之，兩壩腳處有微量下沉，證明土石建筑物受時效影響的特點還存在；混凝土建筑物（如臨淮崗船閘）每年汛前較以往下沉，汛后又有所回升，說明混凝土建筑物受上下游水力變化影響也會發(fā)生彈性形變。

四、結(jié)語

臨淮崗工程變形監(jiān)測點同建筑物結(jié)合緊密，觀測方法合理，監(jiān)測精度較高，滿足工程安全監(jiān)測的需要。水工建筑物各監(jiān)測點具有相似的位移時程曲線，且量值較小，累計沉降量接近零值。同時垂直位移變化速率在減緩。結(jié)合歷年的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，臨淮崗洪水控制工程樞紐沉降變化為整體變形，在無外加荷載作用下，其處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。

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