亭子口水利樞紐變形監(jiān)測方法及其優(yōu)劣分析

隋　斌，林向陽

（1.大唐四川電力檢修運(yùn)營有限公司，四川 成都 610091；

2.嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口水利樞紐變形監(jiān)測方法及其優(yōu)劣分析

隋斌1，林向陽2

（1.大唐四川電力檢修運(yùn)營有限公司，四川 成都 610091；

2.嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

對(duì)亭子口水利樞紐常用的幾種變形監(jiān)測方法進(jìn)行了比較分析，列出了幾種方法的測量原理、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)以及不足等內(nèi)容，對(duì)水利工程的變形檢測具有一定的指導(dǎo)意義。

水平位移；垂直位移；引張線；垂線；靜力水準(zhǔn)

亭子口水利樞紐變形監(jiān)測主要包括水平位移、垂直位移、撓度監(jiān)測以及岸坡穩(wěn)定監(jiān)測，本文主要對(duì)水平位移和垂直位移兩類變形監(jiān)測加以敘述。

1　水平位移監(jiān)測

亭子口水利樞紐工程采用的水平位移監(jiān)測方法主要分三種測量方法。分別是邊角網(wǎng)交會(huì)法，引張線法和垂線法。

（1）亭子口水利樞紐工程左岸纜機(jī)平臺(tái)、大園包崩滑體及抗滑擋墻水平位移變形監(jiān)測主要使用全站儀（TS30）進(jìn)行邊角網(wǎng)交會(huì)法測量。分別以TZ01、TJ02為基準(zhǔn)點(diǎn)，采用分組觀測，每組監(jiān)測點(diǎn)不大于8個(gè)測點(diǎn)，對(duì)水平位移監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行9個(gè)測回的角度與距離測量。測量過程中進(jìn)行溫度與氣壓觀測，用以修正計(jì)算成果。

優(yōu)點(diǎn)：該測量方法可以有效地確定監(jiān)測對(duì)象的變形范圍和絕對(duì)位移量，通過組網(wǎng)的形式進(jìn)行測量結(jié)果的校核和精度評(píng)定，靈活性較大。

不足：邊角網(wǎng)交會(huì)法由于受測角誤差、測邊誤差、交會(huì)角及基線長度、外界條件的變化等因素影響，精度較低，受視線條件影響較大。

亭子口水利樞紐水平位移監(jiān)測網(wǎng)由8個(gè)監(jiān)測點(diǎn)組成，左岸4個(gè)，從上游向下游編號(hào)為：TJ01、TJ03A（TJ03破壞后恢復(fù)重建點(diǎn)）、TJ05A、TJ07；右岸4個(gè)，從上游向下游編號(hào)為：TJ02、TJ04、TJ06、TJ08。同時(shí)將亭子口水利樞紐原施工平面控制網(wǎng)點(diǎn)TZ01納入控制網(wǎng)內(nèi)，按照一等三角網(wǎng)要求進(jìn)行測量。

平面控制網(wǎng)點(diǎn)三角高程采用三等光電測距測定，組成三角高程網(wǎng)，以水準(zhǔn)高程點(diǎn)TJ01、TJ03高程為起測點(diǎn)，再推算其它6個(gè)點(diǎn)的三角高程。平面控制網(wǎng)點(diǎn)三角高程的測定不用于變形監(jiān)測工作，只作為平面控制網(wǎng)計(jì)算時(shí)投影高程的數(shù)據(jù)使用（見圖1）。

圖1　亭子口水利樞紐平面控制網(wǎng)

（2）亭子口水利樞紐大壩廊道水平位移采用引張線法、垂線法測量。

1）引張線法：在兩固定點(diǎn)間以重錘和滑輪拉緊的銦鋼絲作為基準(zhǔn)線，定期測量觀測點(diǎn)到基準(zhǔn)線間的距離，以求定觀測點(diǎn)水平位移量。

