豐滿大壩重建工程施工期壩區(qū)垂直位移監(jiān)測(cè)及資料分析

李作光

（豐滿發(fā)電廠 ， 吉林省吉林市 132108）

0 引言

豐滿大壩重建工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、城市及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用，供電范圍為東北電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。水庫(kù)正常蓄水位263.50m，汛限水位260.50m，死水位242.00m，校核洪水位268.50m，水庫(kù)總庫(kù)容103.77億m3。

樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩+壩身泄洪系統(tǒng)+泄洪兼導(dǎo)流洞+壩后式引水發(fā)電系統(tǒng)+利用的原三期電站組成。新建大壩壩軸線位于原豐滿大壩壩軸線下游120m。

新建大壩由左岸擋水壩段、溢流壩段、廠房壩段及右岸擋水壩段組成，共分56個(gè)壩段，壩頂高程269.50m，最大壩高94.50m，壩頂全長(zhǎng)1068m。溢流壩段布置于主河床， 其上布置9孔開敞式溢流堰。廠房壩段布置于主河床偏右岸，布置6孔壩式發(fā)電引水進(jìn)水口。6臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組布置于右岸壩后廠房?jī)?nèi)。

豐滿大壩壩區(qū)精密水準(zhǔn)網(wǎng)始建于1963年，水準(zhǔn)網(wǎng)的范圍為6km，編號(hào)從BM0至BM8，每套基點(diǎn)組都有3個(gè)呈三角形分布的基點(diǎn)。為了分析研究豐滿大壩重建工程施工期壩區(qū)垂直位移的變化情況，2016年開始對(duì)其進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)工作。通過加密監(jiān)測(cè)及資料分析能夠進(jìn)一步了解壩區(qū)垂直位移變化規(guī)律，掌握新大壩的施工對(duì)老壩的影響情況，以保證施工期老壩的安全運(yùn)行。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于豐滿大壩重建工程在下游120m建新壩在國(guó)內(nèi)外尚屬首例，國(guó)內(nèi)外沒有類似的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)施工期壩區(qū)垂直位移變化情況的研究尤為重要，所以施工期對(duì)其進(jìn)行了加密監(jiān)測(cè)工作。通過加密監(jiān)測(cè)及資料分析能夠進(jìn)一步了解壩區(qū)垂直位移變化規(guī)律，掌握新大壩的施工對(duì)老壩的影響情況，為保證大壩重建工程施工期內(nèi)壩區(qū)范圍的安全提供可靠的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)也為國(guó)內(nèi)外相近工程提供工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 監(jiān)測(cè)工作的實(shí)施

對(duì)豐滿壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)的工作基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，依照水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)路線施測(cè)一等水準(zhǔn)，以獲取水準(zhǔn)網(wǎng)24座水準(zhǔn)工作基點(diǎn)的最新高程值，同歷次復(fù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出新壩的施工對(duì)壩區(qū)垂直位移的影響。并對(duì)各水準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

大壩壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)是以水準(zhǔn)點(diǎn)BM0-1、BM0-2和BM0-3為基準(zhǔn)點(diǎn)組，采用BM0-1作為起測(cè)基準(zhǔn)。本次水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)通過對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)組的校測(cè)檢查及成果分析，以BM0-1作為高程起算基準(zhǔn)，以該水準(zhǔn)點(diǎn)高程239.70922m為高程起算值。水準(zhǔn)路線圖見圖1。

3 平差計(jì)算

3.1 外業(yè)高差概略高程

在外業(yè)監(jiān)測(cè)完成后，統(tǒng)計(jì)出外業(yè)高差與概略高程，并進(jìn)行水準(zhǔn)標(biāo)尺長(zhǎng)度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常和固體潮改正。

3.2 內(nèi)業(yè)成果檢驗(yàn) [2, 4, 7]

進(jìn)行往返測(cè)不符值檢驗(yàn)、每千米水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差檢驗(yàn)、水準(zhǔn)環(huán)閉合差檢驗(yàn)。

