二級(jí)壩泵站工程范圍內(nèi)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)與觀測(cè)

朱利超，劉文國(guó)，張緒朋，張　亮，孫　磊，何明崗（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250013）

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二級(jí)壩泵站工程范圍內(nèi)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)與觀測(cè)

朱利超，劉文國(guó)，張緒朋，張亮，孫磊，何明崗
（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250013）

煤礦采空區(qū)對(duì)二級(jí)壩工程范圍內(nèi)建筑物、構(gòu)筑物安全造成極大威脅。通過在二級(jí)壩工程范圍內(nèi)布設(shè)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，采用先進(jìn)測(cè)量技術(shù)和高精度測(cè)量方法，對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定期觀測(cè)、分析和比較，能及時(shí)對(duì)變形信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，具有重要意義。該文按照規(guī)范要求，應(yīng)用GPS靜態(tài)觀測(cè)、導(dǎo)線測(cè)量、高精度水準(zhǔn)測(cè)量等技術(shù)，組織布設(shè)該變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并對(duì)其進(jìn)行首次觀測(cè)，為以后二級(jí)壩工程范圍內(nèi)變形監(jiān)測(cè)提供重要依據(jù)。

變形觀測(cè)；靜態(tài)GPS測(cè)量；水準(zhǔn)測(cè)量；監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)

引文格式：朱利超，劉文國(guó)，張緒朋，等.二級(jí)壩泵站工程范圍內(nèi)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)與觀測(cè)［J］.山東國(guó)土資源，2016，32（5）：83-85.ZHU Lichao，LIU Wenguo，ZHANG Xupeng，etc.Setting and Observation of Deformation Monitoring Network within the Scope of GradeⅡDam Pumping Station［J］.Shandong Land and Resources，2016，32（5）：83-85.

0　引言

二級(jí)壩泵站樞紐工程位于山東省微山縣南四湖中部二級(jí)壩溢流堰西裹頭以西200 m的下級(jí)湖內(nèi)，是南水北調(diào)東線工程的第十級(jí)抽水梯級(jí)泵站。其主要建（構(gòu)）筑物有泵站、前池、進(jìn)水池、出水池、進(jìn)水閘、引水渠和出水渠。

鑒于二級(jí)壩引水渠因南部煤礦采空區(qū)影響已發(fā)生沉降，且塌陷區(qū)域正向泵站方向延伸，對(duì)引水渠、進(jìn)水閘和泵站廠房的安全造成極大威脅。為此組織實(shí)施了安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)和觀測(cè)，以方便今后定期對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，監(jiān)控煤礦采空區(qū)對(duì)二級(jí)壩泵站樞紐工程的影響，及時(shí)為工程安全狀況提供監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)［1-7］。

本著“由高級(jí)到低級(jí)，先控制后碎步”測(cè)量原則，該文首先在工程范圍內(nèi)地質(zhì)穩(wěn)定的地方布設(shè)工作基點(diǎn)，并與高等級(jí)的基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，建立平面和高程控制網(wǎng)，然后在工程范圍內(nèi)均勻布設(shè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，作為今后二級(jí)壩泵站樞紐工程安全監(jiān)測(cè)的參考依據(jù)。

1　監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)

1.1布設(shè)原則與精度要求

變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)一般由基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)構(gòu)成［1，8］。在選點(diǎn)布設(shè)時(shí)遵循的原則有：

（1）平面控制網(wǎng)的點(diǎn)位要均勻布設(shè)，覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，且具有較好的圖形強(qiáng)度。水準(zhǔn)路線要構(gòu)成附和或閉合線路，從而增強(qiáng)檢核條件，提高測(cè)量精度。

（2）基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)應(yīng)選在地基穩(wěn)定、不易破壞的位置，同時(shí)還要考慮交通便利、有利于設(shè)站觀測(cè)等要求。工作基點(diǎn)采用有強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩，埋石下方用混凝土澆筑，上方采取保護(hù)措施保護(hù)對(duì)中標(biāo)志。

（3）變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇在最能反應(yīng)沉降和位移變化且便于觀測(cè)的位置埋設(shè)。一般選擇在廠區(qū)平臺(tái)的的四周角點(diǎn)、中點(diǎn)和重要的承重部位、沉降縫、后澆帶兩側(cè)等位置。

（4）充分考慮外界環(huán)境的影響，諸如溫度、光照、行駛車輛對(duì)電子儀器讀數(shù)的影響，高壓電線形成的磁場(chǎng)對(duì)GPS觀測(cè)、激光測(cè)距的影響等。