優(yōu)點(diǎn)：這種方法所需設(shè)備簡單，測量方便，速度快，精度高，成本低，可以在建筑物廊道內(nèi)進(jìn)行觀測，不受氣候影響。

不足：環(huán)境溫濕度對(duì)儀器造成一定影響，需要經(jīng)常性維護(hù)。

亭子口水利樞紐工程在大壩廊道EL353.0m 17號(hào)～36號(hào)壩段、EL460.0m 1號(hào)～20號(hào)壩段、EL460.0m 37號(hào)～50號(hào)壩段和EL465.0m 20號(hào)～36號(hào)壩段分別布置有四條引張線。

2）垂線法：以壩體或壩基的鉛垂線作為基準(zhǔn)線，通過測出沿垂線不同高程的測點(diǎn)相對(duì)于垂線固定點(diǎn)的水平投影距離，來求算出各測點(diǎn)的水平位移值。這種方法適用于各種形式的混凝土壩。上端固定于觀測對(duì)象上部或頂部、下端用重錘張緊鋼絲的，稱為正垂線；下端固定于水工混凝土建筑物底部或基巖深處（視為相對(duì)不動(dòng)點(diǎn)）、上端用浮體裝置將鋼絲張緊的，稱為倒垂線。

亭子口水利樞紐在大壩基礎(chǔ)廊道等各觀測房內(nèi)布置有9條倒垂線，在大壩EL352.0m、EL399.2m、EL428.0m、EL460.0m廊道觀測房內(nèi)布置有12條正垂線。在垂線觀測中，正垂線所測得的是相對(duì)位移，倒垂線所測得的是絕對(duì)位移，通過倒垂線來獲得正垂線最低點(diǎn)的絕對(duì)位移，然后將正垂線上的各觀測點(diǎn)的相對(duì)位移轉(zhuǎn)化為絕對(duì)位移。

優(yōu)點(diǎn)：這種方法所需設(shè)備簡單，不需精密的測量儀器，可以在建筑物廊道內(nèi)進(jìn)行觀測。

不足：空氣對(duì)流對(duì)線體會(huì)造成一定的擾動(dòng)，影響測量精度。

2　垂直位移觀測

對(duì)亭子口水利樞紐大壩垂直方向的位移變化采用兩種方法進(jìn)行監(jiān)測，一種是水準(zhǔn)測量法；另一種是靜力水準(zhǔn)法。

（1）水準(zhǔn)測量法：是利用電子水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺從水準(zhǔn)基點(diǎn)開始測量各點(diǎn)位高程，通過各點(diǎn)位高程變化求得其垂直位移的方法。

亭子口水利樞紐大壩上、下游采用附合水準(zhǔn)的方法，以垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)LS01-1、LS02-1為起算點(diǎn)，進(jìn)行一等水準(zhǔn)測量。由于亭子口水利樞紐廊道的局限性，廊道的垂直位移監(jiān)測網(wǎng)采用基礎(chǔ)廊道里的基準(zhǔn)點(diǎn)DS01BD31、DV01BD31（雙金屬標(biāo)）為起算點(diǎn)，進(jìn)行支水準(zhǔn)測量，測量過程采取往返均上點(diǎn)的方法，計(jì)算往返差對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查（基準(zhǔn)點(diǎn)高程采用固定值加上由于溫度變化雙金屬標(biāo)的變化值）。測量儀器采用徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀（每公里往返測高差誤差為±0.3～±0.4mm），可以顯著提高工作效率。

亭子口水利樞紐垂直位移監(jiān)測網(wǎng)由一座基準(zhǔn)點(diǎn)LE01（雙金屬標(biāo)），2個(gè)工作基點(diǎn)（LS01、LS02），7個(gè)垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)（LR01、LR02、LR03、LR04、LR05、LR06、LR07）組成，同時(shí)在原LR07、LR06、LS01、LR05以及LS02附近修建了新的水準(zhǔn)點(diǎn)，其編號(hào)為LR07-1、LR06-1、LS01-1、LR05-1以及LS02-1，新建的水準(zhǔn)點(diǎn)與原水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一測量，基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)采用附合水準(zhǔn)測量的方法按照一等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求進(jìn)行測量。高程網(wǎng)以雙金屬標(biāo)點(diǎn)LE01-1（H=422.2603m）作為起算點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算。圖2為水準(zhǔn)網(wǎng)線路圖。

