常庄水库变形监测点的布控与施测

左起奎

(河南省水利勘测有限公司,河南郑州 450008)

常庄水库变形监测点的布控与施测

左起奎

(河南省水利勘测有限公司,河南郑州 450008)

结合常庄水库大坝、溢洪道大闸、溢洪道边坡的变形监测,简要介绍了监测方案的制定,监测点的布设,监测仪器的选择与施测。重点介绍了TM30测量机器人,Dini03水准仪在变形监测中的应用。

变形监测 监测控制网 TM30测量机器人 Dini03水准仪 数据采集

在水库变形监测工程中,监测点的布设,监测方法,仪器的选择,一直是讨论最多的问题。TM30测量机器人的应用是监测工作有了质的变化,TM30以其智能化、自动化、高精度,使检测工作变得简单高效。Dini03水准仪以其自动观测、记录,精度高误差小,在水准测量中得到广泛应用。平面位移监测点与垂直位移监测点分开布设是高精度监测最有效的手段,本文对监测方案的简要阐述,也为初学者如何展开监测工作提供了一个良好的思路。

1 工程概况

常庄水库位于淮河流域沙颍河水系的贾鲁河支河贾峪河下游,坝址在郑州市西南中原区须水镇王垌村东,水库主坝为均质土坝,坝高26米,坝顶宽8米,坝顶高程135．74米,水库控制流域面积825平方公里,总库容1740万立方米,南水北调工程的兴修之后,常庄水库又作为配套工程受水城市郑州的蓄水水库,一级水源地,更突出了其重要性。受甲方委托对水库大坝、溢洪道大闸进行变形监测。

2 变形监测控制网的建立

2.1 实地查堪

(1)已知点的确立。在本公司资料库查找到在常庄水库附近有一对南水北调首级平高控制点,标石状态完好,并且正在使用中,完全符合本次监测控制网的已知点要求。

(2)变形监测点的实地选址。根据设计要求;①在大坝两侧各建设两个平面位移监测点,和两个垂直监测点。常庄水库主坝为均质土坝,迎水面为干砌六边形水泥块护坡(水泥块可单个取出),背水面为裸露土质,可用常规变形监测点规格、尺寸建造永久性监测点。②在溢洪道大闸上建造4个垂直位移监测点,在靠近大坝溢洪道边坡建造2个平面位移监测点。以上需要建造的点位均为钢筋混凝土。垂直位移监测点可用电钻打眼镶嵌标心。平面位移监测点可用电钻打眼镶嵌钢筋建造观测墩。

2.2 观测方法的确立

平面位移监测,目前常采用仪器是,高精度GPS、高精度全站仪。这次监测基准网观测选择静态GPS,变形监测点观测选择全站仪,利用全站仪常采用极坐标法、测角交会法、侧边交会法作为变形监测点的监测方法。要想取得较为理想的监测数据,这三种方法各有其特点及适应范围。就常庄水库而言,根据地形地势条件,工作基点只能建立在靠近大坝的水库两岸。而监测点根据设计,距基点距离不超过200米。因此用极坐标法比较理想。

垂直位移监测,目前常采用直接水准(地势平坦、交通方便)、间接水准(山区、高差大、交通不便),根据常庄水库地形地势条件,高差不大,采用直接闭合水准比较合适。

2.3 监测仪器选择

全站仪TM30全站仪是瑞士莱卡公司专为变形监测生产的高精度测量机器人,其测角精度为0．5″,测距精度0．6mm+1x10-6D,结合现场情况看其精度完全满足(水利水电工程施工测量规范)。

水准仪Dini03水准仪是德国蔡司公司 生产的高精度电子水准仪,15′内自动补尝,安平精度±0．2″,每公里往返中误差 0．3mm,高程观测值分辨率0．01mm距离观测值分辨率1mm,其精度完全满足(水利水电工程施工测量规范)。

表1 现场观测限差

2.4 监测基准网的建立

在靠近大坝的水库两岸建立4个观测基点,为了更好的消除测量误差,变形监测基点采用具有强制归心标盘的混凝土标墩,利用水库附近两个已知点做C级GPS控制网,在水库管理局院内布设一个水准观测基点,由附近已知点做二等水准引来高程。

2.5 观测基点与变形监测点的建造规格要求

观测基点与平面位移监测点,采用《水利水电施工规范》标准观测墩建造,另外观测墩底盘下面加4根钢筋混凝土稳定柱,观测墩顶镶嵌不锈钢强制归心标盘。垂直位移监测点,采用二等水准标石规格建造,另外标石底盘下面加4根钢筋混凝土稳定柱,标石顶镶嵌不锈钢标心。

3 监测数据采集与监测精度控制

监测控制网建立以后,即可进行变形监测数据的采集工作。

(1)监测周期确定。变形监测点按设计要求,每月观测一次。

(2)监测时间的确定。观测时间的选定是保证仪器成像稳定、观测精度及避免大气折光对观测数据影响的重要前提之一。因此,每次监测时间应尽量错开强阳光、强热流闪烁等恶劣的气候环境,应选择在早上、傍晚,或者阴天。

(3)基准控制网精度分析。变形观测的位移量是指同一个监测点两期观测坐标的差值。因此,变形监测基本控制网的点位误差对变形监测无影响,可以认为监测基本控制网的相对点位误差为零。

(4)监测点精度控制。本监测平面控制网点和平面监测点皆采用强制对中观测墩形式,不存在对中误差。因此,对中误差可以忽略。平面位移监测点,现场采用极坐标法,观测仪器TM30采用徕卡TCA机载自动监测程序观测,采用配套莱卡圆棱镜,自动搜索锁定目标自动观测、记录,不存在观测员的人为误差。设定水平角、垂直角、距离,均三个测回,每次照准目标两次读数,现场观测限差设定见(表1),现场对距离进行气象改正。

垂直位移监测点,采用Dini03水准仪做三个二等水准闭合环,两个环分别连接两个垂直位移监测点,第三个环连接4个垂直位移监测点,这样线路长度大大缩短,减少了偶然误差。每次立尺都有两根竹竿辅助,保证立尺的垂直,减小立尺倾斜带来的误差,提高了精度。

4 成果生成

外业数据采集完成以后,将仪器里面的数据通讯到PC,平面监测数据利用与仪器配套的徕卡三维变形监测分析系统平差计算。垂直监测数据利用本公司的二等水准计算程序平差计算。至此,即可根据平差后的成果进行显著性分析、回归分析等,从而达到检验和评价水库大坝、溢洪道大闸 、边坡稳定性的目的。

5 结语与建议

在进行水库变形监测时,一定要结合实地情况,现有仪器情况,制定合理的监测方案。在使用全站仪监测时,一定要设置好仪器配置参数,气象改正尤其重要,最好现场改正。如果后期内业改正,在观测前一定要把仪器里的气象参数调成仪器厂家的标准气象参数

(TM30：温度12°;气压1013．3mbar;相对湿度60%),以免重复改正,造成错误。

[1]吴应中,尹邦权主编．浅谈TAC2003全站仪高精度半自动变形监测系统在高边坡变形监测中的应用.成都:四川水力发电,2010.