根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026-2007）和《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2007）要求，結(jié)合二級(jí)壩泵站樞紐工程的重要性，確定二級(jí)壩泵站工程范圍內(nèi)變形觀測(cè)等級(jí)為三級(jí)。按照《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2007）3.0.4條規(guī)定要求，變形觀測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)中誤差為±10.0 mm，高差中誤差為±1.5 mm。

1.2布設(shè)方案設(shè)計(jì)

（1）平面控制網(wǎng)：根據(jù)布設(shè)原則和測(cè)區(qū)周圍現(xiàn)有高等級(jí)點(diǎn)分布，選擇3個(gè)位置適中、分布合理的國(guó)家C級(jí)GPS點(diǎn)二級(jí)壩第四節(jié)制閘管理所院內(nèi)點(diǎn)CG32、微山縣城一點(diǎn)WS、常口社區(qū)一點(diǎn)CKLS作為基準(zhǔn)點(diǎn)，選擇二級(jí)壩泵站北側(cè)公路與站區(qū)防洪平臺(tái)交匯的東西兩端各一點(diǎn)RB1，RB2；站區(qū)西南配電室處一點(diǎn)RB3；泵站出水池東側(cè)一點(diǎn)KZ4；進(jìn)水閘附近三點(diǎn)KZ1，JH4，KZ3；引水渠中間兩側(cè)各一點(diǎn)KZ2，H6，共9個(gè)工作基點(diǎn)。基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)構(gòu)成平面控制網(wǎng)。由于二級(jí)壩泵站工程范圍是南北狹長(zhǎng)的區(qū)域，因此平面基本網(wǎng)為南北長(zhǎng)的條形網(wǎng)，如圖1所示。

圖1　平面控制網(wǎng)示意圖

（2）高程控制網(wǎng)：由于該區(qū)域國(guó)家高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)較，其余距離較遠(yuǎn)，因此選擇國(guó)家Ⅱ等水準(zhǔn)點(diǎn)CG32作為基準(zhǔn)點(diǎn)，選擇RB1，RB2，RB3作為工作基點(diǎn)，構(gòu)成高程控制網(wǎng)，構(gòu)成閉合線路，如圖2所示。

（3）變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)：為了監(jiān)測(cè)不同位置的變形情況，在引水渠南漫水橋上埋設(shè)3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，引水渠兩側(cè)埋設(shè)14個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在進(jìn)水閘上埋設(shè)6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在前池后澆帶縫處埋設(shè)4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在出水池兩側(cè)埋設(shè)2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在泵站基礎(chǔ)平臺(tái)內(nèi)部和角點(diǎn)埋設(shè)14個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在泵站樓周圍埋設(shè)10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，共計(jì)53個(gè)。

圖2　高程控制網(wǎng)示意圖

2　監(jiān)測(cè)網(wǎng)的觀測(cè)

2.1平面控制測(cè)量

平面基準(zhǔn)網(wǎng)由RB1，RB2，RB3，CG32，WS，CKLS構(gòu)成，采用6臺(tái)Leica GS15接收機(jī)同步靜態(tài)觀測(cè)3個(gè)時(shí)段，運(yùn)用精密星歷，使用LGO數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行平差，獲得RB1，RB2，RB3平面坐標(biāo)［9］。其平面位置精度如表1所示：

表1　平面基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量精度（m）

平面控制網(wǎng)由RB1，RB2，RB3，KZ1，KZ2，H6，JH4，KZ3，KZ4構(gòu)成附和合導(dǎo)線，使用Leica TM30型全站儀（測(cè)角精度0.5″、測(cè)距精度1 mm+1 ppm），采用多測(cè)回法測(cè)角測(cè)距［10］，經(jīng)氣溫、壓強(qiáng)改正，用清華山維軟件平差獲得工作基點(diǎn)的平面坐標(biāo)。其平面位置測(cè)量精度如表2所示：

表2　平面控制網(wǎng)測(cè)量精度（m）

2.2高程控制測(cè)量

高程控制網(wǎng)與國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)聯(lián)測(cè)，該次測(cè)量聯(lián)測(cè)Ⅱ等CG32點(diǎn)。使用Leica DNA03電子水準(zhǔn)儀，根據(jù)國(guó)家二級(jí)幾何水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范要求，線路采用閉合環(huán)方式（圖2）。外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)通過水準(zhǔn)標(biāo)尺長(zhǎng)度改正、溫度改正和正常水準(zhǔn)面不平行改正后，經(jīng)平差處理獲得RB1，RB2，RB3的高程值，其測(cè)量精度：?jiǎn)挝粰?quán)（每km）中誤差為±0.35 mm，最弱點(diǎn)（RB3）高程中誤差為±0.49 mm。