圖2　亭子口水利樞紐水準(zhǔn)網(wǎng)線路圖

（2）靜力水準(zhǔn)法：在建筑物內(nèi)布置多個(gè)靜力水準(zhǔn)儀連成系統(tǒng)，并選一穩(wěn)定不動(dòng)的測點(diǎn)做為基準(zhǔn)點(diǎn)，來觀測各測點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的垂直位移（沉降量）。

亭子口水利樞紐工程在EL399.2m 15號(hào)～40號(hào)壩段、基礎(chǔ)帷幕灌漿廊道EL352.0m 17號(hào)～36號(hào)壩段、封閉帷幕廊道EL352.0m 17號(hào)～36號(hào)壩段布置有3條靜力水準(zhǔn)線路，共計(jì)72個(gè)測點(diǎn)。采用固定設(shè)置的液體靜力水準(zhǔn)儀，根據(jù)起測基點(diǎn)的高程，通過連通管測得的高差，來引測標(biāo)點(diǎn)的高程。根據(jù)亭子口水利樞紐廊道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)用固定設(shè)置的液體靜力水準(zhǔn)儀是合適的。

優(yōu)點(diǎn)：該設(shè)備具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性、安裝簡便等特點(diǎn)，測量方法不受大氣折光的影響，傳感器很容易實(shí)現(xiàn)讀數(shù)及傳輸?shù)淖詣?dòng)化，測量精度優(yōu)于±0.1mm，在垂直位移監(jiān)測中有著廣泛的應(yīng)用。

不足：溫度的影響較大，不夠穩(wěn)定，而且各測點(diǎn)基本上要處于同一水平位置，高差測量范圍較小。

3　測量過程中的誤差來源

通過對(duì)亭子口水利樞紐近幾年變形測量數(shù)據(jù)誤差分析，測量誤差有三個(gè)主要來源：1）測量儀器：一方面是由于每種儀器只具有一定限度的準(zhǔn)確度；二是儀器本身的誤差；2）觀測者：由于觀測者感覺器官的鑒別能力有限，所以在儀器的安置、照準(zhǔn)、讀數(shù)等方面都會(huì)產(chǎn)生誤差。同時(shí)，觀測者的技術(shù)水平和工作態(tài)度，也是對(duì)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量有直接影響的重要因素；3）外界條件：觀測時(shí)所處的外界條件，如溫度、濕度、風(fēng)力、大氣折光等因素和變化都會(huì)對(duì)觀測數(shù)據(jù)直接產(chǎn)生影響。

隨著現(xiàn)在儀器的逐漸進(jìn)步以及觀測方法的改進(jìn)，觀測者只要認(rèn)真按照規(guī)程規(guī)范操作，與觀測者有關(guān)的誤差可以降至很小，而與外界相關(guān)誤差如果能精確測定環(huán)境溫度，氣壓及濕度，再避免在大氣環(huán)境劇烈變化等不利環(huán)境下觀測，與環(huán)境相關(guān)的誤差同樣可以降到可以接受的程度。當(dāng)前，制約觀測精度提高的瓶頸仍然是觀測儀器自身的穩(wěn)定性及精度。

[1]李悅.亭子口水利樞紐大壩變形觀測布置[J].四川水利，2014（5）.

[2]李宗春，李廣云.我國大壩變形監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].測繪通報(bào)，2002（10）.

[3]韓太海.談?wù)勊畮齑髩瓮獠孔冃蔚谋O(jiān)測技術(shù)[J].中國科技信息，2011（15）.

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1672-5387（2016）11-0042-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.014

2016-09-09

隋斌（1974-），男，高級(jí)工程師，從事大壩安全管理工作。