（2）大壩壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)共有測(cè)段數(shù)26段，通過計(jì)算每千米高差偶然中誤差M?=±0.43mm，滿足《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）規(guī)定的M?≤±0.45mm的要求。

（3）大壩壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)共包括7個(gè)閉合環(huán)，通過各測(cè)段高差（測(cè)段高差已加入標(biāo)尺長(zhǎng)度誤差的改正）分別計(jì)算各閉合環(huán)的環(huán)閉合差。通過計(jì)算，各水準(zhǔn)閉合環(huán)的環(huán)閉合差均小于限差（限差為；其中：F為環(huán)線長(zhǎng)度，km），滿足規(guī)范要求。

3.3 水準(zhǔn)網(wǎng)平差計(jì)算 [3, 4]

各項(xiàng)成果檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行水準(zhǔn)網(wǎng)的平差計(jì)算。已知點(diǎn)高程采用BM0-1水準(zhǔn)基點(diǎn)的高程（H=239.70922m）作為起算高程，采用間接平差方法進(jìn)行計(jì)算，按距離定權(quán)進(jìn)行平差。軟件計(jì)算過程中，各測(cè)段的往返測(cè)高差自動(dòng)加入了環(huán)閉合差改正。最終得出各水準(zhǔn)點(diǎn)平差后的高程。平差后各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程及高程中誤差見表1。

表 1 平差后各水準(zhǔn)點(diǎn)高程及高程中誤差Table 1 Errors in the elevation and elevation of each standard point after leveling

續(xù)表

4 各水準(zhǔn)工作基點(diǎn)垂直位移及穩(wěn)定性分析[1][3][5][6]

將歷年水準(zhǔn)網(wǎng)下各水準(zhǔn)點(diǎn)高程值（新建基點(diǎn)除外）及歷年垂直位移（以1975年第一次測(cè)量高程值作為基準(zhǔn)值）進(jìn)行比較，通過各水準(zhǔn)基點(diǎn)的垂直位移量（下沉為正，上升為負(fù)）對(duì)水準(zhǔn)基點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。統(tǒng)計(jì)出水準(zhǔn)網(wǎng)各水準(zhǔn)基點(diǎn)歷年高程值和各水準(zhǔn)基點(diǎn)歷年垂直位移值，并對(duì)監(jiān)測(cè)次數(shù)多于四次的BM0-2、BM0-3、BM7、BM2-2原、BM4、J1、J2、BM8-1、BM8-2和BM8-3共10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行各點(diǎn)歷年垂直方向變化量趨勢(shì)線圖的繪制，見圖2～圖5，各點(diǎn)位于0值均線上方的值，代表抬升，位于0值均線下方的值代表沉降。

通過圖2～圖5可以看出：

（1）大壩壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)基點(diǎn)組BM0-1～BM0-3，其中BM0-2和BM0-3兩點(diǎn)，本次測(cè)量高程值與基準(zhǔn)值分別相差0.23mm、0.12mm，通過這三點(diǎn)之間兩兩高差檢核，并結(jié)合趨勢(shì)線圖的結(jié)論：此兩點(diǎn)歷年振幅均小于0.5mm，且變幅很小。說明原點(diǎn)組受水庫(kù)水位及外界影響較小，點(diǎn)位穩(wěn)定，可以作為整個(gè)水準(zhǔn)網(wǎng)的起算基準(zhǔn)。

圖2 壩區(qū)精密水準(zhǔn)網(wǎng)工作基點(diǎn)BM0-2、BM0-2垂直位移過程線Figure 2 Vertical displacement process lines of BM0-2 and BM0-2 base points of work of precision horizontal network in dam area

圖3 壩區(qū)精密水準(zhǔn)網(wǎng)工作基點(diǎn)J1、J2垂直位移過程線Figure 3 Vertical displacement process lines of J1 and J2 base points of work of precision horizontal network in dam area

