淮河临淮岗工程垂直位移观测方法浅议

郝泽维

安徽省临淮岗洪水控制工程管理局

淮河临淮岗工程垂直位移观测方法浅议

郝泽维

安徽省临淮岗洪水控制工程管理局

本文介绍了临淮岗洪水控制工程垂直位移观测的主要技术方法及施测方案，通过对垂直位移数据的处理与分析，对工程的安全状况进行整体评估。

几何水准测量主线数据处理变形分析

一、工程概况

淮河中游临淮岗洪水控制工程是淮河流域防洪体系中的一项战略性骨干工程，位于淮河干流中游正阳关以上28km处。工程主体于2001年12月正式开工建设，2007年6月通过专家组竣工验收。该工程总投资22.67亿元，若发生百年一遇洪水，工程可免向淮北分洪，减少淹没1290平方公里，一次性防洪减灾效益为306亿元。因此，临淮岗洪水控制工程被誉为“淮河上的三峡工程”。本文着重介绍了外部变形监测中的垂直位移监测技术方法。

二、垂直位移观测

1.观测的主要方法及技术指标

垂直位移观测是对闸坝及其地基的代表性点位进行的垂直方向位移的测量。垂直位移不正常有可能是坝体松动,坝基失去稳定性、或是局部破坏等原因造成的。因此，垂直位移观测是闸坝安全监测的重要项目。垂直位移观测方法：（1）几何水准测量法：这种方法是利用水准仪和水准尺从水准基点开始测量各点位高程的，通过各点位高程变化求得其垂直位移。（2）液体静力水准法：是利用连通管原理测量各点位容器内液面高差以测定各点垂直位移的观测，适用于混凝土闸坝基础廊道和土石坝表面垂直位移观测。临淮岗工程垂直位移观测运用了几何水准测量方法。

垂直位移各监测点主要布设在城西湖船闸、临淮岗船闸、49孔浅孔闸、姜唐湖进洪闸、主坝及穿坝建筑物上。使用莱卡DNA03电子水准仪配3m铟瓦条码尺按二、三等水准精度施测。投入变形观测的仪器经江苏省测绘局仪器检测站检验合格，并按相关规范进行参数设置，其精度指标及运行状态满足变形观测工作的要求。

2.主线的选取

Ⅱ临淮02、Ⅱ南凤13基上两个国家水准点分别位于临淮岗主坝南端与北端，分属Ⅱ南凤（南照—凤台）和临淮岗支线两条水准线路。基于这两点间布设一条附合水准线路，以二等水准精度施测，测得主线。主线途经多个预留点，通过测得这些预留点的高程，联合附近水工建筑物进行多线路、小范围闭合水准测量，进而求得工程监测网内所有点位高程。采取这种方法，降低了位移观测的工作量，同时提高了测量精度。预留点均为中心刻有十字对中标志的水准点。考虑到预留点高程随时间推移会发生一定量的变化，规定每年汛前对主线进行一次校核测量，测得点的高程仅用于当年垂直位移观测的计算当中。

Ⅱ临淮02、Ⅱ南凤13基上两点经检测标石稳定，检测成果符合《国家一、二等水准测量规范》要求，因此由该二点作为主线的起闭点。

主线的观测线路由南向北依次为：CT1 II临淮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南凤13。遍历城西湖退水闸、城西湖船闸、临淮岗船闸、12孔深孔闸、49孔浅孔闸、姜唐湖进洪闸、主坝坝顶各预留点。对比主线各点历年高程，除ZB13-2和ZB15-2于2012年初遭破坏，维修后分别抬升约40mm和20mm外，其余点较往年无明显变化。主线各监测点均处于相对稳定的状态。

3.作业过程及平差方法

临淮岗洪水控制工程垂直位移变形监测及已知点的检测均使用同一类型的仪器和尺垫，在仪器成像清晰而稳定时，按闭合或附合路线施测。每年汛前（4月份）、汛后（10月份）各进行一次测量，沿相同路线行进。

闭合于两个已知水准点或结点之间的单一水准路线，其线路闭合差W的配赋均按测段的测站数S成比例配赋于各测段高差中，按下式计算高差改正数：

Vi=Si/ΣS?W

式中：W为施加各项改正后的闭合差（mm）；Si为第i测段的测站数，ΣS为总测站数。

各监测点均以前两次高程平均值作为基准值计算以后各次观测的垂直位移量。

三、数据处理与分析

1.数据处理

高程控制基准网测量数据根据水准线路构成的闭合条件采用严密平差方法推求各基准点高程。垂直位移观测根据二、三等水准观测记录数据进行各次平差计算，求得各次垂直位移监测点的高程。用各监测点一、二次观测计算的高程平均值为初始值，用于统计计算以后各次监测的累计垂直位移量，编制垂直位移量统计表。依据各监测点垂直位移量和时间的关系绘制监测点垂直位移过程曲线，根据相同监测点垂直位移量与位置(距离)关系绘制各次观测的纵（横）断面图。

2.建筑物变形分析

2.1 分析依据

垂直位移观测采用二、三等水准测量。根据国家二、三等水准测量每公里高差中数偶然中误差和全中误差的精度指标衡量垂直位移观测的精度，并根据误差分布规律和误差传播规律分析测量误差对工程变形观测的影响规律和影响程度，进而分析工程的变形规律和变形程度。

在各种变形的时程曲线图中，若时程线在零线一侧方向，可以认为工程在向某一方向位移；若时程线在零线两侧上下摆动，可以认为工程的变形无规律或无明显变形；若时程线在零线一侧方向上下摆动，可以认为工程在向某一方向位移的同时存在回弹现象。

2.2 分析结果

对2006年5月至2007年6月工程竣工验收期间的数据进行分析，坝体内垂直位移主要发生在施工加荷时期，同时与填筑前的地形地质条件有关。在采取地质加固处理措施和合理的施工程序后，沉降速率得到控制，变化较前期缓慢。对2007年竣工验收至2014年工程运行管理期间的数据进行分析，土石建筑物（如主坝）坝顶处沉降最大，两坝坡次之，两坝脚处有微量下沉，证明土石建筑物受时效影响的特点还存在；混凝土建筑物（如临淮岗船闸）每年汛前较以往下沉，汛后又有所回升，说明混凝土建筑物受上下游水力变化影响也会发生弹性形变。

四、结语

临淮岗工程变形监测点同建筑物结合紧密，观测方法合理，监测精度较高，满足工程安全监测的需要。水工建筑物各监测点具有相似的位移时程曲线，且量值较小，累计沉降量接近零值。同时垂直位移变化速率在减缓。结合历年的监测数据分析，临淮岗洪水控制工程枢纽沉降变化为整体变形，在无外加荷载作用下，其处于稳定工作状态。

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