2.3變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)首次觀測(cè)

通過平面控制獲得工作基點(diǎn)的平面坐標(biāo)，在工作基點(diǎn)上設(shè)站，通過方向觀測(cè)法測(cè)得平面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)。利用三等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求，采用單程雙轉(zhuǎn)站方法，從高程控制網(wǎng)的工作基點(diǎn)出發(fā)，獲得各垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程值。

對(duì)于二級(jí)壩泵站樓周圍的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，由于其結(jié)果反映了泵站樓的沉降和位移變化，因此采用二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求，測(cè)得其高程值。

經(jīng)平差處理，平面單位權(quán)（每km）中誤差為±4.32mm，最弱點(diǎn)（S1）點(diǎn)位中誤差為±8.79 mm；高程單位權(quán)（每km）中誤差為±0.43 mm，最弱點(diǎn)（S4）高程中誤差為±1.11 mm。

3　成果分析與總結(jié)

該文通過建立二級(jí)壩泵站工程范圍內(nèi)的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，對(duì)泵站各部位及其周圍建立起了全面的監(jiān)控。運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器設(shè)備和合理的測(cè)量方法，嚴(yán)格按照測(cè)量規(guī)范要求，各測(cè)量結(jié)果符合限差要求。對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，平面最弱點(diǎn)S1的點(diǎn)位中誤差為±8.79 mm，高程最弱點(diǎn)S4的高程中誤差為±1.11 mm，滿足三等變形觀測(cè)的精度指標(biāo)要求。

總結(jié)在變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)與觀測(cè)過程中所面臨關(guān)鍵問題和解決方案總結(jié)如下：

（1）由于受區(qū)域條件限制，測(cè)區(qū)呈南北狹長(zhǎng)條帶狀，控制網(wǎng)在布設(shè)時(shí)網(wǎng)形強(qiáng)度較差，因此在控制測(cè)量時(shí)采用GPS靜態(tài)和精密導(dǎo)線測(cè)量保證平面精度，用幾何二等水準(zhǔn)測(cè)量保證高程精度。

（2）由于二級(jí)壩泵站樞紐工程范圍內(nèi)待監(jiān)測(cè)的建（構(gòu)）筑物較多，包括泵站廠房、前池、進(jìn)水池、出水池、進(jìn)水閘、引水渠和出水渠，變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布廣而散，因此在測(cè)量時(shí)按照建（構(gòu)）筑物重要性分類觀測(cè)，平面采用多測(cè)回方向觀測(cè)法觀測(cè)，高程采用附和或閉合水準(zhǔn)路線觀測(cè)，從而減低誤差累計(jì)，提高測(cè)量精度。

（3）當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)埋設(shè)好之后要保護(hù)好，假如現(xiàn)場(chǎng)施工將點(diǎn)破壞，就會(huì)破壞控制網(wǎng)形，違背變形監(jiān)測(cè)中的“五定原則”，從而影響測(cè)量精度。

（4）變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)好后，經(jīng)過定期監(jiān)測(cè)，就可以對(duì)二級(jí)壩泵站工程范圍內(nèi)的建筑物、構(gòu)筑物變形情況進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)。

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Setting and Observation of Deformation Monitoring Network within the Scope of GradeⅡDam Pumping Station

ZHU Lichao，LIU Wenguo，ZHANG Xupeng，ZHANG Liang，SUN Lei，HE Minggang
（Shandong Water Conservancy Survey and Design Institute，Shandong Jinan 250013，China）

Coal mined-out area will cause great threaten to the buildings and structures within the scope of GradeⅡDam Pumping Station.By laying deformation monitoring network in the GradeⅡDam Pumping Station scope，using advanced technology and high precision measurement method，regular observation，analysis and comparison of the monitoring points have been carried out.It can timely monitor and forecast the modification information.In this paper，in accordance with regulatory requirements，and application of GPS static observation，traverse，precision leveling technology，the deformation monitoring network has been laid，and the first observation has been carrie out.It will provide an important basis for future deformation monitoring.

Deformation observation；static GPS measurement；level measurement；monitoring and prediction

TV1；X83

B

2015-10-08；

2016-02-17；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

工程應(yīng)用項(xiàng)目：南水北調(diào)山東干線有限公司下達(dá)項(xiàng)目書，南水北調(diào)東線第一期工程二級(jí)壩泵站工程范圍內(nèi)安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)管理委托協(xié)議

朱利超（1986—），男，山東濟(jì)寧人，助理工程師，主要從事水利工程測(cè)量；Email：kdlichao@163.com