（2）BM4、BM7、BM2-2（原）三點(diǎn)本次測(cè)量高程值與基準(zhǔn)值分別相差1.30mm、-0.93mm、2.22mm。通過趨勢(shì)線圖可以看出，BM4和BM7基本沿0值均線上下小幅震動(dòng)，說明此兩點(diǎn)點(diǎn)位基本穩(wěn)定，各期監(jiān)測(cè)誤差導(dǎo)致點(diǎn)位坐標(biāo)值變化；從1992年以后的數(shù)據(jù)來看，BM2-2（原）大約有2mm左右的沉降量，且沉降值基本穩(wěn)定，這說明此點(diǎn)相較于建立之初，有一定的沉降，但目前點(diǎn)位已趨于穩(wěn)定。

（3）J1、J2、BM8-1、BM8-2、BM8-3五點(diǎn)均為2012年建造，本次測(cè)量高程值與基準(zhǔn)值（2012年監(jiān)測(cè)值）分別相差 -0.45mm、0.5mm、-0.71mm、-0.44mm、-0.39mm。從趨勢(shì)線圖來看，此5點(diǎn)除在2014年點(diǎn)位有異常抬升外，其余年份坐標(biāo)值變化量值，基本和一等水準(zhǔn)點(diǎn)位精度匹配，說明此5點(diǎn)基本穩(wěn)定。由于建造時(shí)間較晚，監(jiān)測(cè)次數(shù)較少，無法判斷此5點(diǎn)的變形規(guī)律。

圖4 壩區(qū)精密水準(zhǔn)網(wǎng)工作基點(diǎn)BM2-2原、BM4、BM7垂直位移過程線Figure 4 Vertical displacement process lines of BM2-2， BM4 and BM7 base point of work of precision horizontal network in dam area

圖5 壩區(qū)精密水準(zhǔn)網(wǎng)工作基點(diǎn)BM8-1、BM8-2、BM8-3垂直位移過程線Figure 5 Vertical displacement process lines of BM8-1、BM8-2、BM8-3 for precision level network in dam area

（4）2016年新建的12座水準(zhǔn)點(diǎn)，BM1-1（新）、BM1-2（新）、BM1-3（新）、J3（新）、J4（新）、J5（新）、BM2-1（新）、BM3-1（新）、BM3-2（新）、BM3-3（新） BM4-1（新）、BM4-2（新），因只有兩期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，故未繪制趨勢(shì)線圖。與2016年的初始監(jiān)測(cè)值比較，J3（新）、J5（新）、BM2-1（新）、BM3-1（新）、BM4-1（新）、BM4-2（新）均產(chǎn)生了一定的沉降，沉降量分別為1.75mm、9.53mm、3.03mm、3.29mm、1.90mm、1.82mm，由于2016年建造水準(zhǔn)點(diǎn)和初始監(jiān)測(cè)之間間隔不到一個(gè)月，產(chǎn)生一定的沉降量屬正常現(xiàn)象。其余6點(diǎn)垂直方向變化量在按兩期水準(zhǔn)精度統(tǒng)計(jì)的限差內(nèi)，且變化量較小，這說明此6點(diǎn)基本穩(wěn)定。

（5）通過本次水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)，2016年新建的水準(zhǔn)點(diǎn)中，部分標(biāo)點(diǎn)存在大小不等的沉降，但大壩原有水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位基本穩(wěn)定。

（6） 通過以上分析可知，豐滿大壩重建工程施工期壩區(qū)垂直位移變化不大，未發(fā)現(xiàn)危及大壩安全的異常現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1） 本次大壩壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)經(jīng)過對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)，外業(yè)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)整理全部合格，各項(xiàng)精度指標(biāo)均優(yōu)于《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）相應(yīng)限差的要求，說明外業(yè)監(jiān)測(cè)質(zhì)量良好。

（2） 2016年新埋設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)中，部分點(diǎn)尚未完全穩(wěn)定。建議新壩施工期內(nèi)每年進(jìn)行1～2次大壩壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，進(jìn)一步了解新壩施工對(duì)水準(zhǔn)工作基點(diǎn)垂直位移的影響，及時(shí)掌握施工期工作基點(diǎn)的變化規(guī)律，為新大壩的施工期內(nèi)壩區(qū)的安全提供保障。